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L’hydrogène: un grand espoir

Le Canada est bien placé pour en tirer profit si l’hydrogène remplit finalement ses
promesses

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20 mai, 2021
Un symbole chimique sur un panneau de pompe à hydrogène dans une station de ravitaillement de train à Salzgitter, en Allemagne, le mardi 20 avril 2021. Photographe: Krisztian Bocsi / Bloomberg via Getty Images

La transition énergétique et les investissements massifs promis par les États occidentaux et la Chine visant la neutralité carbone feront deux grands gagnants : l’électricité et l’hydrogène. 

Le déploiement de l’hydrogène en ferait une industrie qui, si elle remplit ses promesses, pourrait combler près du quart de la demande mondiale d’énergie dans 30 ans selon Bloomberg. Le chiffre d’affaires ? 12 000 milliards de dollars en 2050.  

Cette belle lancée tiendra-t-elle ? L’hydrogène livrera-t-il enfin ses promesses ?  

Hydrogène 101 

Premier élément du tableau périodique, l’hydrogène est considéré comme l’élément le plus présent dans l’univers. Entre autres, il fait partie de la composition de l’eau (deux atomes d’hydrogène et un d’oxygène) et du gaz naturel (un atome de carbone pour quatre d’hydrogène). 

Son atome est le plus léger du tableau périodique. Il est sans couleur, sans odeur, sans saveur. Mais c’est une substance inflammable.  

L’hydrogène se retrouve rarement à l’état pur. Pour l’obtenir, et l’utiliser à des fins industrielles, il faut la séparer des autres molécules qui lui sont rattachées.  

Donc l’hydrogène, comme l’électricité, est un vecteur d’énergie, et non une énergie fossile. On ne le trouve donc pas uniquement dans certaines régions. 

L’hydrogène est utilisé dans le monde moderne pour trois usages principaux : dans les procédés de raffinage des produits pétroliers (33 % de l’utilisation); dans l’industrie chimique, soit la production d’ammoniac (27 %) et de méthanol (11 %) ; et, enfin, dans le secteur du fer et de l’acier (3%). 

Contrairement à l’électricité, l’hydrogène peut être stocké à long terme et, comme il s’agit d’un produit chimique, il peut être transporté et rendu accessible auprès des carrefours d’utilisation. Comme sa densité est faible, l’hydrogène doit cependant être compressé ou liquéfié pour faciliter son transport. 

Son stockage le rend particulièrement attractif pour pallier l’intermittence des énergies renouvelables. Son déploiement près de centrales éolienne et solaire facilite donc la mise en place des renouvelables.  

Sur le plan écologique, l’hydrogène présente notamment deux avantages majeurs par rapport aux énergies fossiles : sa combustion ne produit aucune émission de gaz carbonique, seulement de la vapeur d’eau. Les émissions peuvent être évitées si la source d’énergie utilisée pour le générer est décarbonée. 

À l’heure actuelle, c’est au niveau de sa production que le bât blesse. Actuellement, selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), l’hydrogène est produit avec des énergies fossiles, soit à plus de 76 % par du gaz naturel, à 23 % avec du charbon. 

Dès lors, la production d’hydrogène (70 millions de tonnes par an) entraine d’importantes émissions de gaz à effet de serre (GES), soit l’équivalent des émissions annuelles de l’Indonésie et de la Grande-Bretagne réunies, dit l’AIE. 

Plus précisément, le principal procédé utilisé pour produire de l’hydrogène se nomme le vaporeformage du gaz naturel, ou reformage à la vapeur.  

L’hydrogène peut aussi être obtenu par électrolyse, soit en séparant, dans l’eau, l’hydrogène de l’oxygène, grâce à de l’électricité.  

Mais ce procédé d’électrolyse, plus coûteux, ne compte que pour 2 % de la production actuelle d’hydrogène.  

Pour différencier le caractère émetteur de GES lié à la production d’hydrogène, l’industrie lui donne différentes couleurs.  

  • L’hydrogène gris est produit par vaporeformage du gaz naturel, mais sans captage du dioxyde de carbone (CO2). 
  • L’hydrogène bleu, lui aussi produit du vaporeformage du gaz naturel, mais avec captage du dioxyde de carbone. 
  • L’hydrogène vert, produit avec de l’électricité renouvelable, c’est-à-dire d’origine hydraulique, éolienne, solaire, ou autres. 

