[1] AIE, The Future of Hydrogen, juin 2019
[2] 1 kg d’hydrogène contient généralement 33,3 kW/heure d’énergie utilisable. Source: h2data
[3] A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe, European Commission, 08.07.2020. L’objectif de 80 GW est réparti comme suit : 40 GW en Europe et 40 GW dans le voisinage de l’Europe avec exportation vers l’UE.
[4] Agora Energiewende, The future cost of electricity based synthetic fuel
Hydrogène : bull ou bulle ?
Compte tenu de l’augmentation de la production et de la baisse des coûts, il semblerait qu’on puisse compter sur l’hydrogène à l’avenir.
Par
The Thematic Advisory Board
L’hydrogène est l’élément le plus ancien, le plus léger et le plus abondant de l’univers.
Mais ce n’est qu’en 1766 que le monde a pris conscience de son potentiel en tant que source d’énergie.
Dans le cadre d’une expérience révolutionnaire, le scientifique anglais Henry Cavendish a isolé le gaz en mélangeant le métal et l’acide pour obtenir ce qu’il appelait alors de «l’air inflammable», dont la combustion produit de l’eau.
Malheureusement, les plus grands esprits de ce monde n’ont pas beaucoup progressé depuis.
Les efforts déployés pour transformer l’hydrogène en source d’énergie propre ont régulièrement été entravés par les coûts implicites. Ce gaz était en effet très cher à produire, à stocker et à transporter. De nombreux experts l’ont donc écarté des alternatives viables aux combustibles fossiles.
Les évolutions récentes indiquent cependant que ce point de vue n'a plus lieu d'être.
De l'Europe à l'Asie et au Pacifique, les gouvernements et les entreprises (producteurs d’électricité et de gaz, services publics et constructeurs automobiles) intensifient leurs investissements dans le développement de nouvelles technologies reposant sur l’hydrogène.
Ces efforts ne sont pas à prendre à la légère. Ils témoignent des avancées qui permettent de penser que les coûts de production de l’hydrogène pourraient bientôt chuter aussi vertigineusement que ceux de l’énergie éolienne et solaire.
Selon les membres du Conseil consultatif de notre stratégie Clean Energy, cette évolution devrait favoriser l’intégration de l’hydrogène dans le mix énergétique sans carbone.
Les nombreuses couleurs de l’hydrogène
Si l’hydrogène est le gaz le plus abondant de la planète, il n’existe pas sous sa forme pure dans l’atmosphère.
Il n’existe que peu de techniques pour l’extraire, toutes complexes et coûteuses.
À l’heure actuelle, environ 95% de l’hydrogène est «brun» ou «gris» et extrait via un procédé qui consiste à l’isoler du charbon ou du gaz naturel par reformation de méthane ou de l’hydrocarbure.
Les membres de notre Conseil consultatif estiment que ces procédés industriels génèrent jusqu’à 11 kg de dioxyde de carbone sous forme d’émissions indirectes pour seulement 1 kg d’hydrogène produit. C’est là qu’intervient l’hydrogène «bleu», dont l’empreinte carbone est beaucoup plus faible.
Dans un premier temps, le procédé utilisé pour produire l’hydrogène bleu est le même que pour l’hydrogène gris.
La différence réside dans l’ajout d’une étape supplémentaire destinée à réduire les émissions de CO2 associées à la production de l’hydrogène. Elle met en œuvre la technologie de captage et de stockage du carbone (CSC), qui consiste à enfouir le bi-produit carbone dans des réservoirs souterrains.
Cette technologie n’est pas bon marché (voir graphique). Elle n’est pas non plus totalement neutre en termes d’émissions.
Selon nos experts, l’hydrogène bleu devient compétitif à partir d’un prix du carbone (taxe demandée aux pollueurs) d’environ 60 à 70 euros par tonne de CO2 et à condition que le secteur intensifie la technologie commerciale de CSC.
L’hydrogène: pas toujours vert
Coût de production de l’hydrogène en fonction des méthodes de production
Source: Commission européenne
Rendre l’hydrogène plus vert
Compte tenu des lacunes environnementales présentées par l’hydrogène brun, gris et bleu, c’est peut-être l’hydrogène «vert» qui offre la solution la plus durable.
