Hydrogène vert : définition, production, utilisation en entreprise pour décarboner 

Avec l’Accord de Paris, les États signataires se sont engagés à suivre une trajectoire de neutralité carbone via la mise en œuvre d’une politique ambitieuse de transition énergétique et écologique. Objectif : que la hausse de la température mondiale soit contenue en dessous de 2 °C . Pour parvenir à cette fin de décarbonation, le gouvernement français a, entre autres, misé sur l’hydrogène vert ou renouvelable, qui, comme l’hydrogène bas-carbone (jaune), l’hydrogène gris ou l’hydrogène bleu, reste chimiquement de l’hydrogène (H2).

Mais qu’est-ce que l’hydrogène vert ? Comment est-il produit ? Où en est-on de sa production ? Quels sont les secteurs qu’il pourrait aider à décarboner ? Est-il vraiment une solution d’avenir ? Le point dans cet article.

Qu'est-ce que l'hydrogène vert ?

Définition de l’hydrogène vert 

L’hydrogène, ou dihydrogène (H2), est un gaz très léger qui, combiné à l’oxygène, donne de l’eau (H₂O). L’hydrogène est un vecteur d’énergie : il peut être transformé en énergie grâce au phénomène de combustion. Puisqu’il génère une grande quantité d’énergie, il dispose d’un pouvoir calorifique particulièrement élevé : trois fois plus puissant que celui de l’essence ou du butane, neuf fois plus que celui du bois.

L’hydrogène vert, quant à lui, est un hydrogène d’origine renouvelable, produit par électrolyse décarbonée, c’est-à-dire grâce à de l’électricité d’origine renouvelable. Ainsi, ni sa production ni son utilisation n’émettent de CO2. 

Par opposition, l’hydrogène gris est un hydrogène issu de la conversion d’énergies fossiles, comme le gaz naturel, ce qui génère du CO2, dont les émissions avoisinent 9 millions de tonnes par an.

La famille de l’hydrogène compte également d’autres couleurs. On parle ainsi de : 

• l’hydrogène bleu : produit avec le même procédé que l’hydrogène gris, à l’exception du captage du CO2 émis lors de la fabrication en vue de le réutiliser ou le stocker ; 
• l’hydrogène jaune : produit grâce à l’électrolyse comme l’hydrogène vert mais à partir d’une électricité provenant majoritairement de l’énergie nucléaire. Appelé aussi hydrogène bas-carbone, il est particulièrement développé en France.

Où se trouve l’hydrogène ? 

L’hydrogène est une ressource présente en grande quantité sur notre planète : 

• les molécules d’eau sont formées d’un atome d’oxygène et de deux atomes d'hydrogène, d’où la formule chimique H20 ; 
• les molécules d'hydrocarbure sont le résultat d’une combinaison entre des atomes de carbone et d’hydrogène. Par exemple, le méthane est constitué de 4 atomes d’hydrogène et d’un atome de carbone, d’où la formule chimique CH4.

Si l’hydrogène est courant sur Terre, il est néanmoins nécessaire de le traiter pour isoler ses atomes des autres composants chimiques. Par ailleurs, il existe également des sources naturelles d’hydrogène mais celles-ci sont inexploitables à l’heure actuelle.

Comment est produit l’hydrogène vert ?

Les modes de production de l’hydrogène

Comme nous l’avons souligné plus haut, l’hydrogène est le produit d’une réaction chimique à partir d’une ressource primaire. Sa production nécessite donc l’extraction des atomes d'hydrogène des ressources qui en contiennent (eau ou hydrocarbures).

Actuellement, 95% de l’hydrogène produit dans le monde est issu de la transformation d’énergies fossiles, par vaporeformage de gaz naturel sans captage ni stockage du CO2 ou encore par électrolyse alimentée par une électricité carbonée. 