Présentement, le procédé le plus économique pour obtenir de l’hydrogène est par vaporeformage du gaz naturel sans captation.  

Le prix pour obtenir de l’hydrogène dépend beaucoup de considérations locales, notamment la disponibilité et le coût du gaz naturel et le prix de l’électricité. 

Il varie ainsi entre 1,5 $ US/kg et 3,5 $US/kg pour l’hydrogène gris ou bleu. 

L’hydrogène vert se situe davantage dans une fourchette de 4 $US/kg à 8 $US/kg.  

La course à l’hydrogène

C’est l’enjeu du changement climatique qui a propulsé l’hydrogène au centre des espoirs d’un monde décarboné, sans pollution, y compris pour les véhicules, grâce à une pile à combustible qui convertit l’énergie chimique en énergie électrique. 

Devant cet élan, porté notamment par le Conseil de l’hydrogène (Hydrogen Council), mis en place en 2017 par des entreprises actives dans ce secteur, les gouvernements des pays développés et émergents ont pris la balle au bond et, les uns après les autres, présentent leur stratégie.  

L’Europe apparait particulièrement ambitieuse, avec Une stratégie pour l’hydrogène en vue d’une Europe neutre climatiquement, et des investissements avoisinant les 500 milliards d’euros d’ici 10 ans. Elle a pris un engagement de décarbonation complète de son économie pour 2050 et mise sur l’installation de 40 000 mégawatts d’électrolyseurs d’ici 10 ans, elle qui n’en abrite que 100 mégawatts présentement.  
 
La production européenne d’hydrogène envisagée dans 30 ans est de 10 millions de tonnes annuellement. 

C’est sans compter les ambitions nationales, en Allemagne, en Autriche, en Espagne, en France, en Italie, en Norvège, aux Pays-Bas, au Portugal, mais aussi hors de l’Europe, en Australie, en Corée du Sud. Bref, une trentaine de pays ont publié leurs stratégies de développement de l’hydrogène depuis trois ans, la plupart tout récemment, en 2020.  

Le Japon l’avait déjà fait en 2017. Il a depuis longtemps affiché son intérêt à développer un secteur de l’hydrogène qui viendrait réduire son énorme dépendance énergétique.  

Du côté américain, l’administration considère aussi l’hydrogène comme un acteur de la transition vers une économie décarbonée à l’horizon 2050. Une stratégie nationale se fait attendre. Si bien que les dirigeants de l’industrie ont demandé en avril 2021 plus de clarté à ce sujet.  
 
Mais des États ont pris de l’avance dont, sans surprise, la Californie, qui veut construire 200 stations d’approvisionnement en hydrogène d’ici 10 ans. 
 
Au-delà des stratégies, des projets concrets voient le jour. Par exemple depuis 2018, l’Allemagne exploite des trains qui fonctionnent à l’hydrogène.  
 
En France, une petite flotte de taxis à l’hydrogène (nommé Hype) existe depuis 2015, avec des autos qui se rechargent en 5 minutes et une autonomie de 500 km. 

Le Canada est dans le coup  

Fin 2020, le gouvernement fédéral a dévoilé la Stratégie canadienne pour l’hydrogène intitulée « Saisir les possibilités pour l’hydrogène ». Déjà, le pays produit 3 millions de tonnes d’hydrogène par an, ce qui le classe parmi les dix premiers producteurs mondiaux.  

Le Canada envisage que 30 % de ses besoins énergétiques pourraient être comblés par l’hydrogène d’ici 2050, avec une production montant jusqu’à 20 millions de tonnes d’hydrogène par an, ce qui en ferait un des trois principaux producteurs mondiaux.  

Le pays mise aussi sur l’exportation vers des régions intéressées à se procurer son hydrogène propre : Californie, Europe, Asie. 

Le Canada porte un message résolument engagé sur l’hydrogène, et fait même miroiter une addition de 350 000 nouveaux emplois d’ici 30 ans : « Les systèmes énergétiques mondiaux subissent une transformation radicale, motivée par la nécessité d’atténuer les changements climatiques. Le développement d’une économie de l’hydrogène propre à grande échelle constitue une priorité stratégique pour le Canada, nécessaire pour diversifier notre futur bouquet énergétique, générer des avantages économiques et atteindre la cible de zéro émission nette d’ici 2050. Il est grand temps d’agir. »  

Possibilités offertes par l’hydrogène 

Source : Stratégie canadienne pour l’hydrogène. Saisir les possibilités pour l’hydrogène, 2020, p.XIII. 

