Philippe Boucly, le dirigeant de France Hydrogène nous aide à mieux comprendre la question de l’hydrogène. Nous avons notamment discuté de :
- L’intérêt de l’hydrogène pour décarboner l’industrie ;
- Quelques enjeux sur la forme de l’hydrogène dans le transport maritime ;
- Des progrès de l’électrolyse et de la pyrogazéification.
- Et bien sûr de France Hydrogène.
Cet article s’inscrit dans une série d’interviews autour de l’écologie et plus spécifiquement de l’hydrogène.
France Hydrogène, une association importante de l’écosystème hydrogène
Philippe Boucly présente l’association qu’il préside :
« France Hydrogène, c’est l’association qui fédère les acteurs de l’hydrogène en France. On jouit d’un très fort dynamisme : nous étions 120 en 2019 et nous sommes maintenant plus de 400. Les adhérents [sont] des grands groupes (il faut aller voir notre site, il y en a une centaine à peu près), des PME, PMI, startups (il y en a à peu près 200). Ce qui fait notre spécificité probablement, ce sont des collectivités territoriales (toutes les régions de France sont membres de France Hydrogène), mais également des syndicats de transports, des syndicats d’énergie, des pôles de compétitivité, des villes, des communautés de communes, des agglomérations et également tous les centres de recherche qui travaillent sur l’hydrogène en France sont membres de France Hydrogène. »
C’est une institution qui existe depuis plus de vingt ans. Pour remplir ses missions et être le « vaisseau amiral, le référent en matière d’hydrogène en France », l’association est structurée en plusieurs pôles :
« Un pôle d’expertise […], qui rassemble l’expertise et est au courant de ce qui se passe en France, en Europe et dans le monde en matière d’hydrogène, les technologies de l’hydrogène. […] Et sur cette base–- là, des actions de communication, il y a un pôle communication, et des actions de lobbying de façon à montrer auprès des pouvoirs publics […] que l’hydrogène est porteur de solutions pour lutter contre le changement climatique et réussir à décarboner l’économie. »
Je le questionne ensuite sur les orientations de l’hydrogène :
– Est-ce que vous pouvez me parler rapidement des grandes orientations qui se mettent en place dans l’hydrogène en France ?
– Depuis le 8 septembre 2020, la France a une stratégie hydrogène. […] Elle est fondée essentiellement sur 3 piliers :
Premier pilier : décarboner l’industrie […] [et profiter des grandes quantités d’hydrogène nécessaires pour créer une filière française de l’électrolyse compétitive]. L’objectif est d’arriver à 6 500 MW d’électrolyse à l’horizon 2030.
Deuxième pilier : développer la mobilité professionnelle. C’est– à– dire la mobilité lourde. Il est question des bus, des bennes à ordure, des camions, des trains, des bateaux et, plus tard, des avions. Et également de la mobilité professionnelle intensive : la logistique du dernier kilomètre et les taxis.
Troisième pilier : maintenir un haut niveau de recherche, développement et innovation par la mise en place d’un programme prioritaire de recherche qui est animé par l’Agence Nationale de la Recherche.
Tout cela est soutenu par des subventions apportées par l’État à hauteur de 10 milliards d’euros. […] Si on fait le total des différents guichets et différentes allocations, on arrive à un total de 10 milliards d d’euros. Il y a également […] une gouvernance, le Conseil National de l’Hydrogène, présidé par les ministres compétents, c’est-à-dire B. Le Maire, B. Pompili et A. Pannier-Runacher et également par des industriels, le pdg de Air Liquide, Benoit Potier et le pdg de Faurecia, Patrick Koller. »
Les utilisations de l’hydrogène : décarboner l’industrie
Nous abordons ensuite comment l’hydrogène pourrait décarboner l’industrie :
« Décarboner l’industrie, c’est évidemment la sidérurgie. Il y a d’ailleurs eu des annonces la semaine dernière à cet égard. Il faut 53 kg d’hydrogène pour produire une tonne d’acier. En France on produit de 11 à 12 millions de tonnes d’acier. Si on veut maintenir cette sidérurgie en France, il va falloir produire de l’ordre de 600 000 tonnes d’hydrogène renouvelable ou bas carbone pour assurer cette production d’acier vert […] [nationale].
Il y a également le secteur des engrais, la production d’ammoniaque, qui pour l’instant se fait avec de l’hydrogène issu du vaporéformage du gaz naturel. […]
Il y a également le secteur du raffinage. Alors ça, ce ne sera pas éternel, [mais] tant qu’il y aura des produits à raffiner, on aura besoin d’hydrogène.