L'hydrogène vert est, quant à lui, produit via une réaction chimique obtenue par électrolyse de l’eau à partir d’électricité d’origine renouvelable, c’est-à-dire générée par des éoliennes ou des panneaux solaires, par exemple. L’électrolyse de l’eau permet de décomposer les molécules de cette dernière (H2O) et d’en extraire l’hydrogène (H2).

Les sources d’énergie renouvelable utilisées pour fabriquer l’hydrogène vert

L’énergie éolienne

En France en 2023, selon RTE, le volume de production d’énergie éolienne est le suivant : 

• 48,7 TWh de production d’éolien terrestre
• 1,9 TWh de production offshore

Cette source d’énergie se place au troisième rang des filières de production française.

L’énergie solaire photovoltaïque

En 2023, RTE a estimé la production à 21,5 TWh pour le solaire photovoltaïque sur le territoire français. L’installation des capacités photovoltaïques a connu une progression record, avec 3,5 GW installés.

L’énergie hydraulique

L’énergie hydraulique est à la deuxième place des sources de production d’électricité en France, avec une production de 58,8 TWh sur l’année 2023, soit 18% de plus qu’en 2022, selon RTE.

Les autres énergies renouvelables

L’énergie géothermique ou encore l’énergie marine sont également des énergies renouvelables qui peuvent entrer dans le processus de production de l’hydrogène par électrolyse de l’eau.

Les chiffres clés de l’hydrogène vert en France

Si l’on dresse un état des lieux, environ 116 millions de tonnes d’hydrogène sont produites par an dans le monde dont seulement 1 % provient d’hydrogène vert. Toutefois, il est intéressant de noter que l'Agence internationale de l’énergie, l’AIE, prévoit que la production d’hydrogène vert devrait augmenter considérablement au cours des prochaines décennies, pour atteindre environ 20% de la production mondiale d’hydrogène en 2050.

Selon les perspectives long terme de Deloitte, basées sur le modèle HyPE (Hydrogen Pathway Explorer), la demande d'hydrogène vert va aller croissant : 

• un revenu mondial passant de près de 650 milliards de dollars en 2030 à 1 400 milliards de dollars en 2050 ; 
• en 2050, 600 millions de tonnes pourraient être produites et échangées au niveau mondial ; 
• une demande européenne en hydrogène décarboné qui pourrait atteindre jusqu'à 95 millions de tonnes en 2050 ; 
• une production européenne qui pourrait atteindre 55 millions de tonnes par an d’ici à 2050.

L'hydrogène décarboné en France : une stratégie nationale et des investissements pour développer cette filière

En France, la consommation actuelle se situerait autour de 900 000 tonnes par an, quand la production française d’hydrogène s’élevait à près de 130 000 tonnes en 2020, dont environ 1 000 tonnes à partir de l’électrolyse avec de l’électricité renouvelable. 

Pour répondre aux nouveaux enjeux de transition énergétique, le gouvernement français a décidé d’une politique volontariste concernant la production et l’utilisation de l’hydrogène bas-carbone et renouvelable. Depuis 2017 se sont ainsi succédés plusieurs dispositifs, destinés à mobiliser les acteurs de la filière, afin de favoriser le développement des technologies et usages de l'hydrogène dans l'industrie et la mobilité lourde : 

• la stratégie nationale pour le développement de l'hydrogène (SNH) en 2020 ;
• la création d’une institution : le Conseil national de l’hydrogène ;
• le plan France 2030.

L’ambition du gouvernement est de faire de la France le leader de l'hydrogène décarboné, en poursuivant des objectifs prioritaires : 

• atteindre une production d’hydrogène vert de 6,5 millions de tonnes d’ici 2030 ;
• créer une filière compétitive d’H2 renouvelable et bas carbone ;
• devenir un des leaders mondiaux de l’hydrogène décarboné par électrolyse ; 
• compter sur son sol au moins quatre giga-usines d’électrolyseurs et l’ensemble des technologies nécessaires à l’utilisation de l’hydrogène ;
• décarboner l’industrie en faisant émerger une filière française de l’électrolyse ;
• développer une mobilité lourde à l’H2 décarboné ;
• soutenir la recherche, l’innovation et le développement de compétences afin de favoriser les usages de demain.

