Hydrogène, carburant et énergie verte?

Parmi les défenseurs de l’environnement et différents groupes d'experts en énergie, l’hydrogène (H) est de plus en plus considéré comme un enjeu majeur en matière de lutte contre la pollution. Pourquoi ? Parce que la molécule d’hydrogène est considérée comme non polluante, mais aussi particulièrement énergétique :

  • La combustion de 1kg d’hydrogène libère 3x plus d’énergie que 1kg d’essence
  • L'hydrogène est produit à partir de ressources renouvelables
  • Les rejets sont composés uniquement d’eau
  • L'hydrogène permet plus d’autonomie et le stockage (impossible avec l’électricité)

Par contre, il occupe plus de volume que tout autre gaz et, surtout, on le retrouve rarement à l’état naturel. 

  • Il faut environ 7 litres d’hydrogène comprimé pour fournir autant d’énergie que 1 litre d’essence.
  • Il faut le transporter dans des bouteilles ou des pipelines sous forme comprimée ou liquide, ce qui est très dispendieux. 

Bref, bien que l’hydrogène semble représenter une source d’énergie incontournable pour le futur, les défis technologiques, les coûts élevés, les infrastructures et autres problématiques ont plutôt favorisé le développement d'autres sources d'énergie verte comme l’énergie solaire et éolienne jusqu’à présent. Mais pourrions-nous réduire notre dépendance aux énergie fossiles en utilisant une autre filière renouvelable, l’hydrogène, dans les années à venir ?

L'hydrogène, c'est quoi ?
L'hydrogène est transporté par pipelines ou sous forme comprimée, dans des bouteilles.

L’ hydrogène, définition. C'est quoi ?

L’élément le plus abondant de l’univers est l’hydrogène (75 % de la masse de l’univers et 10 % de l’être humain). L’eau, par exemple, est composée d’oxygène et d’hydrogène (H2O) - deux molécules d’hydrogène pour une d’oxygène. Mais on retrouve aussi l’hydrogène dans de nombreux éléments, comme ceux comprenant du carbone, par exemple : le méthane (CH4), les gaz réfrigérants (HCFC), etc. 

Pour obtenir de l’ hydrogène, on doit le séparer avec une source énergétique. Ainsi, selon la source utilisée, l' hydrogène peut être vert... ou pas !

L’hydrogène n’est pas une source d’énergie à proprement parler. Comme l’électricité, c’est plutôt un vecteur énergétique. Ce qui signifie qu’il sert à transporter l’énergie produite : l’énergie produite grâce aux turbines actionnées par le mouvement de l’eau dans les barrages parvient dans nos maisons via le réseau électrique, par exemple. Dans le cas de l’hydrogène, il doit être comprimé ou liquéfié pour servir de vecteur, puisque c’est un gaz très peu dense, ce qui demande des quantités importantes d’énergie. Et comme il n’est pas vraiment présent à l’état pur dans la nature (toujours couplé avec une autre molécule), il faut aussi de l’énergie pour l’en séparer. 

L’énergie utilisée peut venir de différentes sources, biomasse, décomposition thermochimique, vaporeformage (réaction du méthane avec de l'eau), gazéification… mais 95 % de l'hydrogène est actuellement produit par des sources fossiles (pétrole, charbon, gaz naturel), puisque c’est la solution la moins coûteuse. Ce qui signifie que de produire de l’hydrogène, non polluant, implique l'utilisation des sources émettrices de GES. Dans ces cas, il n’est évidemment pas propre ! Mais, une option beaucoup plus verte existe.

Il est possible de produire de l’ hydrogène par électrolyse de l’eau ! Et qu’est-ce qu’on a au Québec ?... Et oui, de l'eau! Et de l' hydroélectricité. 

L’ hydrogène vert, une filière prometteuse au Québec !

On peut donc utiliser de l’hydroélectricité pour décomposer des molécules d’eau (H2O) et utiliser l'hydrogène : l'énergie obtenue ainsi est propre. Et au Québec, on a aussi des surplus énergétiques en abondance (la plupart du temps), qu’on ne peut malheureusement pas stocker. En utilisant l’excédent des centrales hydroélectriques, l’hydrogène produit pourrait être stocké et reconverti en électricité au besoin, pendant la période de pointe par exemple.

Car alors que l’hydrogène* peut être utilisé pour pratiquement tous les usages énergétiques, présentement, cette molécule trouve surtout sa place en chimie, raffinage et en transport. Au Québec, on pourrait l’utiliser pour assurer le stockage de l’hydroélectricité. Le couplage serait idéal ! C’est d’ailleurs un des rares endroits dans le monde ou on peut produire de l’hydrogène propre.

Dans le cadre de ses réflexions vers une nouvelle politique énergétique 2016-2025, le gouvernement du Québec s’était posé la question à savoir s’il serait pertinent de soutenir le développement de la filière hydrogène au lieu d’exporter et d’importer l’électricité, et ainsi créer plus de richesse. Le plan stratégique 2020-2024 d’Hydro-Québec présente cette filière comme une alternative prometteuse pour le Québec.

