L’hydrogène industriel, plus gris que vert pour le moment

L’hydrogène est propre pendant son utilisation: comme carburant dans un moteur il n’émet que de la vapeur d’eau. En revanche sa production est polluante, très émettrice de monoxyde (CO) et dioxyde (CO2) de carbone. Petit cours de chimie.

Q: D’où vient l’hydrogène industriel ?

R: A plus de 95%, il est extrait de ressources fossiles, surtout du gaz.

Soit du gaz naturel, soit du charbon gazéifié, la plus ancienne méthode de production d’hydrogène utilisée notamment en Chine, qui libère énormément de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère: c’est de l’hydrogène « gris ».

Lorsqu’il est possible de lui associer des technologies de capture et de séquestration du CO2 coproduit, on parle d’hydrogène « bleu ».

Q: Comment est produit l’hydrogène ?

R: La technique principale s’appelle le « réformage à la vapeur ».

On part du méthane (CH4), qui est la première composante du gaz naturel, bombardé de vapeur d’eau (H2O) chauffée en présence d’un catalyseur au nickel, et on obtient d’abord de l’hydrogène (H) et du monoxyde de carbone (CO).

De nouveau confronté à de la vapeur d’eau à très haute température, se forme alors du dioxyde de carbone (CO2) et davantage encore d’hydrogène (H2).

Cet hydrogène « gris », d’origine fossile, est aujourd’hui le procédé de fabrication le moins onéreux et de loin le plus répandu: produire un kilogramme d’hydrogène coûte entre 1,5 et 2,5 euros, selon le prix initial du gaz naturel.

Q: A combien s’élèvent les émissions de l’hydrogène « gris » ?

R: La réaction chimique libère de l’ordre de 10 kilogrammes de CO2 pour 1 kilogramme d’hydrogène produit, explique Pierre-Etienne Franc, qui dirige la division mondiale hydrogène d’Air Liquide, producteur français de gaz industriels, dans l’ouvrage « Hydrogène: la transition énergétique en marche » (Editions Manifestô).

En France, la production d’hydrogène génère ainsi 3% des émissions nationales de CO2 et 26% des émissions du secteur de l’industrie du pays, précise un gouvernemental de 2018.

Q: Quelles sont les solutions « décarbonées » pour produire de l’hydrogène propre ?

R: La première piste consiste à capter et stocker le CO2 émis lors de la production d’hydrogène « gris ». L’injection de CO2 dans des gisements en voie d’épuisement a un sens industriel: elle permet de dissoudre le pétrole restant et de favoriser l’augmentation du volume de cet hydrocarbure en diminuant sa viscosité.

Le CO2 émis peut aussi être recyclé ailleurs: absorbé par les plantes dans des serres agricoles, utilisé comme gaz inerte pour la conservation dans l’industrie agroalimentaire, ou encore pour la conservation de vaccins à très basse température dans le secteur pharmaceutique. Mais ces solutions restent très marginales.

La deuxième piste vise à remplacer, pour l’extraction, le gaz naturel fossile par du biogaz, issu de la fermentation de déchets organiques venus soit de méthaniseurs (en France et en Europe), soit de décharges (Etats-Unis).

Une troisième piste existe également, dite « jaune » ou « verte », via l’électrolyse de l’eau, qui est aussi la plus chère. On fait passer de l’électricité dans l’eau pour « casser » ou dissocier les molécules d’oxygène (O2) et celles d’hydrogène (H2), contenues dans H2O. Soit exactement l’inverse de la méthode utilisée par la pile à combustible qui consiste à assembler de l’hydrogène et de l’oxygène pour générer de l’électricité et de l’eau.

Cette technique a pour avantage de n’émettre aucun rejet de dioxyde de carbone. Si l’électricité utilisée est renouvelable, éolienne, solaire ou hydroelectrique, voire même issue de biogaz, l’hydrogène obtenu est « vert ». S’il s’agit d’électricité nucléaire, il est qualifié de « jaune ».

Pour l’instant, l’hydrogène obtenu par électrolyse, avec des rendements inférieurs à celui du réformage de gaz et des coûts deux à quatre fois supérieurs, n’excède pas 5% de la production mondiale d’hydrogène.

Mais c’est vers cet hydrogène vert que se dirigent pourtant aujourd’hui massivement les investissements et la recherche, en Allemagne, en France, aux Etats-Unis, afin de créer de véritables filières de production via l’électrolyse, dans l’espoir de décarboner l’industrie, les transports et l’économie.

Q: Existe-t-il d’autres techniques à l’étude?

R: La pyrolyse pourrait servir à décomposer les hydrocarbures en carbone et hydrogène. La photosynthèse est aussi à l’étude, certaines algues produisant naturellement de l’hydrogène par ce biais.