Dans un monde en pleine transition énergétique, le hidrogène vert se distingue comme un potentiel incontournable pour remplacer les combustibles fossiles. Produit à partir d’énergies renouvelables, notamment l’énergie solaire, il offre une solution propre sans émissions de CO₂. Découvrez les innovations et projets stratégiques qui façonnent l’avenir de cette ressource vitale.
Production d’hydrogène vert grâce à l’énergie solaire : présent et avenir
Le d’hydrogène vert est devenu un acteur central dans le débat énergétique, reconnu pour son potentiel à remplacer, même partiellement, les combustibles fossiles. Cette émergence n’est pas fortuite : correctement produit, le d’hydrogène vert n’émet pas de CO₂ pendant son utilisation, il est facilement stockable et transportable, et s’intègre parfaitement dans des secteurs difficilement électrifiables avec les réseaux électriques traditionnels.
L’enjeu crucial réside dans la méthode de production de cet hydrogène. Lorsqu’il est obtenu à partir de gaz naturel ou d’autres sources fossiles, sa empreinte carbone est significative. En revanche, si sa fabrication repose sur des énergies renouvelables telles que l’énergie solaire, il constitue une véritable source de combustible propre. Récemment, divers projets, études et avancées technologiques ont vu le jour, visant à établir une production massive d’hydrogène renouvelable s’appuyant sur la puissance solaire, que ce soit par électrolyse ou à travers de nouvelles méthodes photocatalytiques.
De l’énergie solaire à un vecteur énergétique d’avenir
L’hydrogène est l’élément le plus abondant dans l’univers et il se présente comme un vecteur énergétique polyvalent. Bien qu’il ne soit pas une source primaire — puisqu’il n’existe pas en grande quantité dans la nature — il constitue un excellent porteur d’énergie : il peut être brûlé, utilisé dans des piles à hydrogène pour produire de l’électricité, combiné avec l’azote pour synthétiser de l’ammoniac ou encore servir comme matière première dans de nombreux procédés industriels.
Lorsqu’on évoque l’hydrogène comme carburant de demain, il est important de faire la distinction entre différentes catégories : le d’hydrogène vert est celui qui est produit à partir d’électricité renouvelable, généralement par électrolyse de l’eau. À ses côtés, on retrouve le d’hydrogène gris (issu du gaz naturel sans capture de CO₂) et le d’hydrogène bleu (avec capture et stockage de carbone). L’impact climatique est la différence clé sur l’ensemble du cycle de vie.
Actuellement, une grande partie de l’hydrogène utilisé par l’industrie reste gris, lié à des processus tels que le raffinage, la production d’engrais ou d’autres procédés chimiques. Ce modèle engendre des coûts environnementaux élevés et, alors que les politiques climatiques se renforcent, il devient également économiquement incertain. C’est pourquoi un intérêt croissant émerge pour un passage massif vers un hydrogène renouvelable, réduisant les émissions et la dépendance aux combustibles fossiles.
L’attrait du d’hydrogène vert se renforce car il peut s’intégrer pratiquement dans toute la chaîne énergétique : depuis la génération électrique (comme système de stockage saisonnier) jusqu’au transport lourd (routes, rail, maritime, aviation) et la décarbonisation de processus industriels à haute température, où l’électrification directe n’est pas toujours simple.
Électrolyse de l’eau avec énergie solaire : processus de production de l’hydrogène vert
La méthode la plus répandue pour obtenir de l’hydrogène vert est l’électrolyse de l’eau alimentée par de l’électricité renouvelable. Ce processus consiste à envoyer un courant électrique à travers une solution d’eau pour en dissocier la molécule en ses deux éléments : l’hydrogène (H₂) et l’oxygène (O₂). L’hydrogène est alors collecté et purifié, tandis que l’oxygène est généralement libéré dans l’atmosphère ou utilisé à des fins industrielles.
Dans un système classique, ce sont les panneaux solaires photovoltaïques qui génèrent l’électricité nécessaire à l’électrolyseur. Selon la conception, cette électricité peut être utilisée directement ou stockée au préalable dans des batteries, permettant un meilleur ajustement des flux énergétiques et une atténuation de la variabilité due à l’irradiation solaire.
