À l’occasion du COP23, le conseil de l’hydrogène (Hydrogen Council) regroupant 18 industriels majeurs, a présenté une étude pour promouvoir le potentiel de l’économie hydrogène. Un nouveau modèle de société organisé autour de l’hydrogène, un nouveau vecteur de transport d’énergie «propre». Cela peut amener à bouleverser la carte mondiale de production d’énergie et de notre quotidien. Décryptage Hybrid Life…

Intitulée «Hydrogen Scaling Up» (voir le PDF complet sur ce lien), les industriels venus de différents horizons (Air Liquide, Alstom, Audi, BMW, Daimler, Engie, GM, Hyundai, Shell, Total, Toyota…) ont voulu montré aux politiques et au grand public, le formidable potentiel de «l’économie hydrogène», ses applications et sa feuille de route de déploiement des infrastructures.

Concept lancé par GM durant la première crise pétrolière, l’économie hydrogène vise à substituer entièrement le pétrole, pour être le vecteur d’énergie principal de l’économie mondiale. L’hydrogène étant l’élément le plus abondant sur Terre, il a aussi la propriété d’avoir la densité énergétique la plus élevée ( 142 MJ/Kg, contre 45,8 de l’essence et 0,5 de batterie Lithium-ion). Il permet à la fois de générer de l’électricité (grâce à un système de pile à combustible), mais c’est également un gaz inflammable qui peut générer de la chaleur en combustion.

économie hydrogène

Vulgarisation de l’économie hydrogène : production et applications. Crédit : R水素

L’hydrogène est donc vu comme une manière de stocker l’énergie «bon marché» à l’échelle mondiale. Les industriels voient l’hydrogène comme un vecteur d’énergie qui leur permet de mutualiser les différents types de production d’énergie, palier le problème de l’intermittence de l’énergie renouvelable et de pouvoir le redistribuer, avec un «format unique» dans diveres applications (fabrication de l’engrais Azote, alimentation des véhicules, génération de l’électricité, chauffage domestique…).

L’hydrogène permet de stocker l’intermittence de la production de l’énergie renouvelable. Source : Etude Hydrogen Scaling Up

Contrairement de la littérature sur le sujet, je vais commencer par vous parler de la production et de la distribution, puis des applications. Probablement que beaucoup d’entre vous sont connaisseurs du sujet, j’ai donc envie de vous épargner le charabia des lobbies industriels et de vous analyser les vrais enjeux de l’économie hydrogène.

Economie hydrogène : la production, le bouleversement de la carte mondiale

Actuellement, le Japon est LE pays le plus développé en matière de l’économie hydrogène, et le gouvernement japonais montrera Tokyo comme une référence de la «Hydrogen Society» à l’occasion des JO 2020. Ceux qui sont contre l’hydrogène (généralement les défenseurs de l’économie batterie lithium) considèrent que l’hydrogène est encore majoritairement issu de la filière pétrolière et l’hydrogène ne serait que le prolongement de notre dépendance vis-à-vis des énergies fossiles et du secteur pétrolier.

Ils n’ont pas totalement tort (j’y reviendrai) mais ils oublient que le Japon est un pays qui souhaite réduire sa dépendance aux énergies fossiles.
Les décideurs du pays du soleil levant sont parfaitement conscients que ce qui a poussé le pays à s’engager dans une guerre mortifère contre pays le plus puissant du monde, c’était justement l’embargo du pétrole américain. N’ayant plus que quelques mois de réserves de pétrole, le pays n’a eu d’autres choix que d’envahir l’Indonésie (colonie néerlandaise), mais auparavant il fallait neutraliser la flotte américaine (d’où le bombardement de Pearl Harbor). Bref, c’était la petite parenthèse historique !

