L’hydrogène et ses avantages

L’hydrogène et ses usages

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. Il sert par ailleurs comme intrant dans certains procédés utilisés dans l’industrie.

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 faiblement carbonée. On le dit alors « décarboné » lorsque sa production et son utilisation permettent d’éviter au moins 70 % des émissions de CO2 constatées avec une production à partir de sources fossiles. 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.

L’hydrogène décarboné fait partie des solutions clefs pour atteindre la neutralité carbone à plusieurs égards :

• Pour remplacer l’hydrogène fossile utilisé dans l’industrie : l’hydrogène est un intrant nécessaire dans des secteurs industriels tels que ceux du raffinage, de la chimie ou encore de la production d’engrais. En France, ces secteurs consomment environ 430 kilotonnes d’hydrogène produits chaque année à partir de sources fossiles (soit cinq millions de tonnes de CO₂ chaque année). Sortir de l’hydrogène fossile, c’est sortir de la dépendance aux énergies fossiles et réduire drastiquement les émissions de notre industrie lourde.
• Pour développer de nouveaux usages dans le cadre de la décarbonation de l’industrie, des mobilités et de l’agriculture : la décarbonation de notre économie engendrera un besoin accru en France d’hydrogène décarboné. Dans l’état des technologies disponibles, l’hydrogène peut s’avérer un vecteur énergétique plus approprié que l’électricité dans certaines situations, typiquement pour les usages intensifs des mobilités, ou pour les besoins industriels où une calcination à haute température, ou un traitement de surface, nécessite son usage. Il est par ailleurs un réactif chimique clef pour certains procédés industriels comme certaines réactions de réduction, notamment dans la sidérurgie. L’hydrogène permet en outre de produire des e-carburants qui auront un rôle à jouer dans la décarbonation du secteur des transports et des engrais azotés décarbonés pour le secteur agricole.

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

La stratégie hydrogène française a été officiellement annoncée le 8 septembre 2020. Sa mise à jour a été mise en consultation du 15 décembre 2023 au 19 janvier 2024. Avec une dotation globale de près de 9 Md€ jusqu’à l’horizon 2030, la Stratégie nationale hydrogène porte des ambitions 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.

Un soutien qui se matérialise depuis 2018 et se renforce après 2020 sur toute la chaîne de valeur

En amont, la stratégie nationale pour le développement de l’hydrogène décarboné a soutenu la recherche et préparé la future génération des technologies de l’hydrogène au travers d’un Programme et Équipements Prioritaires de Recherche (PEPR) dédié. Ce programme a permis de consacrer 83 M€ sur 8 ans à 19 projets qui couvrent l’ensemble de la chaîne de valeur, la production (électrolyse basse et haute température, photo électro-catalyse), le stockage (sous forme solide, gazeuse et liquide), les usages (Piles à combustibles à membrane échangeuse de protons ou PEMFC, Pile à combustibles à oxydes solides ou SOFC, …) et l’intégration système, ainsi que des analyses socio-économiques et des analyses de cycle de vie. En complément, pour anticiper et contribuer à répondre aux besoins en emplois et compétences de demain, neuf projets de formation ont été retenus en tant que lauréats à l’AMI Compétence et métiers d’avenir.

Également en amont, l’appel à projets « Briques technologiques et grands démonstrateurs » avec 350 M€ provenant du plan investissement d’avenir (PIA4), soutient l’innovation et la démonstration de technologies hydrogène sur les électrolyseurs, les piles à combustible, les réservoirs hautes pressions et autres systèmes complexes dédiés à l’utilisation de l’hydrogène décarboné dans une logique d’accompagnement de l’offre (équipements, services). 25 projets ont été sélectionnés qui s’achèveront, pour la majeure partie, sur la période 2024-2026.

Les premières industrialisations en préparation d’une production de masse future ont été soutenues dans le cadre des différentes vagues de « projets importants d’intérêt européen commun » (PIIEC) pour l’hydrogène dans son volet équipementier et politique industrielle. Ont déjà été approuvés par la Commission la construction de quatre usines (gigafactories) de production d’électrolyseurs (McPhy, Elogen, John Cockerill, Genvia) positionnées sur les trois grandes technologies de l’électrolyse (alcaline, par membranes à échange de protons, haute température), mais aussi les véhicules hydrogène (Hyvia pour les véhicules utilitaires, Alstom pour les locomotives), les piles à combustible pour des usages routiers (Symbio), et l’ensemble des composants clés de l’amont de la chaîne de valeur (Plastic Omnium et, Forvia sur les réservoirs, Arkema sur les membranes). Par l’intermédiaire du PIIEC, ce sont plus de 2,7 Mds€ d’aides qui ont déjà été apportés à l’industrialisation des futurs acteurs français majeurs de l’hydrogène, avec d’autres projets en cours de finalisation d’instruction avec la Commission.

