Pourquoi les énergies renouvelables sont indispensables au développement de l’hydrogène ?
L’hydrogène est aujourd’hui au cœur de la transition énergétique mondiale. Capable de stocker et de transporter de l’énergie, il peut jouer un rôle clé dans la décarbonation de nombreux secteurs tels que l’industrie et la mobilité.
Toutefois, l’impact environnemental de l’hydrogène dépend largement de son mode de production. Aujourd’hui, la majorité de l’hydrogène utilisé dans le monde est qualifié d’hydrogène gris, c’est-à-dire produit à partir de gaz naturel, un procédé émetteur de CO₂. L’hydrogène vert, en revanche, représente une alternative plus propre et plus durable car il est produit grâce aux énergies renouvelables.
Comment est produit l’hydrogène renouvelable ?
Plusieurs procédés, à différents niveaux de maturité technologique, permettent aujourd’hui d’obtenir de l’hydrogène vert. À partir de sources renouvelables diversifiées et locales, ils renforcent la souveraineté énergétique et réduisant la dépendance aux énergies fossiles.
L’électrolyse de l’eau : la méthode la plus avancée
L’une des méthodes les plus prometteuses pour produire de l’hydrogène vert est l’électrolyse de l’eau. Ce procédé utilise un courant électrique pour séparer les molécules d’eau (H₂O) en hydrogène (H₂) et en oxygène (O₂). Lorsque l’électricité est exclusivement issue de sources renouvelables (éolien, solaire, hydraulique), l’hydrogène produit sans émission de CO₂ est alors également qualifié de renouvelable.
De plus, cet hydrogène renouvelable entre dans la catégorie des RFNBO (Renewable Fuels of Non-Biological Origin), c’est-à-dire qu’il constitue un carburant dont l’origine est à la fois renouvelable et non biologique. Grâce aux objectifs spécifiques définis pour les RFNBO dans le cadre du paquet climat européen « Fit for 55 », l’hydrogène produit par électrolyse de l’eau bénéficie ainsi d’un soutien renforcé pour son développement en Europe.
En l’état actuel des technologies, l’électrolyse de l’eau est celle qui représente le plus gros potentiel d’industrialisation pour la production d’hydrogène renouvelable.
Malgré ces atouts, l’électrolyse souffre encore de coûts élevés. Des innovations comme l’utilisation de nouveaux catalyseurs moins coûteux et l’augmentation de la durée de vie des électrolyseurs pourraient réduire les coûts de production.
D’autre part, le stockage d’hydrogène pourra apporter des solutions pour pallier l’intermittence des énergies renouvelables et pour répondre aux enjeux de leur déploiement sur le réseau.
L’hydrogène issu de la biomasse : Une alternative prometteuse
Une autre approche consiste à produire de l’hydrogène à partir de biomasse, c’est-à-dire de matières organiques renouvelables comme les déchets agricoles, forestiers ou issus de l’industrie du bois. Deux principaux procédés existent :
- Méthanisation + reformage : Les déchets organiques, souvent issus de l’agriculture ou de l’élevage, sont décomposés par des bactéries en biogaz (CH₄ + CO₂), qui peut ensuite être transformé en hydrogène. Cependant, actuellement, le biogaz obtenu est généralement purifié afin d’obtenir du méthane pur (CH₄) qui est directement injecté dans les réseaux de gaz existants.
- Procédé thermochimique (pyrolyse ou thermolyse) : Au travers de différentes opérations à haute température et sous des conditions d’oxydation définies, la biomasse est transformée en un gaz de synthèse pouvant ensuite être réformé en hydrogène. Le cout de l’hydrogène est alors optimisé, et les émissions globales de CO2 sont proches de zéro, voire négatives lorsqu’un système de capture est mis en place.
Les procédés mis en œuvre sont relativement bien connus et maitrisés, mais sont aujourd’hui plutôt orientés vers la production de biocarburants : les SAF (Sustainable Aviation Fuels).
A l’heure actuelle, ces procédés ne sont donc pas toujours prioritairement orientés vers la production d’hydrogène vert, et nécessitent encore des investissements pour devenir compétitifs à grande échelle.
Les technologies émergentes : De nouvelles pistes pour le duo Hydrogène / Énergies Renouvelables ?
D’autres méthodes plus expérimentales pourraient également participer à la production d’hydrogène renouvelable à l’avenir. La photoélectrolyse, par exemple, utilise directement l’énergie solaire pour décomposer l’eau en hydrogène et oxygène grâce à des cellules photoélectrochimiques.
Les microorganismes photosynthétiques sont également explorés afin de produire de l’hydrogène vert à partir d’eau et de soleil par le biais du mécanisme de la photosynthèse.
Ces deux processus n’étant actuellement qu’à un stade de recherche, ils nécessitent encore plusieurs années d’investigation avant une potentielle commercialisation à grande échelle.
Des projets d’hydrogène renouvelable ambitieux
Le développement des infrastructures dédiées à la production d’hydrogène renouvelable connaît une forte accélération. À l’échelle européenne, plus de 900 projets d’hydrogène vert devraient voir le jour d’ici 2030, avec une nette prédominance des technologies électrolyseur. Il est ainsi prévu que la capacité de production d’hydrogène vert installée en 2030 atteigne 2,5 Mt, voire 5 Mt dans le cas d’un déploiement fort du marché.