Chaîne logistique du hydrogène

Dans le graphique japonais ci-dessus, le Japon a en effet prévu de pouvoir s’alimenter en hydrogène, qui peut être produit à la fois dans les pays disposant des ressources fossiles (grâce au charbon, gaz naturel ou pétrole) et/ou dans une région densément équipée d’éoliennes et de panneaux solaires. Je suppose qu’il s’agit de l’île Hokkaido beaucoup moins peuplée que l’île principal, mais cela peut aussi être un pays étranger.

On peut crier au scandale concernant l’utilisation des ressources fossiles pour produire de l’hydrogène, mais en réalité, les japonais sont beaucoup plus malins que ça. Ils n’utilisent pas le pétrole ou le gaz naturel pour produire de l’hydrogène. Ils utilisent du charbon basse qualité…le lignite (houille brune). Ce charbon qui contient beaucoup d’eau et qui est facilement inflammable, ne peut pas être transporté et ne peut qu’alimenter les centrales thermiques à proximité de la mine. C’est pour cette raison qu’il est bon marché. L’Australie, le pays qui contient 38 milliards de tonnes d’ignite extractibles, ne peut que se réjouir du projet japonais : importer ce charbon australien sous forme d’hydrogène liquéfié (lien).

Une nouvelle carte mondiale de l’énergie est donc en train d’être dessinée, quand on lit que la Norvège rentre en compétition avec l’Australie pour fournir l’hydrogène au Japon : grâce à l’énergie renouvelable, l’hydrogène norvégien coûte 0,18€/Nm3 contre 0,22€/Nm de l’hydrogène australien. Or sachant que 1 Nm3 équivaut à environ 3 kWh d’énergie, cela donne un coût de  0,06 €/kWh. À comparer donc au tarif de 0,05 €/kWh du gaz naturel en France, et au tarif de 0,21 €/kWh de l’électricité au Japon.

Le Japon, malgré son poids diplomatique proche de zéro, va donc pouvoir se frayer un chemin parmi les puissances pour sécuriser son approvisionnement énergétique.
Actuellement le pétrole du Moyen Orient est sécurisé par les Etats Unis et ses alliés, le gaz naturel par les russes, tout comme l’uranium africain est sécurisé par la France. Il faut garder à l’esprit que tout ceci se fait par le biais de «moyens diplomatiques et militaires», qui se concrétisent par des conflits armés, des coups d’état, etc. Le Japon ne peut pas se permettre de cette politique. En effet, sa constitution (fixée par les Etats-Unis après guerre) l’empêche de toute intervention extérieure. D’ailleurs, la technologie de batterie n’est pas épargnée par ce problème. Le Japon a souffert en 2010 de la suspension de l’exportation chinoise des terres rares ; tandis que récemment, Renault a été épinglé pour avoir utilisé du cobalt de Congo (CDC) pour la batterie de Zoé, dont l’exploitation violerait des droits de l’Homme. Pour les plus intéressés d’entre vous, vous pourrez lire le rapport du Sénat sur le thème «La sécurité des approvisionnements stratégiques de la France».

L’hydrogène offre une capacité et une durée de stockage d’énergie supérieure

Du point de vue de l’Etat français, l’hydrogène pourrait apporter de nouvelles perspectives énergétiques :

  • En interne : les régions rurales, peu peuplés, peuvent se transformer en gigantesque producteurs d’énergie renouvelable et exporter le surplus d’hydrogène aux autres régions voire d’autres pays. Actuellement ça ne sert à rien car la production d’électricité ne peut que rester locale (sinon trop de pertes).
  • En externe : c’est aussi une autre perspective qui s’ouvre, puisqu’il donne la possibilité d’importer de l’hydrogène produit par les panneaux solaires implantés massivement dans le désert du Sahara.

Actuellement, le développement de l’énergie renouvelable est fortement bridé par la capacité de stocker les excès de production pour pouvoir les restituer plus tard. La Californie produit tant d’énergie solaire le midi, qu’elle doit payer les Etats limitrophes pour qu’ils utilisent l’excès d’électricité (lire l’article). L’Allemagne rencontre également des problèmes similaires. Stocker cette énergie sous forme d’hydrogène semble être une bonne solution au problème, même si on perd environ 60% dans la transformation.