Il y a le secteur de la cimenterie, avec un procédé qui est en train d’être mis en place par la société Vicat qui a un projet d’installation d’un électrolyseur sur une cimenterie. […] La beauté de la chose, et c’est assez rare, c’est qu’on va utiliser l’oxygène pour enrichir l’air de combustion, servir de comburant, dans le four de cimenterie. Les fumées à la sortie seront [donc] moins concentrées en CO2, il y aura moins le ballot, je dirais, de l’azote. Le CO2 sera extrait des fumées et recombiné avec l’hydrogène, produit à l’autre borne de l’électrolyseur, pour faire du méthanol. Le projet est de produire à peu près 200 000 tonnes de méthanol par an, ce qui représente entre un tiers et un quart du méthanol utilisé en France. […] À terme, l’électrolyseur sera à haute température, c’est-à-dire qu’on va pouvoir utiliser la chaleur fatale du four de cimenterie pour chauffer l’eau qui va être électrolysée. En fait, c’est de la vapeur d’eau qui va être électrolysée et cela va permettre d’avoir des rendements très intéressants, supérieurs à 90 %. »
La décarbonation de la production d’engrais est une piste importante en France. En effet, il m’explique que nous utilisons actuellement 220 000 tonnes d’hydrogène gris pour faire de l’ammoniaque par le procédé Haber-Bosch, qui permet de faire des engrais azotés. Cet hydrogène est produit sur place, par vaporéformage. Problème, les installations sont intégrées ensemble :
« Ce que disent les producteurs d’ammoniaque, c’est qu’on peut injecter jusque 10 % d’hydrogène vert sans changement du processus actuel. […] Si on fait du 100 %, c’est-à-dire qu’on élimine complètement le vaporéformage, il faudra effectivement une restructuration complète. »
Hydrogène et transport maritime
Toujours autour des usages de l’hydrogène, nous creusons le sujet de la décarbonation du transport maritime.
– Vous m’aviez parlé de la mobilité lourde. Pour les bateaux, quelle est la solution qui est privilégiée. Est-ce que c’est l’hydrogène liquide ou [l’ammoniaque] ?
– Cela dépend de la taille du bateau … On a actuellement, sans qu’on puisse dire quelle solution se dégage naturellement, de l’hydrogène liquide (avec les difficultés que cela comporte, c’est quand même 20°K et un caisson de confinement qui est assez pointu à assurer) ou de l’ammoniaque, mais utilisé dans des moteurs à combustion interne. […] On voit plutôt cela [l’ammoniaque] pour les gros bateaux type porte– container.
– Donc la pertinence change selon la taille du bateau ?
– Oui, mais après je n’ai pas de réponse complète à la question, dans la mesure où il faut voir après tout le schéma logistique. On peut penser que si ce sont des bateaux qui restent dans un environnement avec un port d’attache, il y aura une unité de liquéfaction qui permettra de recharger autant que de besoin. S’il s’agit de transports internationaux, il faudra la capacité à faire le plein dans plusieurs endroits du monde. L’ammoniaque sera probablement plus indiqué à ce moment– là que l’hydrogène liquide. […] Les solutions ne sont pas encore stabilisées, on entrevoit ces solutions, mais à ma connaissance, il n’y a pas encore de bateaux qui fonctionne à l’ammoniaque, pour être très clair. Et je ne suis pas sûr qu’il y ait beaucoup de bateaux qui fonctionnent à l’hydrogène. Ce sont des solutions qui sont encore en cours de mise au point, mais ce qu’il faut voir dans ces questions, c’est le problème dans sa globalité, y compris la logistique de recharge, d’avitaillement en carburant.
– D’accord et ça risque d’être particulièrement compliqué pour l’hydrogène et un peu moins pour l’ammoniaque ?
– Oui, parce que … déjà le gaz naturel liquéfié, ça ne se manipule pas si facilement et c’est à [−161 °C]. Là [avec l’hydrogène liquide,] on est à – 253 °C. Je ne dis pas que c’est insoluble, mais il faut bien [étudier soigneusement] la logistique.
Production d’hydrogène : substitution et pyrogazéification
Nous abordons enfin le thème de la production d’hydrogène : le problème de l’effet de substitution de l’électricité pour l’électrolyse, les progrès de l’électrolyse, puis l’espoir porté par la pyrogazéification ou par la thermolyse de biomasse.
Électrolyse : le problème de l’effet de substitution de l’électricité
– Sur la production d’hydrogène : est-ce qu’il n’y a pas un risque d’effet de substitution entre l’électricité utilisé pour l’électrolyse et l’électricité qu’on pourrait vendre aux voisins, par exemple totalement pris au hasard, pour décarboner l’énergie de nos voisins allemands ?
