L’hydrogène et ses avantages

Le Jeudi 3 décembre 2020
L’hydrogène est un gaz dont les propriétés chimiques offrent un intérêt énergétique majeur. L’hydrogène est considéré comme un « vecteur énergétique » car il offre la possibilité, après avoir été produit, d’être stocké, transporté et utilisé. L’énergie contenue dans l’hydrogène peut être récupérée de deux manières : en le brûlant ou par une pile à combustible.

L’hydrogène et ses usages

L’hydrogène est un gaz dont les propriétés chimiques offrent un intérêt énergétique majeur. L’hydrogène est considéré comme un « vecteur énergétique » car il offre la possibilité après avoir été produit, d’être stocké, transporté et utilisé. L’énergie contenue dans l’hydrogène peut être récupérée de deux manières : en le brûlant ou par une pile à combustible.

Grâce aux progrès de la technologie qui ont permis d’améliorer les rendements et la fiabilité des procédés, l’hydrogène peut être produit par électrolyse de l’eau, à partir d’électricité décarbonée ou renouvelable. On le dit alors « décarboné » car ni sa production ni son utilisation n’émettent de CO2. L’hydrogène décarboné contribuera à l’atteinte des objectifs que la France s’est fixée en matière de développement des énergies renouvelables, de réduction des émissions de gaz à effet de serre et des polluants et de réduction des consommations d’énergie fossile.

Aujourd’hui, l’hydrogène est quasi exclusivement utilisé dans l’industrie en particulier l’industrie chimique et le raffinage. Mais en tant que vecteur d’énergie, il peut être valorisé dans de nombreux autres usages :

  • Carburant propre : une pile à combustible alimentée par l’hydrogène produit de l’électricité et le processus chimique rejette de l’eau. C’est ainsi que l’hydrogène apporte l’énergie nécessaire aux véhicules équipés d’une pile à combustible et permet une mobilité sans émission de polluants.
  • Gaz : l’hydrogène produit pourra à terme, quand cela sera nécessaire, être injecté dans le réseau de gaz soit mélangé au méthane, soit pur dans des réseaux dédiés. Des travaux pour évaluer les impacts sur la sûreté sont en cours.
  • Stockage de l’énergie : l’hydrogène peut être produit par électrolyse puis stocké sous forme gazeuse ou forme liquide avant que de contribuer à produire de l’électricité grâce à une pile à combustible ; l’hydrogène peut être utilisé pour faciliter le déploiement des énergies renouvelables en améliorant la stabilité des réseaux énergétiques.

La stratégie nationale pour le développement de l’hydrogène décarboné en France

La stratégie d’accélération française a été officiellement annoncée le 8 septembre 2020. Avec une dotation globale de plus de 7 Md€ jusqu’à l’horizon 2030, dont 2 Md€ sur la période 2021-2022, la Stratégie nationale hydrogène porte des ambitions très élevées pour répondre aux enjeux suivants :

  • des enjeux environnementaux : l’hydrogène est pourvoyeur de nombreuses solutions pour décarboner l’industrie et les transports ;
  • des enjeux économiques : l’hydrogène offre l’opportunité de créer une filière et un écosystème industriels créateurs d’emplois ;
  • des enjeux de souveraineté énergétique pour réduire notre dépendance vis-à-vis des importations d’hydrocarbures ;
  • des enjeux d’indépendance technologique pour valoriser les atouts dont dispose la France dans la compétition mondiale.

À partir des réflexions lancées par le Conseil de l’innovation et des résultats d’un appel à manifestation d’intérêt (AMI) publié en janvier 2020 pour recenser les attentes des acteurs de l’écosystème français (industriels, centres de recherche, collectivités…), le gouvernement français a identifié les trois priorités suivantes :

  • grâce à l’électrolyse, viser la décarbonation de l’industrie pour contribuer à l’atteinte de la neutralité carbone en 2050,
  • développer les mobilités lourdes à l’hydrogène,
  • soutenir les efforts de la recherche dans le domaine de l’hydrogène et préparer une offre de formation adaptée à la filière hydrogène.