Une installation d’électrolyse de production d’hydrogène, au pied de l’éolienne de Yokohama

Notons que la logistique de l’économie hydrogène génère également de nouvelles opportunités industrielles : à l’image de Kawasaki (Japon) qui prévoit de construire des navires capables de transporter l’hydrogène sous forme liquide ou encore Chiyoda, dans l’infrastructure de transformation de l’hydrogène, pour qui c’est un composant facile à transporter (voir la présentation). Il est à noter que la France, avec Air Liquide, leader mondial en infrastructure gazière, a une belle carte à jouer dans l’économie hydrogène. Tandis qu’en industrie de batterie Lithium, nous sommes à la merci des coréens (LG Chem, Samsung SDI…), des chinois (BYD, CATL…) et des japonais (Panasonic…).
Saft et Bolloré, les deux acteurs français, ne totalisent qu’à peine 1 GWh de capacité de production annuelle (source), contre 6 GWh chez LG Chem.

L’hydrogène constitue une nouvelle perspective pour l’industrie lourde japonaise, face à la puissante concurrence chinoise

Les applications de l’économie hydrogène : tout est-il possible?

Du fait de la polyvalence de l’hydrogène : générer de l’électricité via une pile à combustible, fournir la chaleur en combustion ou transformer une molécule en agissant comme un élément chimique ; les industriels comptent bien mutualiser cet élément dans divers secteurs.

  • Dans le secteur du transport : si à court terme, différents véhicules de tourisme ou utilitaires (voiture, bus, camion…) bénéficieront de la technologie pile à combustible pour pouvoir avancer en hydrogène, les industriels prévoient aussi de synthétiser du carburant à partir de l’hydrogène d’origine renouvelable, pour substituer le pétrole (quand il y aura pénurie) dans les navires ou avions.
  • En matière première : l’hydrogène peut servir de matière première dans le raffinage (combiné au CO2 recyclé) pour la production des produits chimiques, comme les solvants (méthanol) ou les matières plastiques (benzène). Dans le futur, l’hydrogène pourrait également être utilisé dans la réduction du minerai de fer en sidérurgie.
  • En chauffage : compte tenu de sa propriété inflammable, l’hydrogène peut être mélangé au gaz naturel pour être injecté dans le réseau de gaz, afin de préserver cette énergie fossile. Actuellement on parle d’une proportion de 80% de gaz naturel mélangé à 20% d’hydrogène.

Il y a encore 10 ans, les spécialistes étaient pessimistes concernant la technologie de pile à combustible ou hydrogène, jugée beaucoup trop coûteuse.
Aujourd’hui, les projets de l’économie hydrogène fleurissent dans tous les secteurs, une preuve que malgré la percée de la technologie de batterie lithium, les industriels continuent d’investir dans la technologie de pile à combustible hydrogène.

En fin 2017, plus de 1000 voitures hydrogène circulent déjà sur les routes … principalement des Toyota Mirai, des Hyundai iX35 et des Honda Clarity

Actuellement, les voitures pile à combustible (Fuel Cell electric vehicle, FCEV) jouissent d’une autonomie supérieure et un temps de recharge beaucoup plus court que les voitures électriques (Battery Electric Vehicle, BEV).

Le coût d’un véhicule hydrogène peut aussi être plus bas qu’une voiture électrique, puisque le prix de cette dernière est proportionnelle à son autonomie.

Dans l’étude de marché KPMG 2017 qui a sondé plus de 1000 dirigeants automobiles, 78% estiment que la pile à combustible sera la prochaine percée réelle de la mobilité électrique, tandis que 62% pensent que la voiture électrique ne s’imprégnera pas pour des raisons d’infrastructure.

