Le projet européen HyWays a établi la feuille de route européenne du développement de l'hydrogène énergie.
Article rédigé par Bertrand Bello. Nous remercions le cabinet LBST(Ludwig Bolkow Systemtechnik Gmbh) et l'ensemble des membres du consortium HyWays pour leur collaboration.
Le projet européen HyWays a tracé la feuille de route du développement de l'hydrogène énergie en Europe. L'impact positif de ce nouveau vecteur énergétique sur la sécurité d'approvisionnement en énergie, sur la réduction des gaz à effets de serre et sur l'économie pourrait être important dans le futur.
Le projet HyWays - feuille de route européenne sur l'hydrogène énergie - s'est déroulé d'avril 2004 à juin 2007 et a récemment rendu public ses résultats. Le projet a évalué l'impact de l'introduction progressive des technologies hydrogène en Europe sur l'économie, l'emploi, l'environnement et la sécurité énergétique. Les résultats globaux sont basés sur dix analyses spécifiques d'états membres représentatifs de l'Europe (Finlande, France, Allemagne, Italie, Pays-Bas, Norvège, Pologne, Espagne, Royaume-Uni et Grèce). Le projet indique la nécessité d'agir dès maintenant pour mettre en place progressivement l'hydrogène dans le système énergétique européen. Même si des réductions substantielles d'émissions de CO2 ne sont pas envisageables avant 2020, l'utilisation à court terme de l'hydrogène permettrait d'influer localement sur la qualité de l'air, notamment dans les villes les plus polluées.
Même si la mise en place de l'infrastructure et le développement des technologies nécessitent des investissements colossaux, ils restent globalement faibles par rapport aux coûts liés à un pétrole cher. Si un profond changement dans le secteur des transports n'est pas effectué, la sécurité d'alimentation deviendra un problème de plus en plus important et la réduction souhaitée des émissions de gaz à effets de serre (lois européennes, protocole de Kyoto) ne sera pas possible.
Principales conclusions de l'étude
- émissions de CO2
L'analyse du puits à la roue montre que les réductions annuelles d'émissions de CO2 liées à l'utilisation massive d'hydrogène pourraient être comprises, selon les scénarii, entre 190 et 410 Mt de CO2 par an en 2050. Environ 85% de cette réduction proviendrait du secteur des transports. L'hydrogène permettrait de réduire de plus de 50% les émissions de CO2 du secteur des transports en Europe. Plus le soutien politique sera important et plus les développements technologiques seront rapides, plus les réductions d'émissions de CO2 liées à l'introduction d'hydrogène seront rapides et substantielles.
- mix de production d'hydrogène
La prise en compte des contraintes environnementales, politiques et économiques dans les modèles utilisés permet d'établir un mix de production d'hydrogène.
Il résulte de l'analyse des dix pays. La France souhaite par exemple profiter de son énergie nucléaire et de son potentiel éolien pour produire de l'hydrogène à faibles émissions de CO2. L'Allemagne compte beaucoup sur l'éolien et sur ses centrales de charbon. Les pays chauds tels que la Grèce ou l'Italie misent sur le potentiel de l'énergie solaire pour produire l'hydrogène. Comme l'électricité, le vecteur hydrogène découple la demande d'énergie des ressources. La possibilité de diversifier les ressources améliore ainsi la sécurité d'approvisionnement énergétique. L'analyse montre qu'il est illusoire de croire qu'il sera possible, en cas de développement massif de l'hydrogène, de le produire uniquement à partir d'énergies renouvelables. Le gaz naturel, le charbon et le combustible nucléaire auront donc leurs rôles à jouer. Les techniques de stockage géologiques du CO2 devront être opérationnelles.
- potentiel de réduction de la consommation de pétrole
Il semble fortement improbable que les véhicules à essence auront totalement disparu de la circulation en 2050. L'analyse HyWays estime que la consommation de pétrole dans le secteur des transports pourrait être réduite de 40% d'ici 2050 par rapport à celle d'aujourd'hui en cas de fort développement des technologies hydrogène. C'est 33 MTep de charbon et de gaz naturel ainsi que 13 MTep de biomasse qui seront nécessaires en 2050 pour la production directe d'hydrogène (c'est-à-dire sans électricité). Selon la vision à long terme, 45% de l'hydrogène pourrait être produit par électrolyse de l'eau à partir d'énergies renouvelables ou d'énergie nucléaire.
- analyse économique
Plusieurs filières hydrogène peuvent permettre de produire de l'hydrogène en grandes quantités et à un prix comparable à celui des carburants classiques. Le fait d'avoir diverses sources de production d'hydrogène permet d'assurer un coût relativement stable du prix de l'hydrogène. Dans la phase de commercialisation en série, le prix à la pompe de l'hydrogène pourra devenir compétitif par rapport à celui de l'essence si les prix du baril de pétrole sont supérieurs à 50 dollars dans les grands centres urbains et 60 dollars dans les zones peu peuplées (le prix du baril de pétrole est actuellement de l'ordre de 80 dollars !). Cependant, lors de la phase d'introduction, une sous-utilisation des capacités est à craindre due à une demande faible et à la nécessité d'avoir un réseau de stations bien développé pour inciter les utilisateurs potentiels à choisir l'hydrogène.