Dans cette optique, le Programme d’investissement d’avenir (PIA) soutient la recherche via l’ANR (Agence nationale de la recherche), l’accompagnement des PME est réalisé via Bpifrance tandis que le soutien et le déploiement de la mobilité hydrogène se fait via l’ADEME. Les investissements massifs dans la structuration de la filière s’élèvent à neuf milliards d’euros pour soutenir les laboratoires de recherche et les industriels à la pointe de l’innovation. 

Grâce à ces dispositifs, la France est, en 2024, dans le trio de tête de l’hydrogène au niveau mondial, en termes de brevets, de R&D et d’équipementiers.

L'hydrogène vert, un vecteur essentiel de la décarbonation de l’industrie et des transports

Aujourd’hui, l’utilisation de l’hydrogène gris, l'hydrogène renouvelable et bas carbone, sont nécessaires dans le processus d’une grande partie de nos industries (aciéries, cimenteries, raffineries, textiles, engrais, etc.). L’hydrogène vert représente un potentiel de décarbonation (c’est-à-dire de diminution de gaz à effet de serre (GES)) intéressant pour l’industrie, mais pas seulement. Il pourrait également aider à la réduction de l’empreinte carbone des transports.

L’hydrogène vert comme levier de décarbonation de l’industrie

En 2021, le poids de l’industrie dans l’empreinte carbone de la France représentait 18% des émissions en équivalent CO2.

Grâce à son potentiel de décarbonation, l’hydrogène vert peut remplacer les usages actuels d’hydrogène « gris » pour certains procédés de la chimie et pour le raffinage de produits pétroliers. Il peut également être utilisé dans d’autres industries actuellement peu utilisatrices d’H2, telles que : 

• la sidérurgie (en remplacement du charbon ou du gaz naturel pour produire de l’acier bas carbone) ;
• dans la métallurgie ; 
• dans le raffinage (essentiellement pour désulfurer les carburants) ;
• pour d’autres procédés de la chimie (comme réactif pour la production d’engrais décarboné ou de nylon bas carbone) ;
• pour la production de carburants synthétiques en combinant hydrogène et dioxyde de carbone (CO2) pour former un carburant dont les émissions de gaz à effet de serre sont nulles.

L’hydrogène vert comme solution adapté au secteur des transports

Le poids du transport dans l’empreinte carbone de la France en 2021 était de 30,1% des émissions en équivalent CO2, ce qui en fait la première source de CO2 en France métropolitaine.

L’hydrogène vert peut être utilisé au service de la décarbonation des mobilités des entreprises, en étant utilisé dans une pile à combustion directe ou dans une pile à combustible, qui sert ensuite à alimenter un moteur électrique.

Cela permet de réduire considérablement les émissions de carbone des véhicules ainsi que de pallier à la difficulté d’utiliser de l’électricité verte pour certains véhicules, tels que : 

• les véhicules lourds en particulier qui ont besoin d’une capacité de stockage complémentaire à celle des batteries électriques ; 
• l’aviation ; 
• les véhicules utilitaires légers (VUL) ;  
• les bus ; 
• les bennes à ordures ménagères (BOM) ;
• les trains régionaux ou inter-régionaux en zone non électrifiée.

La voiture à hydrogène

Pour décarboner les transports d’une entreprise, le renouvellement de la flotte et des petits utilitaires ou des utilitaires moyens, représente une option intéressante. L’hydrogène peut être utile dans deux cas de figures. 

Il peut être utilisé comme carburant dans un moteur à allumage commandé de type « essence », ce qui présente un bilan environnemental positif. La combustion de l'hydrogène ne rejette que des oxydes d'azote (NOx) en faible quantité, et produit essentiellement de l'eau et de la chaleur. Les voitures alimentées par hydrogène sont jusqu’à 75 % plus écologiques que les véhicules thermiques traditionnels (source CCI).