En effet, s’il coûte environ 2 millions de dollars pour construire une station hydrogène (voir les projets chiffrés en Californie) et 250 000 dollars pour une Tesla Super Charger, il faut rapidement saisir qu’une station hydrogène (avec 2 pistolets) est capable de recevoir jusqu’à 20 voitures par heures, contre 2 voitures par heure pour Tesla Super Charger. L’équation est donc favorable à l’infrastructure hydrogène, qui nécessite d’ailleurs moins de place. Notons que si Tesla compte déployer les Tesla Super Charger V3 (350 kW), pour soutenir une telle puissance que l’infrastructure ne serait pas capable de suivre, le constructeur américain prévoit d’enterrer des packs de batterie alimentés par des panneaux solaires, le coût de l’installation serait beaucoup plus élevé.

D’autres applications de la technologie pile à combustible hydrogène voit également le jour, en particulier les engins qui nécessitent une forte puissance.
Le constructeur japonais Toyota, expérimente déjà l’utilisation des chariots élévateurs pile à combustible hydrogène, des bus hydrogène ou encore des camions de transport de marchandise alimentés par un système de pile à combustible.

Le chariot élévateur pile à combustible Toyota dans un centre logistique de Yokohama. L’hydrogène est fabriqué par les énergies éoliennes.

 

100 bus hydrogène entrent en service dans le métropole de Tokyo. Chaque bus est alimenté par deux systèmes pile à combustible de Toyota Mirai

À l’image de Tesla qui a récemment dévoilé son camion électrique Tesla Semi, Toyota a aussi lancé une première expérimentation du camion pile à combustible, capable de transporter 36 tonnes de marchandises, tout comme l’autre camion pile à combustible hydrogène Nikola One lancé en fin 2016, capable de faire 1900 km avec un seul plein d’hydrogène.

Et toujours dans le transport, c’est Alstom qui est en train de livrer 14 trains pile à combustible en hydrogène en Allemagne, pour remplacer les anciens trains au moteur diesel:

Ou encore le navire français Energy Observer, équipé d’un système de pile à combustible hydrogène pour être autonome en mer :

Et dans d’autres secteurs, les projets ne manquent pas et montrent que l’hydrogène est un vecteur d’énergie très intéressant dans de multiples applications.

En aéronautique, Safran a développé un générateur pile à combustible capable d’alimenter l’avion lorsqu’il est au sol, et surtout, le système de roulage électrique…évitant ainsi à l’avion de gaspiller son carburant quand il doit rouler sur les pistes de l’aéroport. Etant donné que chaque gramme compte dans un avion, la légèreté du système pile à combustible hydrogène est à privilégier (par rapport aux batteries) pour un usage de forte puissance électrique. En effet, faire rouler un avion de 200 tonnes n’est pas une mince affaire…

Générateur Pile à combustible hydrogène de Safran

Mais il est également possible d’utiliser l’hydrogène pour faire voler un avion. Les ingénieurs allemand ont mis au point un avion électrique – pile à combustible hydrogène HY4, capable de transporter 4 personnes avec une autonomie de 750 à 1000 km. L’objectif final étant de développer un petit avion régional de 19 places «zéro émission».

Alors qu’au même moment, Airbus a dû abandonner son projet de construire en série l’avion électrique biplace (batterie Li-Po) E-Fan cette année, pourtant très prometteur sur le papier pour les aéro-clubs (90 € l’heure d’exploitation contre 120 € pour les thermiques). Si la raison n’est pas évoquée officiellement, l’autonomie réelle qui est plutôt limitée à 45 minutes, semble poser une réelle contrainte pour les utilisateurs. Est-ce que c’est pour cette raison qu’Airbus a abandonné ce projet prometteur, on ne saura probablement jamais.

Pour finir, il est également important de rappeler l’utilisation de la technologie hydrogène dans le domaine domestique. Le géant japonais Panasonic a commercialisé dès 2008, un système de chaudière / co-génération avec la technologie pile à combustible. Il fonctionnerait comme une chaudière de gaz classique, mais il a la capacité d’extraire l’hydrogène du gaz pour générer de l’électricité. Cela permet de réduire les émissions CO2 de 50%. Ce système arrive également en Europe via Viessman.