L’hydrogène vert provient de l’électrolyse de l’eau, un procédé qui décompose l’eau en oxygène et en hydrogène, en utilisant un courant électrique généré par des sources renouvelables telles que l’énergie éolienne ou solaire. Ce procédé ne produit aucune émission de carbone, d’où sa qualification «verte».
À l’échelle de la planète, la capacité de l’hydrogène vert est passée de 1 MW en 2010 à 25 MW en 2019 selon l’AIE, grâce à une baisse spectaculaire des coûts des énergies renouvelables.
Problème: ce procédé représente moins de 0,1% de la production totale d’hydrogène actuelle2.
Cependant, avec l’augmentation des investissements dans cette technologie, la situation pourrait considérablement évoluer dans les dix ans à venir.
L’Union Européenne, qui affiche un objectif de réduction de CO2 ambitieux, prévoit d’installer 6 GW de capacités de production d’hydrogène vert, d’un coût estimé entre 5 et 9 milliards d’euros et compte atteindre 80 GW d’ici 2030 (valeur de l’investissement : 44 milliards d’euros).
Les investissements cumulés dans l’hydrogène renouvelable en Europe pourraient atteindre 470 milliards d’euros d’ici 2050, ce qui porterait la part de l’hydrogène dans le mix énergétique européen à 13-14% d’ici 2050, contre moins de 2% aujourd’hui3.
Selon les membres de notre Conseil consultatif, l’hydrogène vert peut aussi être une solution viable et durable à grande échelle pour stocker l’excédent de la production d’énergie renouvelable. Il pourrait représenter un enjeu croissant dans les décennies à venir compte tenu du remplacement progressif des combustibles fossiles dans le mix énergétique.
Compte tenu de leur caractère intermittent, les sources d’énergie renouvelables seront de plus en plus confrontées au problème dit du «curtailment». Il désigne une situation où les exploitants de réseau sont contraints d’interrompre la production d’électricité renouvelable quand le réseau et l’infrastructure de stockage ne parviennent pas à absorber la hausse brutale de l’approvisionnement liée à un ensoleillement ou des conditions de vent exceptionnels.
Les batteries peuvent constituer une solution de stockage à court terme. Cependant, pour les besoins à long terme, les exploitants ont recours à des installations d’accumulation par pompage, dont le principe consiste généralement à stocker et produire de l'énergie en transférant l’eau d’un réservoir inférieur à un réservoir supérieur.
Ces infrastructures sont cependant coûteuses. De plus, le nombre d’installations de grande envergure de ce type pouvant être à l’échelle mondiale est limité.
Or, l’hydrogène peut être utilisé pour capter l’excédent d’énergie renouvelable.
Les électrolyseurs peuvent être utilisés 24 heures sur 24 pour produire de l’hydrogène vert avec l’énergie renouvelable excédentaire pour éviter le «curtailment». L’hydrogène peut être stocké sous forme gazeuse ou liquide dans un réservoir haute pression ou à très basse température prêt à être déployé.
Si de nombreux progrès sont encore nécessaires pour rendre le stockage de l’hydrogène compétitif, nos experts pensent qu’il peut s’agir d’une niche importante pour l’hydrogène dans le mix énergétique.
Voitures à hydrogène en circulation
Les mandats et les politiques actuels (une cinquantaine dans le monde) se concentrent principalement sur l’introduction de l’hydrogène vert dans le secteur des transports. C’est tout à fait compréhensible. Le transport représente environ un cinquième des émissions annuelles et constitue la principale cause de pollution dans les villes.
Dans ce domaine, les progrès en matière de piles à combustible, qui fonctionnent comme des batteries mais n’ont pas besoin d’être rechargées, sont cruciaux pour l’accélération de l’utilisation de l’hydrogène dans les véhicules.
C’est là qu’il convient de modérer l’optimisme des défenseurs de l’hydrogène.
Les piles à combustible convertissent généralement le carburant hydrogène en électricité, qui alimente ensuite les véhicules. Cependant, leur efficacité énergétique, mesurée par la quantité d’électricité finale qu'elles peuvent extraire pour 100 unités d’énergie renouvelable, se situe à un faible 26% contre 69% pour les batteries (les piles à combustible font toutefois mieux que les moteurs à combustion interne, qui affichent une efficacité de 13%4).