– Oui. […] La question est très pertinente et va se poser. Mais il est clair, RTE [le mentionne] dans ses études, que sur un plan global de décarbonation, il est probable qu’il est plus intéressant d’exporter de l’électricité produite par le nucléaire français vers l’Allemagne plutôt que d’en faire de l’hydrogène. Sauf que des boites comme Daimler, BMW ou Volvo commencent à dire « moi, dans peu de temps, je n’achèterai que de l’acier fait proprement ». Donc si l’électricité part en Allemagne pour aller décarboner la sidérurgie allemande et pas pour décarboner la sidérurgie française, c’est l’acier allemand qui se vendra et pas l’acier français.
Les progrès de l’électrolyse
L’électrolyse datant du début du XIXe siècle, on se dit qu’elle est bien maîtrisée. En réalité, des progrès sont faits et vont croissants avec le développement de l’intérêt de cette solution. Ph. Boucly m’explique les grandes lignes de ces progrès :
– Est– ce que vous pouvez me parler des progrès qui sont faits en ce moment sur l’électrolyse ?
– C’est la course sur la taille du « stack ». On en est maintenant à des stacks d’au moins 1 megawatt et la course, c’est de faire des stacks de 5 voire 10 megawatt. Pour gagner en compacité et en simpliciteé […] pour réduire les coûts […]. Des efforts sont faits aussi sur les électrodes, de façon à également augmenter les densités de courant. Des efforts sont faits également pour augmenter la pression de sortie ([les gaz] sortent déjà à 30 bars), [c’est nécessaire pour réduire le coût de compression pour atteindre] des pressions de 700, 800, 1000 bars pour la mobilité. Là, c’est pour l’électrolyse traditionnelle. Il y a aussi de gros efforts à faire sur l’électrolyse haute température, la taille des cellules et la tenue dans la durée [de ces dernières]. »
Celle– ci est une piste très intéressante, surtout couplée à une source de chaleur fatale, pour le stockage d’énergie :
– D’accord. D’ailleurs, l’EHT [l’électrolyse haute température] , c’est bien une sorte d’électrolyse par oxyde solide ?
– Oui et qui est réversible. Elle fait à la fois fuel cell (pile à combustible) et électrolyse. Ça marche dans les deux sens.
– Ça pourrait avoir une utilité en termes de stockage d’énergie ?
– Exactement. Et on pourrait gagner beaucoup si on est à proximité de source de chaleur fatale. Et ça se trouve, notamment dans l’industrie.
Pyrogazéification et thermolyse : des pistes prometteuses
Nous finissons sur des procédés très prometteurs de production d’hydrogène, l’un consiste à pyrolyser, puis gazéifier la biomasse, la pyrogazéification, l’autre à thermolyser la biomasse. Non seulement on part d’une matière qui a capté du carbone (on est dans une logique de biogaz), mais en plus une partie du carbone va rester sous dans le réacteur sous forme solide (biochar) ou liquide. C’est une piste qui a beaucoup de qualités sur le papier, mais n’est pas encore mature.
– Est-ce que la pyrogazéification est une piste qui est envisagée en France ?
– Oui bien sûr. Au sein de l’ATEE, vous avez un club pyrogazéification. Il y a des boites … l’une d’elles qui me vient à l’esprit est ETIA. Vous avez Engie qui a un projet, le projet GAYA, qui a pas mal travaillé sur la pyrogazéification. Et dans le même ordre d’idée, et au moins aussi prometteur voire davantage, vous avez un procédé […] de thermolyse de la biomasse, qui s’appelle Hynoca. […]
Dans la pyrogazéification, vous avez une première étape à haute température, à plus de 1 000 °C. Dans le procédé Hynoca, la première étape est à une température plus faible, 450-500°C, ce qui fait que cette première étape donne à la fois […] un syngaz, un mélange contenant essentiellement du monoxyde de carbone et de l’hydrogène, mais également un biochar. Le bois n’est pas entièrement transformé en CO, une partie reste sous forme de carbone. L’intérêt de ce biochar, c’est qu’il a une surface spécifique élevée qui […] permet [ de l’utiliser comme adjuvant pour les sols agricoles et] de retenir l’humidité dans sol, ce qui pourrait s’avérer très utile [à l’avenir pour résister au stress hydrique] dans certains territoires. […] Vous avez une société qui entre en bourse en ce moment, la société Haffner, qui développe ce procédé.
Voilà un très grand merci à M. Boucly pour ses réponses très intéressantes. Si vous souhaitez plus d’informations sur France Hydrogène, voici le lien vers le site de l’association.
Je travaille à faire de grandes synthèses sur l’hydrogène, notamment sur la production et l’utilisation d’hydrogène. Si vous voulez vous aussi être interviewé sur ces sujets (ou avez simplement un commentaire à me faire), n’hésitez pas à me contacter à alexandre.baumann@discoverthegreentech.com.