Aperçu du marché : L’hydrogène pourrait faire partie du mouvement mondial vers la carboneutralité

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Date de diffusion : 2021-06-16

Qu’est-ce que l’hydrogène?

L’hydrogène est l’un des carburants qui ont alimenté la fusée qui a envoyé des humains sur la Lune en 1969. Ce même combustible pourrait maintenant aider le monde à atteindre ses objectifs climatiques. La possibilité que l’hydrogène soit utilisé à plus grande échelle fait l’objet d’un nombre croissant d’études, et de nombreuses initiatives sont en cours pour accroître la place de l’hydrogène dans notre bouquet énergétique.

Qu’est-ce que l’hydrogène? L’hydrogène (H) (en anglais) est un gaz incolore, inodore et inflammable. C’est aussi l’élément le plus abondant de l’univers. Il est présent à l’état naturel sur la Terre, mais surtout en combinaison avec d’autres éléments, comme avec l’oxygène dans l’eau (« H2O »). L’hydrogène peut être isolé de l’eau, des combustibles fossiles ou de la biomasse et servir de vecteur énergétique (en anglais) ou de combustible.

L’hydrogène est un vecteur d’énergie utile, car à poids égal, sa valeur énergétique est supérieure à celle de tous les combustibles chimiques (p. ex., trois fois celle de l’essence)Note de bas de page 1. C’est pourquoi il a toujours été utilisé comme combustible pour les fusées. L’hydrogène sert aussi à d’autres fins, comme la production d’ammoniac pour les engrais, la fabrication du verre, le traitement des métaux et le raffinage du pétrole. L’hydrogène peut être produit à partir de combustibles fossiles ou de la biomasse, ou à l’aide d’un procédé appelé électrolyse, qui décompose l’eau grâce à un courant électrique. Le Canada produit environ trois millions de tonnes d’hydrogène par année, principalement à partir du gaz naturel, et est actuellement l’un des dix principaux producteurs mondiaux.

Les études utilisent parfois des couleurs pour désigner les différentes façons de produire de l’hydrogène. La figure 1 ci-dessous présente les méthodes de production associées aux trois couleurs les plus courantesNote de bas de page 2.

Figure 1 – Méthodes de production d’hydrogène

Méthodes de production d’hydrogène

Source et description

Source : Régie de l’énergie du Canada

Description : Cette figure indique que l’hydrogène gris utilise un procédé appelé vaporeformage, qui émet du dioxyde de carbone, pour séparer l’hydrogène du méthane, la principale composante du gaz naturel. L’hydrogène bleu et l’hydrogène vert sont produits à l’aide de méthodes à faibles émissions de carbone. Les méthodes utilisées pour produire l’hydrogène bleu et gris sont les mêmes, mais la première capte le dioxyde de carbone émis pour le stocker ou l’utiliser ultérieurement. L’hydrogène vert est quant à lui produit grâce à un procédé appelé électrolyse, qui utilise de l’électricité renouvelable pour extraire les molécules d’hydrogène de l’eau.

L’Agence internationale de l’énergie (« AIE ») n’utilise pas ce code de couleurs, mais privilégie la production d’hydrogène à faible intensité carbonique, parfois appelé hydrogène propre. Elle considère que l’hydrogène à faible teneur en carbone (en anglais) est celui qui est produit à partir de la biomasse, des ressources renouvelables et de l’électricité nucléaire, ainsi qu’à l’aide de combustibles fossiles lorsque des techniques de captage, d’utilisation et de stockage du carbone (« CUSC ») sont utilisées et que les émissions provenant de l’extraction et de l’approvisionnement sont atténuées. La figure 2 montre que, selon les données de l’AIE sur les projets d’hydrogène (en anglais), le Canada compte actuellement dix projets à faibles émissions de carbone, dont bon nombre sont à l’étape du projet pilote.

Figure 2 – Nombre de projets d’hydrogène à faibles émissions de carbone proposés ou en exploitation, par pays

Source et description

Source : AIE (2020), base de données sur les projets d’hydrogène (en anglais)

Description : La carte indique le nombre de projets proposés ou en exploitation par pays pour la période allant de janvier 2000 à juin 2020. L’attribution du code bleu ou vert à un projet est fondée sur les définitions contenues dans le rapport Stratégie d’hydrogène pour le Canada.