L’H2 peut, par ailleurs, être vu comme la manière d’accroître l’intérêt des véhicules électriques. En effet, une pile à combustion alimentée par de l’hydrogène, pourrait être intégrée à ces véhicules, de manière à devenir un générateur d’électricité en complément des batteries.

Le train et l’avion à hydrogène

L’utilisation de l’hydrogène est également une piste pour décarboner le train et surtout l’aviation. Ainsi, le projet TER H2 a été lancé par la SNCF et les régions, et escompte la mise en service en 2025 d’une dizaine de trains fonctionnant à l’hydrogène vert.

Concernant l’aviation, l’utilisation de l’hydrogène en est encore en phase d’expérimentation. Différentes options sont explorées : 

• l’utilisation directe de l’hydrogène pour la propulsion à l'hydrogène ; 
• l’utilisation de l’hydrogène pour produire des carburants synthétiques (SAF), qui seront eux-mêmes utilisés dans les moteurs thermiques actuels. 

Pourquoi intégrer l’hydrogène vert dans la stratégie de transition énergétique de votre entreprise ?

L’hydrogène décarboné répond aux enjeux environnementaux 

Dans le contexte de transition énergétique et écologique, l'hydrogène vert émerge comme une solution prometteuse pour les entreprises désireuses de relever les défis environnementaux actuels. En effet, au cœur du plan France Relance et France 2030, la décarbonation de l'industrie est aujourd'hui un enjeu majeur, motivé par des impératifs réglementaires, économiques et environnementaux pressants. 

Les entreprises, conscientes de leur rôle crucial dans la lutte contre le réchauffement climatique, sont appelées à repenser leurs processus et leurs chaînes de valeur pour proposer des alternatives plus vertes. Dans cette perspective, investir dans l'hydrogène vert se profile comme une voie particulièrement attractive, offrant également des possibilités de mobilité d'entreprise plus respectueuses de l'environnement.

Le marché de l’hydrogène vert : des opportunités d'investissement et de business 

L'hydrogène vert est devenu un marché à fort potentiel, où la France cherche à se positionner en tant que leader compétitif. De nombreuses entreprises fixent désormais des objectifs ambitieux de réduction des émissions de CO2, tandis que les projets liés à l'hydrogène vert se multiplient sur le territoire français, stimulant ainsi la demande pour cette énergie propre. 

Si votre entreprise s'engage dans la transition écologique, l'hydrogène vert offre des opportunités d'investissement et de développement commercial à ne pas négliger. Outre les économies résultant de la réduction des coûts des énergies carbonées, l'hydrogène vert constitue un véritable levier de performance pour l'industrie française, avec un potentiel de croissance dans divers secteurs d'activité. Que vous soyez une PME, un fournisseur ou un sous-traitant, cela peut vous ouvrir les portes d’un marché de l'H2 vert de grande envergure.

Des aides pour financer votre projet d'hydrogène renouvelable et bas carbone

Pour déployer vos projets liés à des solutions hydrogène, vous pouvez notamment bénéficier d’un accompagnement et d’aides à l’acquisition de véhicules professionnels hydrogène (bonus écologique).

Quels sont les acteurs de l'hydrogène vert en France ?

Les acteurs publics pour l’hydrogène vert

Si l’État est le premier acteur au niveau national concernant le secteur de l’hydrogène vert, d’autres organismes publics de financement ou de recherche soutiennent activement le développement de cette solution en France, tels que :

• l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME) ;
• l’Agence nationale de la recherche (ANR) ;
• le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) ;
• le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA).

Les entreprises et start-ups françaises spécialisées dans l’hydrogène vert

Certaines entreprises s’investissent dans le développement du secteur de l’hydrogène vert, notamment les grands groupes industriels historiques suivants : 

• EDF ;
• Engie ;
• TotalEnergies ;
• la SNCF ;
• Airbus ; 
• Suez ;
• Véolia ;
• VINCI Energies.

