L’hydrogène-énergie, panorama de la chaîne de valeur industrielle

La filière Hydrogène énergie

L’édition 2020 d’HyVolution, l’événement parisien annuel dédié à l’hydrogène, a permis de mesurer la maturité croissante de la filière H2, tant au niveau mondial qu’européen et plus spécialement en France, laquelle se positionne parmi les premiers de la classe.

Car si la diffusion grand public des technologies hydrogène-énergie reste annoncée à l’horizon 2030, les grandes manœuvres ont commencé pour les acteurs qui prétendent être sur la ligne de départ. La condition pour faire partie du club des pionniers sera de maîtriser au moins l’un des maillons clés de la chaîne de valeur de l’hydrogène. Les plus gros opérateurs, pour la plupart des majors de l’énergie, ambitionnent d’ailleurs de prendre des positions solides sur l’intégralité de la filière.

Aujourd’hui, les enjeux stratégiques et technologiques de la filière industrielle de l’hydrogène-énergie se cristallisent autour de 3 maillons stratégiques : production, logistique et usages.

L’hydrogène en 10 points - Ministère de la Transition écologique et solidaire

Produire : vers l’hydrogène bas carbone

Premier enjeu, produire de l’hydrogène bas carbone. Actuellement, 95% de l’hydrogène produit mondialement reste d’origine fossile par vaporéformage d’hydrocarbures fossiles. Or l’hydrogène a clairement une carte à jouer dans la décarbonation du mix énergétique en améliorant l’équation économique des installations au travers, par exemple, de nouvelles sources d’énergie amont.

Stocker et distribuer : des investissements colossaux

Second maillon clé, la logistique : stocker, acheminer et distribuer le précieux gaz. Il faut distinguer le stockage volumique et le stockage final en utilisation.

Le premier découle d’un des atouts de l’hydrogène : il se stocke indéfiniment, en grande quantité, et peut donc jouer un rôle clé dans le lissage du mix énergétique bas carbone. Le stockage volumique se décline en cuves tampons sur le lieu de production, d’infrastructures souterraines géantes ou de citernes de distribution (station-service par exemple). Sa principale contrainte, au-delà de la maîtrise de technologies sophistiquées, reste la sécurité et ce quelle que soit sa forme (gazeux à haute pression, liquide à très basse température, solide par hydrure).

Le stockage final (par exemple le réservoir qui alimente la pile à combustible d’un véhicule) est lui aussi soumis à l’aspect sécurité mais il est également impacté par d’autres contraintes telles que la fiabilité, l’ergonomie, le design, le rapport masse/volume en particulier pour les usages embarqués. Sans oublier, comme pour tout produit de grande consommation… le coût unitaire.

Quant au transport, il est majoritairement assuré par des citernes ou bouteilles. De façon plus confidentielle, il existe des initiatives visant à injecter de l’hydrogène dans des réseaux de gazoducs pour du transport de longue distance ou de grande volumétrie. Les États-Unis ont déjà déployé 2 600 km de réseau, l’Europe 1 600.

Le déploiement de réseaux de distribution du gaz, sous forme de bouteilles ou de pompes automatiques, conditionnera à moyen terme la démocratisation de l’hydrogène pour la mobilité. A court terme, les opérateurs se concentrent sur les points de ravitaillement de flottes captives.

Les usages : principales déclinaisons du « Power to… »*

Connue dans son principe depuis 1839, la pile à combustible (PAC ou fuel cell) est l’application la plus connue du grand public. A l’instar de l’électrolyse, plusieurs PAC coexistent à des degrés divers de performance, de prix de revient et de maturité technologique.

La pile à combustible s’impose comme LA solution H2 pour la mobilité, puisqu’elle offre puissance, longévité et autonomie au cœur de la chaîne de traction électrique. Toutefois, le coût encore élevé des piles et le volume de H2 nécessaire à embarquer pour conserver l’autonomie à laquelle nous sommes désormais habitués, font que dans un premier temps, le couple PAC+H2 reste destiné à des marchés spécifiques. Bus urbains, camions poubelles, chariots élévateurs, engins de chantier… sont donc les premiers concernés. Retrouvez ici l’exemple de la semi-remorque frigorifique dont le groupe froid fonctionne à l’hydrogène, une innovation développée en Nord Franche-Comté avec la participation du FC Lab et de la startup H2SYS.
Sans oublier quelques modèles de voitures haut de gamme produits en très petites séries et des trains expérimentaux qui circulent déjà en Europe.

La pile à combustible s’installe également en stationnaire pour la fourniture de courant électrique. Si elle peut se raccorder au réseau général, ses débouchés les plus immédiats sont l’alimentation de sites isolés, difficiles à raccorder, tels que des îles, des refuges, etc., idéalement couplés avec une station de production d’hydrogène à partir d’électricité renouvelable locale. Un bâtiment pilote existe déjà à Belfort.

La reine PAC ne doit pas occulter deux autres formes prometteuses de valorisation du vecteur hydrogène-énergie : la production de gaz de combustion (« Power to Gas »), et la fabrication de carburants de synthèse dits « efuel » utilisables dans les moteurs actuels (« Power to Mobility »).

*Nous n’évoquerons pas ici le « Power to Industry » qui désigne les applications non énergétiques très anciennes de l’hydrogène dans l’industrie chimique, notamment pour la production d’ammoniac.

Le Nord Franche-Comté, So H2

La transition énergétique ne reposera pas sur une solution unique, mais l’hydrogène sera avec certitude un composant incontournable du portefeuille des technologies à faible intensité carbone. Poussé tant par les progrès de la R&D que par l’impératif sociétal de la réduction de notre empreinte environnementale, le marché mondial de la molécule la plus présente dans l’univers s’avère tout simplement colossal. On estime ainsi qu’en France en 2050, l’hydrogène décarboné pourrait atteindre 20% de la fourniture finale d’énergie.

Le Nord Franche-Comté dispose de solides positions sur la chaîne de valeur de l’hydrogène, essentiellement sur le stockage et les usages. Collectivement porteur du projet « transformation d’un territoire industriel », lauréat de l’appel à projet gouvernemental Territoire d’innovation, il se donne l’ambition et les moyens d’être aujourd’hui un pionnier de la transition énergétique comme il a été un pionnier européen de la révolution industrielle.

Depuis 20 ans, le Nord Franche-Comté est à la pointe en matière d’hydrogène. Retrouvez ci-dessous quelques exemples des nombreuses démarches portées localement :

Notez dès à présent que le Nord Franche-Comté donne rendez-vous les 13 et 14 janvier 2021 , à Belfort, à tous les acteurs nationaux et européens dans le cadre d’un événement d’envergure dédié aux grands défis de l’hydrogène-énergie.

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Xavier DAMONGEOT
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