Une forte politique européenne de soutien à l’hydrogène vert
La concrétisation des projets d’hydrogène renouvelable dépend fortement de plusieurs éléments clés, tels que l’évolution de la réglementation, l’accès aux financements et la mise en place d’un réseau d’infrastructures de production, de transport et de stockage adapté permettant un usage efficace.
Ainsi, 367,5M€ ont déjà été débloqués depuis 2020 par l’Union Européenne (UE). Les instances européennes jouent un rôle central dans le développement de l’hydrogène renouvelable, avec des stratégies de soutien et des financements conséquents, notamment à travers du Fonds pour l’innovation et du Partenariat Clean Hydrogen. Ainsi, l’UE investit massivement dans des projets intégrés qui favorisent la production, le stockage et l’utilisation d’hydrogène produit à partir de sources d’énergies renouvelables au service de la décarbonation des territoires. Ces politiques se traduisent, entre autres, à travers le programme « H2 Valleys », à l’exemple de IMAGHyNE, coordonnée par la Région Auvergne-Rhône-Alpes et réunissant plus de 40 partenaires européens, dont Atawey, sur toute la chaine de valeur.
En complément, de nombreux pays disposent également de leurs propres stratégies de financement, à l’image du schéma de 14,7 Milliards d’euros dédié par l’Allemagne à l’hydrogène vert ou encore des appels à projets hydrogène de l’ADEME en France.
Ces politiques de financement peuvent se traduire sous différentes formes : soutien à l’innovation, financements de projets, abattements sur le prix de l’hydrogène,…
Hydrogène vert : ces projets concrets combinant hydrogène et énergies renouvelables
De nombreux projets de production d’hydrogène renouvelable, que ce soit par électrolyse ou voie thermochimique, sont d’ores et déjà lancés, démontrant la pertinence des technologies. L’Allemagne et la Suède sont les pays les plus dynamiques, suivis de la France et des Pays-Bas.
Parmi les projets notables, le projet Normand’Hy prévoit l’installation d’un électrolyseur de 200 MW fonctionnant à partir d’électricité d’origine renouvelable. Quant à l’électrolyseur en cours de construction au Cheylas, en Isère, il permettra d’alimenter en hydrogène renouvelable industries locales et stations de ravitaillement de la région Auvergne-Rhône-Alpes (réseau ZEV) grâce à une capacité de production de 4 tonnes par jour.
Concernant la technologie biomasse, un site de production d’hydrogène vert via un procédé de thermolyse, a été mis en service début 2025 dans la Marne.
L’intégration de l’hydrogène renouvelable au sein des infrastructures énergétiques
Au-delà de la construction d’unités de production d’hydrogène vert, celui-ci se doit d’être pleinement intégré au sein des systèmes énergétiques.
Déployer l’hydrogène renouvelable grâce aux écosystèmes
Les écosystèmes hydrogène, soutenus par le programme « H2 Valleys », sont amenés à jouer un rôle déterminant pour le développement de l’hydrogène vert. En connectant les acteurs clés de la filière et en favorisant une approche intégrée, ils permettent ainsi de favoriser un réseau de production, de stockage et de distribution optimisé.
Indépendamment de cette initiative, Atawey, en tant que spécialiste des stations de distribution d’hydrogène, participe donc pleinement au déploiement des infrastructures nécessaires à l’essor de l’hydrogène renouvelable.
Le projet Arv’Hy, dont Atawey est l’un des principaux actionnaires, est un parfait exemple de l’intégration d’une unité de production d’hydrogène renouvelable au sein d’un écosystème. Une station de recharge pour véhicules hydrogène est alimenté par un électrolyseur utilisant de l’électricité 100% renouvelable. Cette approche permet ainsi de créer une véritable synergie locale entre la production d’hydrogène vert et son usage, garantissant une solution de ravitaillement efficace et adaptée aux besoins de la mobilité hydrogène.
Participer à la soutenabilité du réseau
L’hydrogène vert se positionne enfin comme une solution afin de résoudre l’un des principaux défis des énergies renouvelables : leur intermittence. En effet, la plupart des énergies renouvelables (éolien et solaire notamment) ne sont pas capables de produire de l’électricité en continu en raison des variations météorologiques, ce qui peut avoir un impact considérable sur la gestion du réseau électrique.
L’hydrogène renouvelable peut alors jouer le rôle clé en tant que vecteur de stockage énergétique. Lorsqu’il y a un surplus de production d’électricité renouvelable, celle-ci peut être utilisée pour alimenter un électrolyseur, qui transforme l’eau en hydrogène vert par électrolyse. Cet hydrogène peut ensuite être stocké à long terme et réutilisé lorsque la demande énergétique augmente, notamment via des piles à combustible ou des turbines à hydrogène, restituant ainsi l’électricité au réseau.
Afin de garantir une gestion optimisée de cette flexibilité énergétique, des systèmes de gestion de l’énergie (EMS – Energy Management System) sont mis en place. Ces technologies intelligentes permettent de suivre et piloter en temps réel la production, le stockage et la consommation d’énergie, pour répondre aux besoins du réseau ou des infrastructures locales.
Finalement, l’alliance de l’hydrogène et des énergies renouvelables offre en une solution prometteuse et unique pour la décarbonation de secteurs tels que l’industrie et la mobilité, tout en renforçant la souveraineté et l’indépendance énergétique de l’Europe. Grâce aux avancées technologiques et au soutien de l’Union européenne, la filière est en plein essor, ce qui se traduit par le développement de nombreux projets ambitieux.
Sources : France Hydrogène, Clean Hydrogen Monitor 2024, Clean Hydrogen Production Pathways Report 2024.