« Dans son ambition de devenir un chef de file dans le déploiement de l’hydrogène, le pays dispose de forts atouts. »  

Le Canada dispose d’énergie et d’électricité de manière abondante, fiable et à bas coûts.  

Le pays peut avantageusement produire de l’hydrogène à partir du gaz avec capture du carbone, notamment dans l’Ouest canadien, ce qui permettrait une diversification de l’économie des provinces productrices d’énergies fossiles. Ou encore, il peut miser sur son électricité d’origine hydroélectrique ou éolienne. Pensons à la Colombie-Britannique, le Manitoba, et le Québec. Comme l’électricité compte entre 40 % et 70 % des coûts de production de l’hydrogène via électrolyse, l’énergie propre et à bas coûts du Canada attire l’attention.  

À preuve, Air Liquide, une entreprise française, établie au Québec, a investi, à Bécancour, dans la plus grande unité d’électrolyse à membrane échangeuse de protons du monde pour la production d’hydrogène décarboné.  

Fin 2020, Hydro-Québec a annoncé la construction d’une usine d’électrolyse d’une capacité de 88 mégawatts, à Varennes, soit l’un des électrolyseurs les plus puissants du monde pour la production d’hydrogène vert.  
 
En Alberta, les firmes Suncor et Atco ont annoncé en mai 2021 un projet de production de 300 000 tonnes d’hydrogène par an.  

Les gouvernements, des chefs d’orchestre 

Pour atteindre ces nobles ambitions d’une économie basée sur l’hydrogène, beaucoup d’investissements devront être consentis pour développer des infrastructures adéquates. Comme pour le pétrole, il faut penser à des centres de production, de stockage, de transport (bateaux, camions, oléoducs), et de distribution (stations-service). 

De plus, il faut agir au niveau de la tarification du carbone. À l’heure actuelle, la production d’hydrogène n’est pas compétitive par rapport aux énergies fossiles.  

Certes, les acteurs privés misent sur des améliorations technologiques et des gains d’efficience découlant d’une mise à l’échelle, qui permettront des avantages économiques, notamment du côté des électrolyseurs et des piles à combustible.  
 
Mais surtout, ils comptent ouvertement sur le fait que si les émissions de GES deviennent mieux prises en compte dans le coût des carburants fossiles à l’échelle mondiale et nationale, l’hydrogène se rapprochera de la parité des coûts. 

À ce niveau, le Canada a récemment présenté sa Loi sur la tarification de la pollution causée par les gaz à effet de serre. La tarification fédérale sur le carbone s’établit depuis le 1er avril à 40 $ la tonne de GES, et augmentera annuellement jusqu’à 170 $ la tonne en 2030. 

Les États devront aussi agir pour instaurer un cadre réglementaire complet, à long terme, harmonisé entre les territoires, par exemple au Canada entre les provinces. 

Ce cadre réglementaire touchera notamment la mise en place de logistiques de ravitaillement fiables en hydrogène, soit son transport et son entreposage sécuritaire, dans des réservoirs dédiés.  

Et, enfin, il faudra des mesures pour stimuler l’innovation, la recherche et le développement. 

Bref, c’est tout un chantier qui attend la communauté internationale au cours des prochaines années. 

Le Conseil de l’hydrogène prévoit que cette transition nécessitera des investissements de plus de 70 milliards de dollars au cours des dix prochaines années, soit 5 % des dépenses annuelles en énergie. 

Il reste maintenant à réaliser la mise à l’échelle nécessaire pour que cette vaste ambition se réalise, au quotidien, et qu’elle apporte les bénéfices économiques et environnementaux promis. 

Les pays qui bougeront le plus vite, et le mieux, pourront se mettre au-devant de la parade, pour vendre leur hydrogène aux voisins, exporter des équipements, offrir leurs technologies, leur savoir-faire.  

Une géopolitique de l’hydrogène est-elle en train de naitre ? Peut-être pas encore…mais, entretemps, une course économique, assurément. 

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