Qu’est-ce que l'hydrogène et quelle est son utilité ?

Publié le 12.06.2023

Dans L’île mystérieuse, Jules Vernes avait imaginé que “l’eau sera un jour employée comme combustible, que l’hydrogène et l’oxygène, qui la constituent, utilisés isolément ou simultanément, fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisables”. Aujourd’hui, la réalité a dépassé la fiction puisque ce qui est décrit ici ressemble beaucoup à l’électrolyse, une technique de production de l’hydrogène ! Vattenfall vous présente les autres méthodes de production de l’H2 et ses applications dans notre quotidien.

Qu’est-ce que l'hydrogène ?

L'hydrogène en bref

L’hydrogène ou dihydrogène (H2) est un gaz invisible et inodore qui a une particularité : il s’agit de l’élément chimique le plus léger et le plus abondant sur Terre. On le trouve dans la composition de l’eau ou dans celle des hydrocarbures (charbon, pétrole, gaz naturel). Contrairement à ce que l’on peut penser de prime abord, il ne s’agit pas d’une source d’énergie à proprement parler mais plutôt d’un “vecteur énergétique” qui doit être produit pour être utilisé.

Les différents types d’hydrogène

Vous avez peut-être déjà entendu parler d’hydrogène vert, gris, jaune ou bleu. Ces couleurs permettaient de différencier les techniques de production du dihydrogène en les classant de la plus carbonée à la moins carbonée.

Aujourd’hui, les terminologies ont évolué de manière plus parlante :

l’hydrogène gris est désormais qualifié d’hydrogène “fossile” : il s’agit du mode de production d’H2 le plus courant (95 %) en France et qui consiste à exploiter des ressources d’origine fossile par procédé thermochimique (1) ;
l’hydrogène bleu et jaune sont aujourd’hui qualifiés de “bas-carbone” : le premier est lui aussi produit à partir d’énergies fossiles mais capte et stocke les émissions de CO2 émises durant sa fabrication ; alors que le second est produit à partir d’électricité du réseau, dont une large part est d’origine nucléaire ;
l’hydrogène vert est aujourd’hui qualifié de “renouvelable” car il est produit à partir de l’électrolyse de l’eau, un procédé qui a recours aux énergies renouvelables (solaire, hydraulique, éolienne etc.).

Comment est produit l’hydrogène ?

Historiquement, l’hydrogène est produit à partir d’hydrocarbures comme le charbon, le pétrole ou le gaz naturel. Les procédés pour y parvenir sont fortement émetteurs de gaz à effet de serre. Il en existe deux principaux :

le reformage du gaz naturel à la vapeur d’eau par vaporeformeur ;
la gazéification via la combustion de charbon.

Heureusement, une méthode de production d’hydrogène décarbonée existe. Il s’agit de l’électrolyse : les molécules d’eau (H2O) sont séparées en dioxygène (O2) et dihydrogène (H2) grâce à un courant électrique issu de sources d’énergies renouvelables. En France, cette technique permet d’émettre au maximum 2,77 kgCO2/kgH2 sur l'ensemble du cycle de vie, soit quatre fois moins que le procédé de vaporeformage de gaz naturel. (2)

Par ailleurs, il est possible de décarboner les usages des méthodes de production d’H historiques :

en remplaçant le gaz naturel par le biométhane, une énergie biomasse renouvelable lors du recours au vaporeformeur ;
en captant les émissions de gaz à effet de serre émises lors de la combustion des ressources fossiles liées à la gazéification.

Quelles sont les applications de l’hydrogène ?

L’hydrogène revêt de nombreuses fonctions et peut servir à la production :

de carburant : pour voiture électrique via une pile à combustible :
d’engrais azoté : pour le secteur chimique ;
de chaleur : pour le réseau de gaz lorsqu'il est mélangé au méthane ;
d’électricité : pour alimenter le réseau électrique national ;
de gaz : lorsqu'il est mélangé au CO2 pour produire du méthane de synthèse.

Le H2 est donc principalement utilisé dans les secteurs de la pétrochimie ou de la mobilité lourde. Toutefois, son utilisation a de plus en plus vocation à soutenir la transition énergétique.

Décarboner le secteur industriel

Le secteur de l’industrie manufacturière est le quatrième contributeur d’émissions de gaz à effet de serre en France, avec en tête du “podium” l’industrie chimique, la fabrication de matériaux de construction (ciment, verre, chaux, tuiles, etc.) et la métallurgie.

La France cherche donc à décarboner ce secteur dont l’empreinte carbone est particulièrement forte et l’hydrogène fait partie des solutions viables, notamment sur ces segments :

sidérurgie : pour produire de l’acier décarboné tel qu’Hybrit, le premier acier décarboné au monde produit en Suède dans le cadre d'un partenariat entre SSAB, LKAB et Vattenfall.
chimie : comme réactif pour la production de nylon bas carbone ;
raffinage : pour désulfurer les carburants ;
production de carburants synthétiques dont les émissions sont neutre en CO2.

Accélérer la mobilité électrique

En France, les transports sont responsables de 25 % des émissions de gaz à effets de serre dus à l’énergie, ce qui en fait le second poste émetteur après la production d’électricité (3). Il est donc essentiel de réduire l’impact carbone de ce secteur.

Pour ce faire, la mobilité électrique est en marche : en effet, les voitures électriques et à hydrogène rejettent peu de dioxyde de carbone durant leur cycle de vie, contrairement aux voitures thermiques, dont les émissions sont très polluantes. A titre d’exemple, un véhicule diesel produit entre 40 et 45 tonnes de CO2 sur l’ensemble de sa durée de vie, contre moins de 15 tonnes pour une voiture hydrogène produite par électrolyse (1) !

Valoriser les déchets industriel

L’hydrogène n’a pas fini de faire parler de lui, tant ses applications sont multiples. Dernièrement, on a pu voir le mannequin Cara Delevingne présenter une brume rafraîchissante fabriquée à partir des eaux usées de l'usine Hybrit à Luleå en Suède qui utilise de l’hydrogène décarboné pour produire de l’acier.

En effet, lors de la production d’hydrogène décarboné, de l’eau est émise en lieu et place d’émissions de gaz à effet de serre. C’est cette eau, si propre, qu’elle compose le flacon The Mist, qui est mise en avant dans la campagne de publicité inédite lancée par Vattenfall en mai 2023.

Quelle est la place de l’hydrogène en France ?

Dans le cadre de la transition énergétique vers la neutralité carbone en 2050, la France souhaite devenir le leader de l’hydrogène décarboné. Elle est aujourd’hui dans le trio de tête mondial grâce à des investissements conséquents dans cette technologie depuis 2017 ainsi qu’une stratégie nationale solide dont les objectifs principaux sont :

développer davantage d'électrolyseurs pour décarboner l’économie ;
accélérer la mobilité propre notamment pour les véhicules lourds ;
créer 50 000 à 150 000 emplois en France grâce à la structuration d’une filière dédiée à l’hydrogène. (4)