La stratégie prévoit le déploiement d’une capacité installée de 6,5 GW d’électrolyse d’ici 2030. L’ambition de la France est de devenir un fournisseur de premier rang et d’envergure internationale pour la fourniture d’électrolyseurs performants à rendements élevés et avec une fiabilité qui permet une exploitation industrielle.

Dispositifs pour mettre en œuvre la Stratégie nationale hydrogène

Pour mettre en œuvre la Stratégie nationale hydrogène, deux appels à projets Ademe et des mesures d’aides au fonctionnement sont prévus au niveau national et seront complétés par le recours au dispositif européen de projets importants d’intérêt européen commun IPCEI.

L’Ademe a lancé dès le mois d’octobre 2020 deux appels à projets :

Il est prévu de recourir au dispositif européen de projets importants d’intérêt européen commun IPCEI1 pour contribuer à l’atteinte des objectifs de la stratégie nationale. Les projets IPCEI requièrent la participation d’à minima deux partenaires en provenance de deux États membres distincts.

Les coûts de développement et d’exploitation de l’hydrogène, qu’il soit renouvelable ou bas carbone, restant encore au-delà d’un niveau qui le rendrait compétitif, des mesures de soutien seront mises en place afin d’accompagner les efforts des industriels par :

  • un soutien permettant en particulier de compenser les coûts d’exploitation souvent plus élevés qu’avec l’hydrogène fossile – un mécanisme par appels d’offres dont la concertation est en cours ;
  • un soutien pour l’H2 renouvelable utilisé dans le secteur du raffinage par une exemption de la Taxe incitative relative à l’utilisation d’énergie renouvelable dans les transports.

 

1 Le dispositif IPCEI (Important Project of Common European Interest) est un mécanisme européen de soutien de la recherche et de l’innovation publié en 2014 par la Commission européenne pour favoriser des projets d’intérêt transnational dans des domaines stratégiques comme le calcul intensif, la voiture autonome, la nanoélectronique ou bien, plus récemment, la batterie électrique.

Soutenir la recherche, l’innovation et le développement de compétences afin de favoriser les usages de demain

Les nouveaux usages de l’hydrogène identifiés par la stratégie sont nombreux. Les exemples suivants en illustrent la diversité :

  • l’hydrogène dans les réseaux énergétiques : l’hydrogène peut être utilisé pour faciliter le déploiement des énergies renouvelables en améliorant la stabilité des réseaux énergétiques ;
  • les nouveaux usages dans l’industrie : l’usage d’hydrogène décarboné peut être intégré dans certains procédés industriels afin d’en diminuer les émissions CO2. L’hydrogène pourrait par exemple être utilisé dans la sidérurgie pour la réduction du minerai de fer ;
  • les mobilités lourdes de demain : c’est notamment le cas des avions et navires décarbonés. L’utilisation de l’hydrogène par ces filières pourra faire l’objet de démonstrateurs ;
  • les infrastructures H2 de demain : l’hydrogène représente un potentiel certain à moyen terme pour la décarbonation du secteur gazier (H2 liquide, réutilisation dans le réseau de gaz).

Appel à projets « Briques technologiques et démonstrateurs »

Cet AAP « Briques technologiques et démonstrateurs » vise :

  • dans son volet briques technologiques : à développer ou améliorer les composants et systèmes liés à la production et au transport d’hydrogène, et à ses usages tels que les applications de transport ou de fourniture d’énergie ;
  • dans son volet démonstrateurs : à soutenir des projets de démonstrateurs, de pilotes ou de premières commerciales sur le territoire national, permettant à la filière de développer de nouvelles solutions et de se structurer.

Les projets devront s’inscrire dans au moins un des quatre axes présentés ci-après.