Par ces canaux et d’autres programmes de soutien tels que les appels à projet du comité d’orientation pour la recherche automobile et mobilité (CORAM), du Conseil pour la Recherche Aéronautique Civile (CORAC), du Conseil d’Orientation de la Recherche et de l’Innovation de la filière Ferroviaire (CORIFER), ce sont au total plus de 150 projets de recherche, développement, et industrialisation des équipements de l’hydrogène qui ont été soutenus par les autorités françaises.

Les capacités de production d'hydrogène ont été amorcées dans les territoires.

Les premiers projets liés à l’hydrogène dans les territoires s’amorcent dès 2018 grâce au Plan national de déploiement de l’hydrogène. Avec l’appel à projets « écosystèmes territoriaux » lancé en octobre 2020, ce sont 46 projets, représentant 35 écosystèmes dans les territoires métropolitains et outre-mer qui ont été sélectionnés pour un investissement de 1,2 Md€ et un montant d’aide cumulé d’environ 320 M€. Ces écosystèmes concernent majoritairement des projets de mobilité lourde.

• Environ 80 MW de capacité d’électrolyse fourniront 8 000 tonnes par an d’hydrogène décarboné distribuées par une centaine de stations d’hydrogène, en vue d’alimenter plus de 820 bus ou véhicules lourds.
• Les projets ainsi soutenus permettront d’éviter 103 000 tonnes de CO2 par an.

Un relevé supplémentaire en septembre 2023 de l’appel à projets « écosystèmes territoriaux » permet de continuer à développer cette dynamique, combinant à l’échelle d’un territoire donné, les différents maillons de la chaîne : production d’hydrogène, distribution d’hydrogène et usages de l’hydrogène, qu’ils soient industriels ou de mobilité. Les lauréats de cette nouvelle levée seront annoncés en 2024.

Le programme « projets importants d’intérêt européen commun » (PIIEC) dans son volet production d’hydrogène permettra également le déploiement sur notre territoire de projets précurseurs de production massive d’hydrogène couvrant l’ensemble de ses usages industriels (chimie, ammoniac, acier, raffinage…). Des projets déjà sélectionnés permettront d’installer les premières briques de production d’hydrogène au sein des zones industrielles françaises à Fos-Sur-Mer, Dunkerque, Havre-Estuaire de la Seine, ou encore la « Vallée de la Chimie » à Lyon, qui représentent des pôles de consommation majeurs d’hydrogène pour l’avenir.

L’État lance un mécanisme de soutien à la production d’hydrogène décarboné qui prévoit la mise en place de contrats pour différence attribués par appel d’offres, représentant environ 4 Mds€ de soutien public pour le déploiement de 1 GW de production électrolytique. Le projet de cahier des charges du mécanisme de soutien à la production de l’hydrogène décarboné a fait l’objet d’une consultation à l’automne 2023.

Facteur d’émissions du mix électrique français pour la production d’hydrogène

Le règlement européen 2023/1185 et son annexe précisent la méthodologie pour comptabiliser les émissions de gaz à effet des serre (GES) pour la production de RFNBO (renewable fuels of non biological origin) et de RCF (recycled carbon fuels). Une des méthodes possibles consiste, lorsque l’électricité est tirée du réseau électrique, à utiliser la valeur moyenne annuelle des émissions du mix de production de l’État concerné (paragraphe 6.a de l’annexe). La valeur d’émissions GES renseignée pour la France est actuellement de 19,6 gCO2e/MJ, incluant la production électrique en outremers et Corse.

Le règlement européen 2023/1185 permet aux producteurs d’hydrogène d’utiliser la valeur d’émissions GES à l’échelle d’une zone de prix d’électricité (bidding zone) sous réserve que celle-ci soit disponible et suive la méthodologie décrite dans le règlement 2023/1185.

Les autorités françaises indiquent par cette publication que les émissions de GES liées au mix de production de la zone de prix « France continentale » selon la méthodologie décrite dans le règlement 2023/1185 étaient en 2021 de 15,7 gCO2e/MJ.

Cette valeur d’émissions étant inférieure à 18 gCO2e/MJ, et en vertu du règlement européen 2023/1184, les producteurs d’hydrogène renouvelable situés en France continentale peuvent appliquer l’article 4 (2) sans condition d’additionalité.