Bien que l’électrolyse ne soit pas une innovation récente, des avancées récentes ont considérablement amélioré à la fois l’efficacité et le coût des électrolyseurs. Des matériaux optimisés, une augmentation des puissances unitaires et une réduction de la consommation électrique par kilogramme d’hydrogène produit sont quelques-unes des améliorations notables. Parallèlement, le coût de l’électricité solaire a chuté, rendant l’ensemble du système de plus en plus compétitif face à l’hydrogène gris.
Ce modèle de production s’inscrit également dans la logique de maximiser les ressources solaires disponibles dans chaque région. Dans des zones avec une forte irradiation, beaucoup de terrain et un bon accès aux infrastructures énergétiques et portuaires, la combinaison de grandes installations photovoltaïques et d’électrolyseurs à échelle industrielle commence à sembler très prometteuse.
La production d’hydrogène vert par électrolyse présente des avantages indéniables : elle ne génère pas de CO₂ dans le processus lui-même, elle réduit la dépendance aux combustibles fossiles et contribue à diversifier la matrice énergétique des pays. De plus, le fait que l’hydrogène puisse être stocké et transporté agit comme un pont entre les régions bénéficiant d’un ensoleillement abondant et celles ayant une forte demande énergétique mais moins de ressources renouvelables locales.
Hydrogène vert, économie et transition énergétique
D’après plusieurs études techniques et économiques, il a été démontré qu’intégrer une centrale photovoltaïque avec du stockage et des électrolyseurs est tout à fait viable, tant sur le plan technique qu’environnemental. La clé réside dans le design concurrent : bien dimensionner la puissance solaire, le système de batteries (si présent) et la taille de l’électrolyseur permet de maximiser les heures d’exploitation et de réduire le coût final par kilogramme d’hydrogène.
Dans ce type d’analyse, la rentabilité économique repose essentiellement sur trois facteurs : le prix de l’électricité renouvelable, le coût d’investissement des électrolyseurs, et les politiques de soutien (subventions, contrats d’achat à long terme, allégements fiscaux, etc.). Lorsque ces éléments convergent, l’hydrogène vert devient une option très compétitive, notamment pour les applications où les coûts carbone commencent à peser de manière significative.
Les projets combinant énergie solaire, stockage et production d’hydrogène vert sont particulièrement pertinents pour la décarbonisation. Ils permettent d’exploiter l’énergie solaire pendant les heures de forte irradiation et de stocker l’excédent sous forme d’hydrogène, qui pourra ensuite être utilisé lorsque la demande est élevée ou exporté sous forme d’ammoniac ou d’autres dérivés.
Dans le secteur du transport et de l’industrie, le d’hydrogène vert se profile comme une alternative prometteuse aux combustibles fossiles traditionnels. Il peut alimenter des trains, des camions de longue distance, des navires, et potentiellement des avions grâce à des carburants synthétiques. Dans l’industrie lourde (acier, ciment, chimie), on envisage de remplacer le gaz naturel et le charbon par de l’hydrogène renouvelable ou des dérivés tels que l’ammoniac vert.
Cependant, il est important de noter que le déploiement à grande échelle fait encore face à des défis significatifs. Les investissements initiaux sont élevés, les coûts d’exploitation restent souvent supérieurs à ceux des technologies conventionnelles, et les infrastructures de transport et de stockage de l’hydrogène sont encore à un stade précoce. Ainsi, les cadres réglementaires, les incitations et la planification coordonnée sont des éléments d’une importance capitale.
Projets internationaux de grande envergure avec énergie solaire et hybride
L’engagement en faveur de l’hydrogène vert ne se limite pas à un concept théorique ; plusieurs projets tangibles combinent énergie solaire, éolienne et grands électrolyseurs pour produire des millions de tonnes chaque année d’hydrogène renouvelable ou de ses dérivés.
En Australie, le projet Western Green Energy Hub se présente comme l’une des infrastructures énergétiques renouvelables les plus ambitieuses au monde, visant à installer environ 50 GW de puissance solaire et éolienne avant 2030. Une fois réalisée, cette initiative pourrait produire environ 3,5 millions de tonnes d’hydrogène vert ou de combustibles dérivés pour le marché intérieur et l’exportation.