 

Axe 1 – Briques technologiques : composants et systèmes innovants

Les projets pourront porter sur l’un des maillons de la chaîne technologique de l’hydrogène, de la production à son utilisation finale, pour des applications dans les secteurs de l’industrie, du transport et de la mobilité, de l’énergie ou des réseaux (liste non exhaustive, donnée à titre illustratif) :

  • Composants et systèmes liés à la production d’hydrogène : électrolyse, procédés thermochimiques (pyrogazéification) utilisant de la biomasse, procédés de méthanation ;
  • Composants et systèmes liés au conditionnement, au transport et à la distribution d’hydrogène, sous forme comprimée ou autre : compresseurs, réservoirs et stockages, éléments de canalisation hydrogène et mélange hydrogène / gaz, station de distribution ;
  • Composants et systèmes relatifs aux piles à hydrogène, stationnaires ou embarquées, notamment pour la mobilité lourde (terrestre, maritime / fluviale, ferroviaire) ;
  • Composants et systèmes de combustion directe d’hydrogène et de mélange hydrogène / gaz ;
  • Composants, systèmes et auxiliaires liés à l’environnement d’usage de l’hydrogène : capteurs, détecteurs, instrument de métrologie, régulation, mesure.

Des projets traitant des problématiques de réduction de coûts (acquisition et exploitation), de fiabilité, de durée de vie, de sécurité d’utilisation, d’écoconception et de recyclabilité sont particulièrement attendus.

 

Axe 2 – Pilotes (ou premières commerciales) innovants industriels et réseaux, fourniture temporaire ou localisée d’énergie

Dans l’industrie, l’emploi d’hydrogène et/ou de méthane de synthèse après une étape de méthanation est une voie de décarbonation possible de certains procédés (sidérurgie, chimie, ciment, raffinage, verrerie, etc.). Des pilotes ou des premières commerciales validant la technologie dans son environnement d’exploitation sont attendus.

Le power-to-gas, ou l’injection d’hydrogène et/ou de méthane de synthèse dans les infrastructures gazières, fait d’ores et déjà l’objet de démonstrations sur le territoire national. De manière complémentaire à ces développements, des pilotes pourront être menés pour explorer d’autres aspects innovants de l’interaction entre réseaux électrique et gazier ou de sécurité de ces installations. La conversion d’infrastructures gaz en boucles locales d’hydrogène pur est également visée.

Cet axe recouvre également les solutions innovantes de fourniture d’électricité décentralisée à partir d’hydrogène, qui peuvent trouver des modèles économiques dans des conditions particulières (liste non exhaustive) : fourniture temporaire d’énergie (évènementiel), alimentation de secours (en substitution de groupe électrogène de diesel), alimentation de navires à quai.

 

Axe 3 – Conception et démonstration de nouveaux véhicules

La mobilité professionnelle étant un axe stratégique de développement, les projets pourront également porter sur les innovations relatives aux équipements (réservoirs, pile à combustible, etc.), à leur l’intégration dans les véhicules et à la démonstration de nouveaux véhicules électriques hydrogène innovants dans leur environnement d’usage :

  • Poids lourds terrestres (bus, autocars, camions, bennes à ordures, etc.) ;
  • Bateaux maritimes et fluviaux (transport de personnes et/ou de marchandises, navires de servitude) ;
  • Matériels roulants ferroviaires (transport de personnes et/ou de marchandises y compris trains légers et trains de frets, locomotives de manutention) ;
  • Off road (manutention, engins de chantier, tracteurs de piste, etc.) ;
  • Véhicules utilitaires.

Outre la validation de la conception de ces nouveaux véhicules, les problématiques de maintenance, de fiabilité et de sécurité de ces véhicules sont visées, ainsi que des travaux levant des verrous sur l’environnement d’exploitation (pré-réglementaires) et pour les aéroports, la problématique de la sécurité des réseaux hydrogène. Les infrastructures d’alimentation en hydrogène permettant l’expérimentation des prototypes déployés dans le cadre de la démonstration sont éligibles.

À noter que le présent AAP vise les innovations et la réalisation de pilotes de véhicules innovants. Les projets de déploiement de véhicules sont éligibles à l’AAP Ademe « Écosystèmes territoriaux hydrogène ».

 

Axe 4 – Grands démonstrateurs d’électrolyse

L’appel à projets permettra également d’apporter une aide au CAPEX pour des projets de démonstrateurs d’électrolyse de grande envergure, d’une puissance supérieure à 20 MW. Le projet devra constituer une première en la matière.