Par contre, un déploiement à grande échelle n'est probablement pas pour avant 2030, le coût de l’électrolyse étant encore de 2 à 3 fois supérieure à celui du reformage par hydrocarbures. Le déploiement de cette filière nécessite donc d’importants investissements, tant pour la production que pour la distribution et le stockage. Il est peu probable que, sans un support des pouvoirs publiques et d’importants engagements du secteur industriel, l’hydrogène puisse se développer comme filière énergétique d'ici là.

De son côté, le Japon a décidé d’investir des milliards de dollars pour développer la filière hydrogène, notamment pour le transport. La Corée du Sud a également l’objectif de mettre en circulation plus de 15 000 MW de piles* à hydrogène d’ici 2040.

Nottons que le chercheur Oumarou Savadogo, de l’École Polytechnique de Montréal, cherchait déjà en 2013 à utiliser l’eau grise afin de tirer directement de l’énergie électrique ou de l’hydrogène comme vecteurs énergétiques.

*Présentement, Air Liquide, à Bécancour, produit la majorité de l'hydrogène de la province. 

L’ hydrogène, un carburant intéressant pour les voitures

Trains, bateaux, voitures, scooters, vélos électriques, bus... de nombreux pays développent cette filière intelligemment en l'utilisant dans les transports. C’est d’ailleurs le carburant de la fusée Ariane depuis plusieurs décennies, et la première voiture à l’hydrogène est née en 1966 !

Comment ça fonctionne, l'utilisation de l'hydrogène en transport ? La molécule H est stockée dans des réservoirs et transformée en électricité via des piles à combustible* (VEPAC). Au Québec, il serait donc doublement pertinent d’investir dans la filière de l’hydrogène : pour réduire les demandes à la pointe, d’une part, mais aussi pour réduire l'utilisation du pétrole, et donc les émissions de GES du secteur des transports (44 % des émissions de la province). 

*Les piles à combustible hydrogène ressemblent aux batteries classiques (avec anode, cathode, électrolyte), mais au lieu d’être stockée, l’énergie est plutôt produite avec du carburant (de l’hydrogène).

La recharge d'une voiture à hydrogène

Selon une étude commandée par Hydrogène Québec, l’hydrogène représente une solution des plus crédibles pour réduire les émissions de GES au Québec. Le gouvernement Couillard avait par ailleurs accordé un décret de 8.25 millions à Transition Énergétique Québec (TEQ) pour la mise en œuvre de projets pilotes de VE à l’hydrogène en 2018. Une partie de cet argent a servi à construire la première station de ravitaillement en hydrogène, à Québec, qui a coûté au total 5,2 millions. La flotte gouvernementale compte depuis 2019 une cinquantaine de voitures à hydrogène Mirai de Toyota (en location - aucune voiture à hydrogène n’a été vendue à ce jour au Québec). 

Des exemples d'hydrogène vert utilisé comme carburant en transport ailleurs dans le monde

Train et avion. Le train à hydrogène Coradia iLint construit par Alstom transporte des voyageurs en Allemagne depuis 2018. De son côté Boeing a fait voler un avion propulsé à l’hydrogène en 2008. Cela a inspiré plusieurs projets dont Ampere en 2016, un avion alimenté par dix piles à hydrogène. 

Des voitures chez Honda, Toyota et Hyundai. Les modèles Daimler, Mirai, ix35 et Nexo s’ajoutent aux 600 taxis Hype de la compagnie STEP pour fournir des options de plus en plus intéressantes de véhicules à l’hydrogène. On les recharge très rapidement (presque aussi vite qu’une voiture à essence) via des stations d’air liquide, elles offrents une belle autonomie (généralement plus de 450 km) et elles n’émettent pas de GES en opération (et non, ça n’explose pas). Ceci dit, faire le plein à l'hydrogène est dispendieux. Par exemple, recharger sa voiture à électricité en Californie coûte 4 $, versus 50 $ en hydrogène. 

Hydrogène et carburant
Recharger sa voiture qui carbure à l'hydrogène : rapide, sans émissions, mais coûteux !

Tramway et bateau. La Chine a mis en service en 2017 à Tangshan le premier tram à hydrogène. Dans la même année, un bateau à hydrogène nommé Energy Observer a été mis à l’eau à Saint-Malo afin d’entamer son tour du monde. Il produit sa propre énergie à bord ! Il sera donc complètement indépendant en énergie pour les 6 ans prévus de son périple. 

Consommation de l’ hydrogène dans le monde

Notons que l’hydrogène reste marginal : moins de 2 % de la consommation mondiale d’énergie. Ceci dit, selon une étude réalisée par le Hydrogen Council, il serait possible que ce taux grimpe à 20 % d’ici 2050. Une bonne nouvelle si on veut limiter le réchauffement à 2 °C, en plus de créer de l’emploi. 
 

SOURCES