De la matière à l’énergie : Les Secrets de la Fabrication de l’Hydrogène
Le « pourquoi » de l’hydrogène fait aujourd’hui consensus.
Que ce soit au sein de la communauté scientifique ou parmi les gouvernements – qui ont, pour une large majorité, adopté des feuilles de route dédiées – tous s’accordent sur le fait que cette molécule a un rôle clé à jouer dans la décarbonation de nos sociétés. La capacité de l’hydrogène à réduire les émissions de CO₂ de l’industrie et des transports en fait un atout majeur pour atteindre les objectifs climatiques. Au-delà de la dimension de transition écologique, c’est également un levier de compétitivité économique pour les pays, comme le rappelle le rapport Draghi publié en 2024.
Le « comment », en revanche, est moins connu.
Quelles sont les méthodes de fabrication de l’hydrogène ? Et quels sont leurs impacts ? Dans cet article, explorons ensemble les process de fabrication de l’hydrogène : lumière sur les principales méthodes et technologies de production d’hydrogène, leurs avantages et leurs inconvénients.
Pourquoi l’hydrogène est-il un maillon essentiel de notre avenir énergétique ?
L’hydrogène est une molécule simple mais polyvalente, utilisée comme matière première ou vecteur énergétique. Lorsqu’il est produit via des méthodes durables, son utilisation ne génère pas de CO₂, ce qui en fait un formidable moyen de décarbonation de nos industries et nos modes de transports. Cependant, cette empreinte carbone de l’hydrogène dépend fortement du procédé de fabrication utilisé et des ressources utilisées, qui donnent ainsi à l’hydrogène sa « couleur ».
Pour une explication des différentes couleurs de l’hydrogène et leurs implications environnementales, consultez notre article consacré aux couleurs de l’hydrogène.
Méthodes de production de l’hydrogène : de la ressource au vecteur énergétique
1. La plus répandue : le vaporeformage (ou SMR : steam methane reforming, en anglais)
Le reformage à la vapeur de méthane, également appelé vaporeformage, est aujourd’hui la méthode la plus répandue pour produire de l’hydrogène. Cette technique consiste à transformer le gaz naturel avec de la vapeur. Ce procédé présente toutefois un inconvénient majeur : il génère une quantité conséquente de dioxyde de carbone.
- Avantages : Rentabilité et maturité technologique
- Inconvénients : Fortes émissions de CO₂, même si ce procédé de production peut être combiné à une technologie de captage du carbone (CCUS : Carbon Capture, Utilisation and Storage)
2. La plus « synthétique » : la gazéification
La gazéification est un processus thermochimique qui transforme des matières premières carbonées comme le charbon bitumineux, le lignite ou la biomasse, en un mélange gazeux de synthèse appelé “syngas” (hydrogène, monoxyde de carbone, dioxyde de carbone).
- Avantages : Exploitation de résidus industriels et agricoles
- Inconvénients : Forte dépendance aux matières premières fossiles ou organiques et émissions de CO₂, là aussi, qui peuvent être captées
3. La plus prometteuse : l’électrolyse de l’eau
L’électrolyse consiste à diviser l’eau (H₂O) en dihydrogène (H₂) et dioxygène (O₂) à l’aide d’électricité. C’est une méthode prometteuse pour produire de l’hydrogène vert ou bas carbone lorsqu’elle utilise des sources d’électricité renouvelables : électricité issue du solaire, de l’éolien ou de l’hydraulique.
- Avantages : Aucune émission de CO₂ directe
- Inconvénients : dépendance au mix énergétique local et coût encore élevé des électrolyseurs, qui devrait se réduire avec le passage à l’échelle des fabricants d’électrolyseurs
On peut également citer dans ce mode de production : le fractionnement catalytique à haute température de l’eau (produit à partir du nucléaire) et l’électrolyse chimio-thermique
4. Les plus innovantes ? focus sur les technologies émergentes
Des approches innovantes, comme la pyrolyse du méthane, qui produit de l’hydrogène en chauffant le méthane à haute température (plus de 1000°C) sans oxygène, ou l’utilisation de micro-organismes (issus d’eaux usées ou de biodéchets), offrent des alternatives possibles pour une production bas carbone, mais qu’il reste encore à explorer.
5. La plus naturelle ? L’hydrogène blanc (aussi appelé natif, naturel ou géologique) et orange
Enfin, l’hydrogène existe sous forme naturelle, produit par des réactions chimiques dont les cycles de production s’évaluent en milliers d’années : le fameux « hydrogène blanc ». Des techniques se sont également développées pour injecter de l’eau salée dans des roches riches en fer pour provoquer des réactions chimiques permettant également la production « d’hydrogène orange ».
- Avantages : Aucune émission de CO₂ directe (source naturelle dans le cas de l’hydrogène blanc, et séquestration simultanée du CO2 qui se minéralise au cours de processus pour l’hydrogène orange)
- Inconvénients : des processus d’extraction qui sont encore en phase expérimentale et qui nécessiteront plusieurs années de développement
Impact environnemental des technologies
Chaque méthode a un impact différent sur l’environnement, directement lié au mode de production :
- Reformage à la vapeur et gazéification : Génèrent d’importantes émissions de CO₂, qui peuvent être limitées si elles sont couplées à des technologies de capture et stockage du carbone.
- Électrolyse : permet le zéro-émission directe si l’électricité provient de sources renouvelables.
- Innovations et hydrogène naturel : Potentiel significatif pour réduire les impacts négatifs d’émissions de CO₂, mais nécessitent encore des validations à grande échelle.
Défis et perspectives pour l’adoption de l’hydrogène
1. Réduction des coûts
Le coût de l’hydrogène vert ou bas carbone reste actuellement supérieur à celui de l’hydrogène carboné, mais son coût devrait baisser grâce aux innovations technologiques et aux économies d’échelle de l’accès à l’énergie décarbonée.
2. Développement des infrastructures
Des investissements massifs dans les pipelines, les stations de ravitaillement et les capacités de stockage sont indispensables pour déployer l’hydrogène à grande échelle.
3. Réglementations et soutien public
Des politiques publiques, telles que des subventions ou des contrats d’achat à long terme, sont nécessaires pour favoriser l’adoption de l’hydrogène dans les industries et les transports.
Vers un avenir durable grâce à l’hydrogène
L’hydrogène, particulièrement lorsqu’il est produit de manière durable, constitue une solution clé pour décarboner les secteurs énergétiques et industriels. Le développement de technologies comme l’électrolyse et les innovations émergentes ouvrent la voie à un futur énergétique propre et durable.
En conclusion, l’hydrogène est bien plus qu’un simple vecteur énergétique. En misant sur des méthodes de production durables, des infrastructures adaptées et un soutien politique fort, il peut devenir un pilier incontournable de la transition énergétique.