À noter que l’éventuelle aide à l’OPEX qui pourrait être demandée par ces projets ne sera pas allouée via le présent appel à projets, et devra faire l’objet de demande d’aides vers d’autres guichets, par exemple européens (Innovation Fund, etc.).

Cet axe « démonstrateurs d’électrolyse de grande envergure » s’inscrit dans l’objectif de soutien à la R&D et l’industrialisation d’électrolyseurs pour produire de l’hydrogène décarboné et déployer ces solutions dans l’industrie.

Le soutien aux projets d’électrolyse sera également adressé par trois autres outils de la stratégie française pour l’hydrogène décarboné :

  • les projets de déploiement d’électrolyseurs ne comportant pas d’innovation ou ne constituant pas une première sont éligibles à l’AAP Ademe « Écosystèmes territoriaux hydrogène » ;
  • un projet important d’intérêt européen commun (PIIEC/IPCEI) sur l’hydrogène sera lancé en 2021 et permettra notamment de soutenir des projets pilotes d’électrolyseurs de grande envergure visant la décarbonation de sites industriels ;
  • un mécanisme de soutien à la production d’hydrogène décarboné, par complément de rémunération, sera mis en place et permettra de soutenir le déploiement de projets d’électrolyse de grande envergure (premier appel d’offres en 2022).

La solution (équipement, produit ou service développé dans le projet, ou bien démonstrateur mettant en œuvre de l’hydrogène) proposée dans le cadre de l’AAP doit conjointement :

  • apporter une plus-value environnementale étayée ; dans le cadre du projet, l’hydrogène devra préférentiellement être produit à partir d’énergie renouvelable ou produit à partir du mix du réseau électrique ;
  • être innovante – innovation de nature technologique, économique, organisationnelle, systémique ou juridique – au regard de l’état de l’art et de la concurrence ;
  • répondre à la demande d’un marché. Les marchés visés doivent être caractérisés et quantifiés et l‘accès à ceux-ci doit être explicité. Le niveau de maturité de la Solution doit permettre sa commercialisation, son industrialisation ou sa réplication à l’issue du projet ;
  • être réplicable, rendant ainsi possible sa diffusion dans des contextes énergétiques et géographiques similaires ;
  • être prioritairement localisée sur le territoire national, en France métropolitaine ou dans les territoires et collectivités d’outre-mer ;
  • contribuer à la structuration de la filière, en lien avec les objectifs de la stratégie d’accélération de l’hydrogène décarboné annoncée le 8 septembre 2020 : structuration d’une filière industrielle (impact sur la filière, influence sur la création d’acteurs plus importants ou plus compétitifs, etc.), pertinence par rapport aux enjeux sociaux et sociétaux.

Enfin, dans la logique de développement de l’économie circulaire, la priorité est donnée aux projets intégrant une démarche d’écoconception des systèmes, procédés ou produits proposés.

 

Consulter l’appel à projets « Briques technologiques et démonstrateurs hydrogène »
https://entreprises.ademe.fr/dispositif-aide/20201013/inodemo-h22020-176

Appel à projets « Écosystèmes territoriaux hydrogène »

L’appel à projets « Écosystèmes territoriaux hydrogène » accompagnera, dans les territoires, des projets offre / demande d’hydrogène décarboné consistant à déployer des infrastructures de production et de distribution d’hydrogène décarboné en regard du développement des usages, en particulier :

  • les consommations actuelles d’hydrogène dans divers secteurs industriels, où l’hydrogène est employé comme matière première ou comme utilité ;
  • les nouveaux usages énergétiques de l’hydrogène dans le domaine de la mobilité et des transports, de personnes comme de marchandises.

L’objectif est à la fois de :

  • réduire l’impact de ces secteurs sur le changement climatique, d’améliorer la qualité de l’air et de valoriser les ressources renouvelables dans les usages finaux ;
  • développer des plateformes de production / consommation à l’échelle des territoires de taille suffisante pour s’approcher des pivots de rentabilité.