Le système Pile à combustible Panasonic ENE-FARM à usage domestique a équipé plus de 200 000 foyers au Japon

D’autres projets pour concrétiser l’utilisation de l’économie hydrogène dans le domaine domestique sont également en cours, et à terme le réseau de gaz sera remplacé par le réseau du gaz hydrogène, comme on peut constater sur le récent communiqué de Panasonic.

Les limites de #HydrogenSociety ?

Bien sûr, la nouvelle économie hydrogène est loin d’être parfaite, en tout cas sur le plan idéologique.

À l’heure où certains prônent une consommation locale, voir l’auto-consommation, le modèle de la société hydrogène est en quelque sorte une simple conversion «zéro émission» de la société pétrolière actuelle. Comme on peut voir dans la première partie de l’article, l’approvisionnement et la chaîne logistique de l’énergie hydrogène reste un circuit mondial. Le monde de demain aura donc toujours les pipelines, les énormes navires de transport ou encore les camions de distribution. Pas très sexy tout ça pour un citoyen écolo.
D’autre part, compte tenu du coût d’installation et de sa complexité, l’économie hydrogène ne permettra donc pas aux citoyens d’acquérir son indépendance énergétique vis à vis des géants pétroliers.

Rêve du citoyen pro-autoconsommation : une maison équipée de panneau solaire et de batterie, suffit à elle même

Le fait de voir son futur où «le citoyen parvient à dégager les géants pétroliers de l’ancien monde» repris en otage par cet ancien monde, via la technologie hydrogène, est sans doute une raison pour laquelle certains internautes ont des réactions très violentes contre la technologie hydrogène. Au point que le média américain Green Car Reports (équivalent de Automobile Propre) a publié un article «Pourquoi la voiture hydrogène rend fou les défenseurs de la voiture électrique?».

Il y a évidemment d’autre raisons plus techniques pour critiquer l’hydrogène : le coût de l’infrastructure, le coût du plein d’hydrogène, les pertes énergétiques dans la production d’hydrogène…etc. Mais soyons clairs, la vraie division est dans cette vision du futur de la société. Le «dégagisme» est aussi en train d’arriver dans le monde économique : l’envie de mettre fin aux grands distributeurs alimentaires, aux géants automobiles, aux géants pétroliers…

Or, en regardant lucidement l’histoire des révolutions depuis 2000 ans, je regrette de vous dire que l’on n’a jamais mis fin à la domination des puissants, on a simplement substitué une tête par une autre tête. Si jamais un monde «tout électrique» arrivait, il se peut que notre dépendance vis-à-vis des producteurs énergétiques se transforme en dépendance à celle des producteurs de batteries. Le Moyen-Orient se fait remplacer par la Corée du Sud et la Chine, tandis que votre abonnement chez Engie se transformerait en abonnement chez Solar City.

L’économie pétrolière d’hier (droite) sera-elle remplacée par l’économie batterie électrique de demain (gauche)

Alors quel modèle pour notre future société durable ?

A la vue des différents décryptages de la situation, il est encore trop tôt pour prédire quel sera le vecteur d’énergie principal de notre prochain modèle de société.

Entre le choix d’un carburant universel, plus simple pour la distribution à grande échelle mais dépendant d’anciens acteurs pétroliers ou un modèle d’auto-consommation qui nécessitent un recours massif à la batterie, certes à l’échelle plus locale, ce sont deux visions de la société qui s’affrontent. Derrière ces visions, c’est aussi l’affrontement de deux camps industriels fort différents qui cherchent à assoir leur domination.

On ne saura donc prédire avec certitude quel modèle dominera le futur. Peut-être qu’un équilibre des deux modèles combinant les avantages de l’un et l’autre serait l’idéal. Et vous chère lectrice, cher lecteur, quelle est votre réflexion sur ce futur énergétique ?

 

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