Les dépenses pour mettre en place une infrastructure pour alimenter 16 millions de véhicules hydrogène d'ici 2030 seraient d'environ 60 milliards d'euros. Cela correspond à 1% des coûts sociétaux nécessaires pour atteindre l'objectif de 450 ppm de CO2 dans l'atmosphère. Quels que soient les scenarios envisagés, les économies réalisées deviennent plus élevées que les dépenses entre 2025 et 2035. A partir du moment où ce point est atteint, les économies liées à l'utilisation d'hydrogène deviennent substantielles tant que le prix du baril reste supérieur à 50 dollars dans les zones denses et supérieur à 60 dollars dans les zones peu peuplées. Si des crédits d'impôts de 1.000 euros par véhicule hydrogène sont proposés, ils pourraient devenir rentables économiquement par rapport aux véhicules classiques en 2023 (en supposant un prix du baril de pétrole à 80 dollars !). Ces résultats supposent une demande d'hydrogène augmentant suffisamment vite pour atteindre des conditions de marché acceptables par les industriels.
- contribution de l'hydrogène au développement des énergies renouvelables
Le développement de l'hydrogène aura une incidence sur le développement des énergies renouvelables intermittentes. En effet, l'hydrogène peut servir de stockage d'énergie pour pallier l'intermittence de l'énergie éolienne ou photovoltaïque. De même, l'hydrogène peut avoir un impact intéressant sur la biomasse. Produire de l'hydrogène par gazéification de biomasse peut permettre des rendements supérieurs aux biocarburants classiques.
- utilisations de l'hydrogène
Selon l'analyse HyWays, les principaux marchés de l'hydrogène seront les véhicules particuliers, les véhicules utilitaires légers et les bus de ville. L'hydrogène pourrait prendre une part d'environ 50% du secteur des transports. Les poids lourds et autocars devraient plus vraisemblablement se tourner vers d'autres carburants alternatifs (biocarburants). Dans les secteurs résidentiel et tertiaire, l'hydrogène devrait se limiter à des sites isolés et à des niches spécifiques où une infrastructure hydrogène est déjà disponible.
- développement de la demande régionale et des centres d'utilisateurs
Les stations-service d'hydrogène se développeront d'abord dans les grands centres urbains à fortes densités de population pour ensuite se développer progressivement dans les zones moins peuplées. Pour que l'hydrogène soit attractif dès le départ, il sera nécessaire de mettre en place un réseau de stations sur les grandes autoroutes. Les représentants de HyWays ont établi une cartographie des premiers centres urbains susceptibles d'intégrer des stations d'hydrogène (voir figure 3).
- transport et distribution
L'hydrogène peut être transporté par pipeline d'hydrogène gazeux, par camions d'hydrogène gazeux ou d'hydrogène liquide. Il peut être distribué sous forme liquide ou gazeuse. Il peut également être produit directement sur son site de distribution. Au départ, la production directement sur site sera favorisée du fait de la faible demande. L'hydrogène, sous-produit d'usines chimiques (usine de fabrication de soude par exemple), pourra être également valorisé énergétiquement. Le reste d'hydrogène nécessaire pourra être transporté par camions d'hydrogène liquide ou d'hydrogène gazeux selon les besoins. Plus la demande sera croissante, plus les besoins de grands centres de production d'hydrogène seront nécessaires.
La distribution par pipeline deviendra alors l'option la plus économique pour transporter de grandes quantités d'hydrogène. Le transport par camion sera encore une bonne option dans des zones à demandes faibles et moyennes. La production sur site restera une option intéressante pour les zones isolées.
Propositions du groupe hyways
- mettre en place un partenariat européen public / privé fort pour atteindre les objectifs
La création d'une initiative conjointe de technologie (JTI) sur l'hydrogène et les piles à combustible est fortement recommandée par le projet HyWays. Elle permettra de passer de la R&D à la démonstration puis à la commercialisation des technologies. Cette JTI vient d'être acceptée en mai 2008. Elle sera dotée d'un budget d'un milliard d'euros sur 10 ans (2008-2017) et financée à 50% par la Commission européenne et à 50% par les industriels.
- favoriser la pénétration du marché
Le déploiement est un élément clé pour baisser les coûts des technologies hydrogène à un coût compétitif avec l'existant. Le soutien financier public sera nécessaire au départ. Des budgets de déploiements de 180 millions d'euros par an seront nécessaires dans la phase initiale.
- éducation et formation
Les besoins en formation et éducation seront élevés car il faudra former les étudiants aux métiers liés à l'hydrogène. Il sera aussi important de former les mécaniciens à la maintenance des technologies hydrogène qui est différente de celle des moteurs essence.
- détaxer l'hydrogène dans la phase initiale pour compenser au moins partiellement la différence de prix au départ
- inciter les flottes publiques à acquérir des véhicules hydrogène
Dans la phase initiale, le coût d'investissement d'une voiture à hydrogène sera trop élevé pour l'"européen moyen". Le développement du marché devra donc se faire par les flottes publiques.
- utiliser des synergies avec d'autres technologies : véhicules à moteurs à combustion interne, véhicules hybrides, biocarburants de seconde génération...
A court terme, l'hydrogène pourrait être utilisé dans des véhicules à moteurs classiques modifiés pour fonctionner à l'hydrogène. Cela favoriserait le développement de l'infrastructure avant que les piles à combustible aient atteint la maturité commerciale. Les technologies d'hybridation utilisées dans les véhicules hybrides pourront très bien être utilisées dans les véhicules à piles à combustible. Elles permettront de réduire la puissance de la pile à combustible à installer et réduiront donc les besoins en hydrogène du véhicule.
- harmoniser les réglementations nationales sur l'hydrogène au niveau européen
Actuellement, chaque Etat membre a sa propre réglementation hydrogène. Dans certains pays dont la France, la réglementation actuelle n'est pas adaptée. En effet, l'hydrogène est considéré comme un produit chimique et non comme un carburant.