À côté de ces grands groupes, de nombreuses entreprises et start-up françaises agissent pour la transition énergétique et se sont emparées du développement de l’H2 vert en France, telles que : 

• la société Atawey qui fabrique des bornes de recharge et des flottes de véhicules à hydrogène vert ;
• l’entreprise HySiLabs qui a créé une technologie pour stocker et transporter l’hydrogène en toute sécurité ;
• la start-up Haffner qui produit de l’hydrogène vert à partir de biomasse.

Les entreprises comme Lhyfe, McPhy, PowiDian ou encore Hynamics (filiale de EDF) figurent, elles aussi, parmi les principaux acteurs nationaux de l’hydrogène renouvelable.

Quels sont les principaux fournisseurs d’hydrogène vert en France ?

On ne peut pas mentionner les principaux acteurs de l’hydrogène vert sans évoquer les fournisseurs d’hydrogène vert. En France, les fournisseurs de gaz propre sont les suivants : 

• EDF et plus particulièrement sa filiale Hynamics ;
• Engie ;
• Air Liquide ;
• Lhyfe.

Hydrogène vert : une énergie d’avenir pour la transition énergétique ?

Des coûts encore très importants

La production d’hydrogène par électrolyse de l’eau à partir d’électricité bas carbone ou renouvelable est encore très peu développée en raison du coût. Ce mode de production est 3 à 6 fois plus cher que la production par vaporeformage du gaz naturel.

Toutefois, les coûts de production de l’hydrogène vert devraient baisser jusqu’à 85% d’ici 2050 selon un rapport BloombergNEF sur l’avenir de l’énergie, publié en 2020.

Des infrastructures à construire

La structuration de la filière nécessite par ailleurs le développement d’infrastructures, lesquelles sont coûteuses en énergie, en ressources, en matériaux.

Une production encore trop gourmande en énergie

De plus, le rendement de production d’hydrogène vert par électrolyse est très faible et demande de ce fait une énorme consommation d’électricité. La production par électrolyse aboutit, par exemple, à un gaspillage d’énergie de l’ordre de 30%, selon RTE. Une perte d’énergie supplémentaire de 30 à 40% est accusée dans le processus de transformation en électricité via une pile à combustible. Des innovations restent à faire pour récupérer la chaleur produite pendant tout ce processus et ainsi limiter les pertes.

Un impact environnemental lié aux fuites

Enfin, il faut savoir que l’hydrogène est un gaz très léger : des fuites d’hydrogène peuvent être possibles, lesquelles ont une incidence négative sur le réchauffement climatique et donc un impact environnemental controversé.

En synthèse, tout comme les énergies marines, telles que énergie osmotique, énergie marémotrice, énergie houlomotrice, l’hydrogène vert présente des avantages incontestables. Toutefois, certains points bloquants vont encore persister plusieurs années avant que nous ne parvenions à exploiter le plein potentiel de cette technologie.

En attendant, il est possible de compter sur le développement d’autres énergies renouvelables pour entamer la transition énergétique de son entreprise, telles que l’énergie biomasse, l’énergie éolienne, l’énergie solaire, la géothermie, le bois énergie ou encore l’énergie hydraulique.

_{SOURCES :}

_{Optez pour l'hydrogène renouvelable et bas carbone | Entreprises | Agir pour la transition écologique | ADEME}

_{La France doit devenir le « leader » mondial de l'hydrogène vert | gouvernement.fr}  

_{Pourquoi la France mise sur l’hydrogène | info.gouv.fr}  

_{Industrie : vers une nouvelle stratégie hydrogène pour la France | economie.gouv.fr}  

_{L’hydrogène vert : un accélérateur de transition vers la neutralité carbone}  

_{Le schéma d'une pile à combustible PEMFC}  

_{Bilan électrique France 2023 - Un nouvel équilibre pour le système électrique | RTE} 

_{Aides à l'achat de véhicules propres} 

_{Hydrogen Economy Outlook Key Messages - Rapport BloombergNEF}