Utilisations de l’hydrogène

Pour réduire leurs émissions de carbone, de nombreux secteurs pourraient devoir se tourner vers des technologies utilisant de l’électricité à faibles émissions de carbone. La forte valeur énergétique de l’hydrogène pourrait s’avérer particulièrement utile dans les secteurs où d’autres options à faibles émissions de carbone, comme l’électrification, peuvent être trop coûteuses ou comporter des obstacles techniques. Ces secteurs jugés « difficiles à décarboniser » comprennent les industries lourdes (fabrication de ciment, d’acier et de plastique) et le transport de charges lourdes (aviation, transport et transport longue distance), qui représentent ensemble plus de 30 % des émissions mondiales (en anglais) (figure 3). Les procédés des industries lourdes nécessitent souvent des températures très élevées (par exemple (en anglais), les hauts fourneaux utilisés pour produire du fer fonctionnent à des températures de plus de 1 500 °C), qui peuvent être difficiles à atteindre sans combustibles à forte densité énergétique. Par ailleurs, l’hydrogène pourrait aussi s’avérer avantageux dans le secteur du transport longue distance où le poids important et la faible autonomie des véhicules à batterie posent un plus grand défi que dans le transport de passagers.

Figure 3 – Émissions mondiales de CO2 par groupe de secteurs (2019)

Source et description

Source : Agence internationale de l’énergie – Energy Technology Perspectives 2020 (en anglais)

Description : Ce graphique montre que les industries lourdes représentent 26,4 % des émissions mondiales d’équivalent CO2, et le transport de charges lourdes, 7,4 %.

Stratégies à l’égard de l’hydrogène

L’hydrogène peut constituer une solution pour les secteurs difficiles à décarboniser, et c’est l’une des raisons qui ont incité de nombreux pays à adopter des stratégies visant à accroître la part de l’hydrogène à faibles émissions de carbone dans leur bouquet énergétique pour les aider à atteindre la carboneutralité. Au total, plus de 120 pays, dont le Canada, ont annoncé leurs objectifs à cet égard. Au début de 2021, plus de 30 pays avaient dévoilé des stratégies sur l’hydrogène prévoyant des investissements publics de près de 70 milliards de dollars américains (en anglais). En décembre 2020, le gouvernement du Canada a publié un rapport intitulé Stratégie canadienne pour l’hydrogène. Comme celle de l’AIE, la stratégie du Canada en matière d’hydrogène n’utilise pas le code de couleurs, mais privilégie l’hydrogène à faible intensité en carbone.

À l’échelle mondiale, les stratégies relatives à l’hydrogène tendent à prendre en compte la situation énergétique unique de chaque région. Le Canada, l’Australie (en anglais) et le Chili (en anglais), par exemple, visent à se tailler une place parmi les plus grands producteurs et exportateurs mondiaux d’hydrogène à faibles émissions de carbone. Comme le Japon (en anglais) a une capacité de production d’hydrogène limitée et qu’il prévoit en importer, sa stratégie met l’accent sur le développement des infrastructures requises. L’Union européenne (en anglais) se concentre pour sa part sur le développement de la production d’hydrogène vert dans ses pays membres. La Chine (en anglais) et la Corée du Sud (en anglais) misent toutes deux sur la conception et le déploiement de véhicules fonctionnant à l’aide de piles à hydrogène (en anglais). Le gouvernement chinois prévoit installer 1 000 postes de ravitaillement et mettre un million (en anglais) de véhicules à hydrogène sur les routes d’ici 2030. La Californie (en anglais) travaille aussi sur un projet de postes de ravitaillement publics pour fournir du carburant vert à sa population.

Plusieurs prévisions (en anglais) et scénarios énergétiques laissent présager une hausse de la demande mondiale d’hydrogène. Comme le montre la figure 4, les projets proposés et en exploitation indiquent qu’à court terme, la production d’hydrogène à faible teneur en carbone sera concentrée en Europe et en Australie.

Figure 4 – Capacité des projets d’hydrogène à faibles émissions de carbone proposés ou en cours, par pays

Source et description

Source : Base de données sur les projets d’hydrogène (en anglais) de l’Agence internationale de l’énergie.

Description : Cette carte illustre la répartition et la concentration des projets d’hydrogène dans le monde. Elle présente également les projets proposés et en cours par pays, ainsi que la capacité combinée et le nombre de projets. La capacité est concentrée en Europe et en Australie.