Au Kazakhstan, un autre méga complexe par Svenvind Energy prévoit des parcs éoliens et solaires d’une capacité totale de 45 GW. Alimentant d’énormes électrolyseurs, les prévisions indiquent une production allant jusqu’à 3 millions de tonnes d’hydrogène renouvelable par an à partir de 2027. Ce type d’initiatives place le pays sur la carte des grands exportateurs d’énergie propre.
Mauritanie adopte une stratégie similaire avec le projet AMAN, qui combine environ 30 GW d’énergie solaire et éolienne dans une région désertique idéale pour la production d’énergie renouvelable. Le plan consiste à utiliser cette électricité pour alimenter des électrolyseurs et produire de l’hydrogène vert, contribuant à la sécurité énergétique du pays tout en ouvrant la voie aux exportations.
Oman place également les sources alternatives au cœur de sa stratégie énergétique avec plusieurs projets de production d’hydrogène renouvelable. L’un des plus notables, conduit par l’entreprise pétrolière et gazière d’État, prévoit un système hybride de 25 GW entre énergie éolienne et solaire pour alimenter les installations de production d’hydrogène vert, avec une orientation vers l’exportation et la diversification économique.
En Australie, le Asian Renewable Energy Hub prévoit de construire l’une des plus grandes usines d’énergie renouvelable au monde, combinant 26 GW d’énergie éolienne et solaire dans la région de Pilbara. L’objectif est de produire environ 1,5 million de tonnes d’hydrogène vert et d’ammoniac principalement destiné à l’exportation vers les marchés asiatiques à partir de 2027, profitant ainsi de la forte demande pour des combustibles propres dans cette région.
L’Europe et l’Espagne dans la course à l’hydrogène renouvelable
En Europe, la Mer du Nord est devenue un point focal pour la production éolienne en mer et la production associée d’hydrogène vert. Le projet AquaVentus vise à installer environ 10 GW d’énergie éolienne offshore d’ici 2035, avec l’ambition de produire environ un million de tonnes d’hydrogène renouvelable chaque année, directement en mer ou dans des installations côtières.
Les Pays-Bas soutiennent NorthH2, une initiative qui ambitionne de développer un parc éolien marin de 4 GW d’ici 2030, avec l’idée de l’étendre jusqu’à environ 10 GW en 2040. Cette capacité produirait environ 800 000 tonnes d’hydrogène vert par an, plaçant le pays parmi les leaders européens en la matière.
L’Espagne se positionne également comme une future puissance dans la production et l’exportation de d’hydrogène vert. Des projets tels que HyDeal Espagne, intégrés à l’initiative HyDeal Ambition, envisagent une production estimée à environ 330 000 tonnes d’hydrogène renouvelable par an, destinée à la consommation industrielle interne ainsi qu’à l’exportation vers d’autres pays européens.
D’autres vallées de l’hydrogène se dessinent à travers le pays, comme la vallée andalouse de l’hydrogène vert, qui devrait atteindre une capacité conjointe de 300,000 tonnes annuelles ; le corridor basque de l’hydrogène, avec une estimation de 20 000 tonnes par an ; le projet de Puertollano à Castilla-La Mancha, prenant pour objectif 3000 tonnes annuelles, ou encore le projet dans la région d’Aragon, envisagé à 84 000 tonnes de production annuelle.
En Chili, le projet H2 Magallanes, qui associe environ 10 GW d’énergie éolienne et jusqu’à 8 GW d’électrolyse, s’apprête à démarrer en 2025, avec l’ambition de compenser environ cinq millions de tonnes de CO₂ par an, consolidant ainsi le pays comme un acteur clé du marché mondial d’hydrogène renouvelable.
La Chine, à travers le géant Sinopec, a lancé un projet d’hydrogène vert en Mongolie Intérieure, basé sur une combinaison de 450 MW d’énergie éolienne et 270 MW d’énergie solaire. Cette installation entraînera la production d’environ 30 000 tonnes d’hydrogène par an, avec une infrastructure de stockage de jusqu’à 288 000 m³ pour mieux gérer la production et l’approvisionnement à l’industrie et au transport.