Les piles à combustible sont désavantagées par la perte de puissance subie pendant les processus de conversion (transmission, électrolyse et transport) ainsi que par le moteur électrique et les applications mécaniques.
Pour autant, les coûts du système de piles à combustible s’effondrent grâce au perfectionnement de la technologie et aux économies d'échelle.
Selon les experts de notre Conseil Consultatif, ce facteur pourrait favoriser une plus large utilisation de ces piles dans certains types de véhicules, pour lesquels les batteries ne peuvent pas rivaliser en raison de la durée des temps de charge.
Il y a quelques années de cela, la production d’un seul kilowatt de puissance avec des piles à combustible à hydrogène coûtait plus de 1 000 dollars US. En 2019, ce coût était tombé à 53 dollars US selon le département américain de l'énergie.
Les membres de notre Conseil Consultatif s'attendent à ce que les véhicules à pile à combustible à hydrogène, utilisés dans des segments de niche de poids moyens et lourds tels que les bus et les camions, puissent atteindre la parité du coût total de possession avec le diesel d'ici 2028-2033.
La décarbonisation est un défi qui doit mobiliser toutes les forces. L'hydrogène devrait bientôt jouer un rôle important.
Il faut aussi développer les infrastructures.
Fin 2019, 470 stations de ravitaillement en hydrogène étaient en service dans le monde, soit une progression de plus de 20% par rapport à 2018.
Les membres de notre Conseil Consultatif tablent sur une poursuite de cette croissance, notamment en Asie. Le Japon dispose de la plus vaste infrastructure d’alimentation en hydrogène au monde, avec 113 stations de ravitaillement. Le gouvernement japonais fait un énorme pari sur l’avenir de l'hydrogène, menant une politique industrielle et réalisant des investissements ambitieux dans ce domaine.
En Chine, le nombre de stations de ravitaillement a triplé en 2019 pour atteindre 61. Les autorités chinoises explorent de nouvelles possibilités pour le rail alimenté à l’hydrogène après un programme pilote réussi en 2019.
L’hydrogène a souvent fait l’objet d’attentes déçues. Mais la course féroce au développement de nouvelles technologies, soutenue par les investissements importants des gouvernements, change la donne.
La lutte contre le changement climatique par la décarbonisation est un défi qui doit mobiliser toutes les forces. L'hydrogène devrait bientôt jouer un rôle considérable dans cette transition.
Stratégie Clean Energy de Pictet Asset Management
La transition vers une économie décarbonée va bon train. Les gouvernements du monde entier se sont engagés à investir des milliards de dollars pour atteindre d’ambitieux objectifs zéro carbone net, les technologies de production d’énergie renouvelable étant aujourd'hui compétitives par rapport aux combustibles fossiles.
- La stratégie Clean Energy de Pictet Asset investit dans des entreprises qui soutiennent et bénéficient de la transition énergétique. Elle vise à générer une croissance du capital à long terme, avec une possible surperformance par rapport aux principaux indices d’actions mondiales sur un cycle conjoncturel.
- Cette stratégie investit dans des segments vastes et diversifiés des énergies propres, non seulement dans les énergies renouvelables, mais aussi dans les technologies, les innovations et les infrastructures qui favorisent la mobilité intelligente, les bâtiments écoénergétiques et une production industrielle efficace.
- Actuellement, nous n’investissons pas dans les sociétés qui se concentrent uniquement sur l’hydrogène. Nous privilégions les positions dans les entreprises d’énergie renouvelables, qui devraient bénéficier de la demande croissante d’hydrogène vert. Ces entreprises ont par ailleurs l’intention d’intégrer la chaîne de création de valeur de l’hydrogène vert, allant de la production à la distribution en passant par le stockage.
- Lancée en 2007, la stratégie Clean Energy affiche l’un des plus longs historiques du secteur. L'équipe expérimentée qui gère la stratégie Clean Energy fait partie de notre équipe globale de gestion thématique, pionnière en la matière, qui gère environ 53 milliards de dollars US à travers différentes stratégies.
Plus d’informations sur l’équipe Clean Energy
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Stephen Freedman, Senior Product Specialist
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