Projets d’hydrogène

Les investissements mondiaux dans l’hydrogène à faibles émissions de carbone ne cessent d’augmenter, tout comme la taille des projets. Des investissements de 300 milliards de dollars américains seront consentis pour soutenir environ 228 projets de grande envergure (en anglais) à l’échelle mondiale d’ici 2030. La figure 5, qui présente la date de début annoncée des projets proposés et leur capacité estimative, laisse présager une hausse de la production d’hydrogène à faible teneur en carbone au cours des dix prochaines années.

Figure 5 –Capacité cumulative mondiale annuelle de la production d’hydrogène à faibles émissions de carbone existante et proposée

Source et description

Source : AIE (2020), base de données sur les projets d’hydrogène (en anglais), Paris

Description : Ce graphique montre la capacité estimative des projets en cours et proposés à chaque date de début prévue entre 2000 et 2030. Elle comprend la nouvelle capacité ajoutée cette année-là et la capacité cumulative des années précédentes. L’unité de mètre cube normal de gaz est fondée sur des conditions correspondant à une pression de 1 bar et à une température de zéro degré Celsius, et le calcul du poids a été fait en fonction de la densité de l’hydrogène à une pression de 1 bar et à une température de zéro degré (0,089 kg/mètre cube normal). La capacité estimative augmente tout au long de la prochaine décennie, et de façon encore plus marquée après 2025.

Parmi les projets d’envergure mondiale, citons le projet pilote Hydrogen Energy Supply Chain (en anglais) (« HESC »), qui est réalisé dans le cadre d’un partenariat entre des sociétés japonaises et australiennes, avec l’appui des gouvernements de l’État de Victoria, de l’Australie et du Japon. Le HESC, dont certaines parties sont déjà en service, formera la première chaîne d’approvisionnement en hydrogène entièrement intégrée au monde : l’hydrogène sera produit à partir de charbon à Victoria, en Australie, et sera livré à Kobe, au Japon.

La société américaine Air Products et Acwa Power, une société de développement énergétique établie en Arabie saoudite et détenue en partie par le fonds souverain du royaume, projettent la construction du projet Helios Green à Neom, en Arabie saoudite (en anglais), qui nécessitera des investissements de 5 milliards de dollars américains. À terme, ce projet alimenté à l’énergie éolienne et solaire constituera la plus grande installation de production d’hydrogène écologique au monde et produira chaque jour 650 tonnes d’hydrogène vert, une quantité suffisante pour alimenter environ 20 000 autobus à hydrogène (en anglais).

Le succès initial de petits projets d’hydrogène a ouvert la voie à des projets plus ambitieux et mieux intégrés au Canada.

Conclusion

Le transport et le stockage de l’hydrogène pourraient poser des difficultés à mesure que son utilisation se répandra. L’injection d’hydrogène au gaz naturel et son transport par le réseau pipelinier existant, de même que le transport d’hydrogène pur par un pipeline réservé à cette fin, font actuellement l’objet de recherches partout dans le monde. L’AIE (en anglais) a déterminé que le fait d’injecter au réseau de gaz une quantité d’hydrogène maximale de 20 % (sur une base volumétrique) nécessite peu de modifications, voire aucune, à l’infrastructure ou aux appareils des utilisateurs finaux. Le transport de mélanges d’hydrogène plus concentrés (en anglais) dans le réseau pourrait avoir une incidence sur les matériaux des pipelines, les propriétés du gaz, les systèmes de sécurité, l’équipement de comptage et les appareils des utilisateurs finaux. L’utilisation accrue d’hydrogène dans les filières énergétiques pose également des défis sur le plan du stockage (en anglais), notamment en ce qui a trait aux pressions d’exploitation et aux températures requises pour stocker l’hydrogène, à la durée de vie et à la stabilité des matériaux de stockage, ainsi qu’aux exigences relatives à la pureté de l’hydrogène.

Défis

L’hydrogène pourrait jouer un rôle clé dans la transition vers une économie à faibles émissions de carbone et la carboneutralité, et favoriser l’utilisation d’une partie de l’énergie et des infrastructures existantes, y compris les ressources en combustibles fossiles et les gazoducs. Il reste encore toutefois beaucoup à faire pour que l’hydrogène soit distribué à grande échelle et pour que ses coûts puissent concurrencer ceux des autres combustibles. Des efforts sont déployés partout dans le monde pour élaborer et harmoniser les règlements, les normes et les codes, et pour résoudre les problèmes de stockage et de transport de l’hydrogène.

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