L’appel à projets repose sur le principe d’écosystèmes territoriaux, qui combinent production d’hydrogène et usages industriels et de mobilité sur un même territoire. Cette combinaison doit faciliter l’émergence d’infrastructures et de logistique d’une taille structurante, pour mutualiser les différents usages et optimiser le coût de l’hydrogène distribué pour les utilisateurs et accélérer ainsi son déploiement. L’implication des collectivités dans le développement de ces écosystèmes est fortement encouragée.

Il s’agit, par cet appel, d’accompagner le déploiement de la filière industrielle nationale, porteuse de solutions technologiques et de nouveaux services. L’appel à projets contribue ainsi, par le soutien aux investissements, à accroître la demande et à favoriser le passage à l’échelle industrielle pour la fabrication et la mise en œuvre de ces nouvelles solutions et services sur le territoire.

Vous êtes une entreprise, une collectivité ou un consortium et souhaitez vous engager dans la mise en œuvre de l'hydrogène sur votre territoire. Ce présent appel vise à aider des investissements dans des écosystèmes, qui associent infrastructures de production / distribution d'hydrogène et usages de l'hydrogène. Les usages plus particulièrement visés sont :

  • les usages industriels : emploi d'hydrogène dans la chimie, la métallurgie, l'électronique, etc. L'enjeu est de décarboner les usages actuels de l'hydrogène chez ces consommateurs ;
  • les usages en mobilité : premiers déploiements de véhicules hydrogène dans des flottes professionnelles, pour le transport de personnes ou de marchandises. L'objectif est de poursuivre le remplacement de la mobilité carbonée diesel et essence ;
  • certaines applications stationnaires, s'appuyant sur des groupes électrogènes avec pile hydrogène, pour l'alimentation de bateaux à quai, pour l'événementiel et le BTP, ou en soutien aux réseaux et micro-réseaux dans les zones non interconnectées (ZNI).

Les projets pourront associer des consortiums d'acteurs, qu'ils soient privés ou publics. La participation des collectivités territoriales est fortement attendue, en tant qu'actrices du développement de ces nouvelles infrastructures et usages, en cohérence avec leurs actions de transition écologique.

Consulter l’appel à projets « Écosystèmes territoriaux hydrogène »
https://entreprises.ademe.fr/dispositif-aide/20201013/ecosysh22020-165

Plan hydrogène 2018 et premiers résultats aux appels à projets

Le Plan hydrogène de 2018 visait à soutenir les premiers pré-déploiements de l’H2 : solutions pertinentes concernant la décarbonation par électrolyse, décarbonation des mobilités lourdes en levant les verrous réglementaires et en accompagnant les dynamiques territoriales.

Au-delà de nombreuses actions pour identifier les futurs déploiements de l’H2, trois appels à projets ont été lancés afin d’identifier les premiers pré-déploiements, identifier les cas d’usages de l’H2.

Un premier appel à projets Ademe a été lancé en octobre 2018 pour déployer des écosystèmes territoriaux de mobilité hydrogène et sur la base de flottes de véhicules professionnel. L’AAP répondait également à la volonté d’accompagner le développement d’une gamme de véhicules lourds, qu’ils soient routiers ou relevant d’autres modes (bateaux, trains, aéronautiques).

L’appel à projet « Écosystèmes de mobilité H2 » a conduit à la réception de 24 projets à sa première clôture du 11 janvier 2019 et de 35 projets à sa deuxième clôture du 18 octobre 2019.

Au global, 21 dossiers ont été retenus et sont actuellement pour certains encore en cours d’instruction. La demande de soutien associée à ces 21 projets est de plus de 100 M€. Ces écosystèmes de mobilité hydrogène correspondent à zone, un territoire ou un espace géographique donné, sur lequel s’organisent simultanément une logistique de production et de distribution d’hydrogène, ainsi que des usages locaux de véhicules de transport de voyageurs ou de marchandises. Les usages visaient directement des flottes professionnelles, qu’elles soient privées ou publiques.


Crédits : DGEC