Ces dernières années, les pays du monde entier accélèrent le développement de la filière hydrogène. Selon un rapport conjoint de la Commission internationale sur l'énergie hydrogène et de McKinsey, plus de 30 pays et régions ont publié leur feuille de route pour le développement de l'énergie hydrogène, et les investissements mondiaux dans les projets liés à cette énergie devraient atteindre 300 milliards de dollars américains d'ici 2030.
L'énergie hydrogène est l'énergie libérée par l'hydrogène lors de transformations physiques et chimiques. La combustion de l'hydrogène et de l'oxygène produit de la chaleur, et les piles à combustible permettent également de convertir l'hydrogène en électricité. L'hydrogène possède non seulement des sources variées, mais présente aussi l'avantage d'être un excellent conducteur thermique, propre et non toxique, et d'avoir un pouvoir calorifique élevé par unité de masse. À masse égale, le pouvoir calorifique de l'hydrogène est environ trois fois supérieur à celui de l'essence. C'est une matière première essentielle pour l'industrie pétrochimique et un carburant pour les fusées aérospatiales. Face à l'urgence climatique et à la nécessité d'atteindre la neutralité carbone, l'énergie hydrogène devrait transformer notre système énergétique.
L'énergie hydrogène est privilégiée non seulement en raison de l'absence d'émissions de carbone lors de sa production, mais aussi parce que l'hydrogène peut servir de vecteur énergétique pour pallier la volatilité et l'intermittence des énergies renouvelables et favoriser leur développement à grande échelle. Par exemple, la technologie de conversion d'électricité en gaz, promue par le gouvernement allemand, vise à produire de l'hydrogène pour stocker l'électricité propre, comme l'énergie éolienne et solaire, qui ne peut être utilisée immédiatement, et à transporter cet hydrogène sur de longues distances pour une utilisation ultérieure. Outre l'état gazeux, l'hydrogène peut également se présenter sous forme d'hydrure liquide ou solide, offrant ainsi divers modes de stockage et de transport. En tant qu'énergie de couplage rare, l'hydrogène permet non seulement une conversion flexible entre électricité et hydrogène, mais aussi de créer un lien entre l'électricité, la chaleur, le froid et même les combustibles solides, gazeux et liquides, afin de construire un système énergétique plus propre et plus efficace.
L'énergie hydrogène, sous ses différentes formes, trouve de multiples applications. Fin 2020, le parc mondial de véhicules à pile à combustible hydrogène devrait augmenter de 38 % par rapport à l'année précédente. Son utilisation à grande échelle s'étend progressivement du secteur automobile à d'autres domaines tels que les transports, la construction et l'industrie. Appliquée au transport ferroviaire et maritime, l'énergie hydrogène permet de réduire la dépendance du transport longue distance et à forte charge aux combustibles fossiles traditionnels (pétrole et gaz). Par exemple, début 2020, Toyota a développé et livré le premier lot de systèmes de piles à combustible hydrogène destinés aux navires. Utilisée pour la production décentralisée d'énergie, l'énergie hydrogène peut fournir électricité et chaleur aux bâtiments résidentiels et commerciaux. Elle peut également fournir directement des matières premières, des agents réducteurs et des sources de chaleur de haute qualité aux industries pétrochimiques, sidérurgiques, métallurgiques et chimiques, contribuant ainsi à la réduction des émissions de carbone.
Cependant, l'hydrogène, en tant qu'énergie secondaire, est difficile à obtenir. Sur Terre, l'hydrogène se trouve principalement sous forme de composés dans l'eau et les combustibles fossiles. La plupart des technologies de production d'hydrogène actuelles dépendent des énergies fossiles et génèrent des émissions de carbone. Actuellement, la production d'hydrogène à partir d'énergies renouvelables progresse et il est possible de produire de l'hydrogène sans émission de carbone grâce à la production d'électricité à partir d'énergies renouvelables et à l'électrolyse de l'eau. Les scientifiques explorent également de nouvelles technologies de production d'hydrogène, telles que la photolyse solaire de l'eau et la production d'hydrogène à partir de biomasse. La technologie de production d'hydrogène nucléaire développée par l'Institut de l'énergie nucléaire et des nouvelles technologies énergétiques de l'Université Tsinghua devrait être testée d'ici dix ans. Par ailleurs, la chaîne de valeur de l'hydrogène comprend le stockage, le transport, le conditionnement, l'utilisation et d'autres étapes, qui sont également confrontées à des défis techniques et à des contraintes de coûts. Prenons l'exemple du stockage et du transport : l'hydrogène, de faible densité, est susceptible de fuir dans des conditions normales de température et de pression. Un contact prolongé avec l'acier provoque une fragilisation par l'hydrogène et endommage ce dernier. Le stockage et le transport sont donc beaucoup plus complexes que pour le charbon, le pétrole et le gaz naturel.
Actuellement, de nombreux pays mènent des recherches approfondies sur tous les aspects du nouvel hydrogène, s'attelant à surmonter les difficultés techniques. Avec l'expansion continue des infrastructures de production, de stockage et de transport de l'hydrogène, son coût pourrait fortement diminuer. Les études montrent que le coût global de la chaîne de valeur de l'hydrogène devrait être divisé par deux d'ici 2030. Nous prévoyons ainsi une accélération de la transition vers une société de l'hydrogène.
Date de publication : 30 mars 2021