Photocatalyse : production d’hydrogène vert directement par l’énergie solaire
En plus de l’électrolyse facilitée par des panneaux solaires, une voie de recherche vise à produire d’hydrogène vert de manière encore plus directe par le biais de la photocatalyse. Ce procédé utilise des matériaux spéciaux (photocatalyseurs) qui, en absorbant la lumière solaire, parviennent à accélérer des réactions chimiques, comme la décomposition de l’eau, sans nécessiter une étape intermédiaire de conversion électrique classique.
Des chercheurs de l’Université de Shinshu au Japon ont mis au point un réacteur photocatalytique capable de décomposer l’eau en hydrogène et en oxygène en utilisant uniquement la lumière du soleil. Dans ce système, la radiation solaire frappe les matériaux photocatalytiques qui libèrent des charges capables de rompre le lien entre l’hydrogène et l’oxygène dans l’eau. L’hydrogène obtenu peut être récupéré comme un combustible propre, tandis que l’oxygène reste comme sous-produit.
La photocatalyse optimise l’utilisation de la lumière pour accélérer des réactions chimiques autrement lentes ou inefficaces. Si cette technologie parvient à être stabilisée et rendue économiquement viable, elle pourrait simplifier considérablement la chaîne de conversion, en évitant une partie de l’équipement électrochimique traditionnel tout en réduisant les coûts énergétiques et d’infrastructure.
Selon les chercheurs impliqués, la décomposition de l’eau par lumière solaire grâce aux photocatalyseurs représente une avancée majeure pour le stockage de l’énergie solaire sous forme d’hydrogène, un combustible propre et polyvalent. Cette recherche ouvre la voie à de futurs dispositifs qui pourraient agir comme une « feuille artificielle » capable de transformer directement la radiation solaire en liaisons chimiques riches en énergie.
Cependant, malgré les progrès récents, la production photocatalytique d’hydrogène est encore en phase de recherche avancée. Ce domaine possède un potentiel énorme, mais doit surmonter d’importants défis avant de pouvoir rivaliser avec l’électrolyse traditionnelle à grande échelle.
Défis technologiques et obstacles pour un déploiement massif
L’un des principaux défis des technologies photocatalytiques réside dans la durabilité et la stabilité des matériaux sous une irradiation solaire continue. Nombre des photocatalyseurs tendent à se dégrader avec le temps, perdant en efficacité ou devenant moins sélectifs. Cela pourrait entraîner une hausse des coûts d’exploitation et d’entretien, compliquant ainsi leur adoption commerciale.
Un autre facteur critique est l’efficacité de conversion de l’énergie solaire en hydrogène. Dans la pratique, seule une fraction de la lumière incidente est convertie en énergie chimique stockée dans l’hydrogène, et accroître cette fraction sans faire grimper excessivement le coût des matériaux demeure un casse-tête pour les chercheurs. Ce problème est similaire, d’une certaine manière, à celui de l’électrolyse traditionnelle: il existe toujours des pertes énergétiques à chaque étape de conversion.
Il ne faut pas non plus négliger la sécurité liée à la production, au stockage et au transport de l’hydrogène. Étant un gaz très léger avec un large éventail d’inflammabilité, il requiert des infrastructures, des capteurs, des vannes et des protocoles spécifiques. Bien que l’industrie manipule l’hydrogène dans les raffineries et les usines chimiques depuis des décennies, transférer ce savoir-faire à un réseau de stations de distribution, de pipelines et d’autres usages décentralisés reste un défi en soi.
D’un point de vue économique, le coût actuel de l’hydrogène vert dépasse encore celui de l’hydrogène gris dans de nombreux marchés, particulièrement là où l’électricité renouvelable ne se révèle pas encore très abordable ou où les subventions publiques font défaut. Réduire les coûts d’investissement (CAPEX) des électrolyseurs, diminuer les prix des matériaux et accroître les capacités industrielles sont des étapes cruciales pour réduire l’écart de prix.
Enfin, un déploiement massif nécessite des cadres réglementaires stables, des signaux de prix du carbone clairs et des infrastructures bien coordonnées. Sans réseaux de transport, installations de stockage, normes pour le commerce international et systèmes de certificats garantissant l’origine renouvelable, le marché de l’hydrogène vert aura du mal à décoller au rythme nécessaire pour atteindre les objectifs climatiques.
Le Japon à la pointe de la recherche et de l’économie de l’hydrogène
Le Japon occupe une position de premier plan en matière de recherche et développement des technologies liées à l’hydrogène. Sa géographie limitée pour les grands parcs solaires ou éoliens terrestres et sa forte dépendance énergétique de l’extérieur ont poussé le pays à établir une stratégie claire : miser considérablement sur l’hydrogène comme pilier de sa transition énergétique et de sa compétitivité industrielle.
Outre la recherche académique d’avant-garde dans des domaines comme la photocatalyse, le Japon favorise des accords internationaux visant à stimuler le déploiement et le commerce de l’hydrogène. Des collaborations entre des associations telles qu’Hydrogen Europe et l’Association japonaise de l’hydrogène (JH2A) s’attachent à harmoniser les normes, à accélérer les projets communs et à faciliter les échanges entre producteurs et consommateurs à l’échelle mondiale.
Sur le plan industriel, le pays explore des projets d’importation d’hydrogène vert en provenance de régions disposant de ressources renouvelables abondantes, comme l’Australie. Certains de ces projets ont connu des retards ou des annulations, en partie en raison de la complexité technique et économique de la mise en place de chaînes d’approvisionnement complètement nouvelles pour un produit énergétique encore en maturation.
Pourtant, la stratégie japonaise demeure déterminée : investir dans les technologies de pointe et dans les infrastructures permettant d’utiliser l’hydrogène dans le transport, la production d’électricité et l’industrie. Cet engagement vise non seulement à réduire les émissions, mais aussi à générer de nouvelles opportunités économiques, des chaînes de valeur et un leadership technologique dans un secteur aux perspectives de croissance considérables.
Avec l’avancée des sciences et la diminution progressive des coûts, l’hydrogène vert a de réelles chances de devenir un élément clé du système énergétique mondial. La combinaison de projets de grande envergure, les améliorations continues dans le domaine de l’électrolyse, les nouvelles voies photocatalytiques et des politiques de soutien plus ambitieuses dessinent un scénario dans lequel l’énergie solaire pourrait devenir une source incontournable pour produire de l’hydrogène propre.
Mon avis :
L’hydrogène vert, produit par électrolyse à partir d’énergies renouvelables, représente une promesse significative pour la transition énergétique en réduisant les émissions de CO₂. Cependant, sa production demeure coûteuse et nécessite d’importants investissements en infrastructure. Des projets ambitieux, comme le Western Green Energy Hub, démontrent un potentiel réel, mais des obstacles technologiques et économiques persistent.
Les questions fréquentes :
Quels sont les avantages du hydrogène vert par rapport aux combustibles fossiles ?
L’hydrogène vert, produits à partir d’énergies renouvelables comme la solaire, n’émet pas de CO₂ lors de son utilisation, ce qui en fait une alternative propre. De plus, il peut être stocké et transporté, ce qui le rend adapté à des secteurs difficilement électrifiables. En comparaison, l’hydrogène gris, issu de gaz naturel, a une empreinte carbone significative.
Comment est-il produit à partir de l’énergie solaire ?
L’hydrogène vert est généralement produit par électrolyse de l’eau, alimentée par de l’électricité renouvelable. Ce processus consiste à utiliser une courant électrique pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène. Les panneaux solaires photovoltaïques sont souvent utilisés pour générer l’électricité nécessaire, et des avancées récentes ont amélioré son efficacité et réduit les coûts de production.
Quels sont les défis associés à la production d’hydrogène vert ?
Les principaux défis incluent le coût initial élevé des équipements, la nécessité de développer des infrastructures pour le stockage et le transport et l’amélioration de l’efficacité énergétique des procédés de production. De plus, le marché doit faire face à des incertitudes réglementaires et à des besoins spécifiques en matière de sécurité pour manipuler et transporter l’hydrogène.
Quels pays mènent actuellement des projets d’hydrogène vert à grande échelle ?
Des projets ambitieux se développent dans plusieurs pays, notamment l’Australie, le Kazakhstan et l’Espagne. Par exemple, le projet Western Green Energy Hub en Australie vise à installer 50 GW de puissance renouvelable d’ici 2030, tandis qu’en Espagne, des initiatives comme HyDeal prévoient la production de centaines de milliers de tonnes d’hydrogène vert pour l’exportation.
