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L’hydrogène bas carbone : une opportunité pour la France et pour l’Europe de l’énergie

Une note de la Fabrique écologique ouverte à la co-construction citoyenne

vendredi 16 septembre 2022
Posté par Cyrille Souche

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L’hydrogène renouvelable et bas carbone font partie de la panoplie des solutions incontournables pour décarboner le système énergétique et plusieurs secteurs industriels. La France a lancé un plan ambitieux, principalement focalisé sur la prochaine décennie, mais cette stratégie n’est pas exempte d’angles morts, qui sont l’objet de ce rapport.

La présente Note [2] a réuni pendant plusieurs mois un groupe de travail constitué de différents types d’acteurs. Elle pose plusieurs recommandations pour développer la filière de l’hydrogène bas carbone en France et en Europe.



En résumé

L’hydrogène est reconnu comme une des solutions pour l’objectif « zéro émission de carbone » à l’horizon 2050, notamment pour l’industrie, la mobilité et le stockage de l’énergie. La condition est de le produire, le transporter et l’utiliser de façon totalement décarbonée. Toutefois, quelques barrières (d’ordre économique, réglementaire, etc.) restent à lever pour atteindre le niveau conséquent de production et d’utilisation fixé dans les scénarios pour 2050.

L’Union européenne souhaite posséder une souveraineté technologique pour maîtriser l’ensemble de la chaîne de valeur. Bien que l’UE soit dotée de quelques zones privilégiées de production, elle reste importatrice nette. La Commission européenne souhaite développer une stratégie internationale associée à une diplomatie de l’hydrogène.

La France, qui a des entreprises et organismes de recherche de premier plan sur ce domaine ainsi que des écosystèmes territoriaux bien structurés, a lancé un plan ambitieux sur 10 ans. Ce dernier comporte un axe de développement industriel pour les technologies de l’hydrogène sur le territoire national, devant créer valeur économique et emplois. Mais les objectifs assignés à la stratégie française, focalisés sur l’horizon 2030, restent relativement figés depuis deux ans alors que le contexte international ne cesse d’évoluer. La décision de lancer une infrastructure transportant l’hydrogène est reportée à 2030, ce qui risque de pénaliser la politique européenne en la matière. Or bâtir une Europe de l’énergie est à ce jour indispensable. La stratégie nationale suppose implicitement l’absence d’importations à l’horizon 2050, sans s’appuyer sur une véritable vision prospective des besoins de la société et de l’économie française à cette échéance. De plus, la part d’hydrogène décarboné dans le mix énergétique futur n’est pas clairement définie.

Pour réussir pleinement le développement de l’hydrogène bas carbone, trois mesures concrètes sont proposées :

  • 1. Renforcer et mieux accompagner les écosystèmes régionaux grâce à différents outils d’évaluation, d’analyse coût-bénéfice et de pédagogie à destination des décideurs.
  • 2. Lancer un exercice de planification énergétique, environnemental et sociétal en partant d’une réflexion sur les besoins de la société et des secteurs de l’économie.
  • 3. Dans le contexte actuel de crise énergétique, donner un nouvel élan européen pour l’hydrogène notamment en accélérant le déploiement de ses infrastructures.

Synthèse

L’hydrogène et ses produits dérivés (ammoniac, méthanol, etc..) sont généralement reconnus maintenant comme une des solutions permettant d’atteindre les objectifs ambitieux de zéro émission de carbone à l’horizon 2050, notamment dans les domaines de la mobilité, de l’industrie et du stockage de l’énergie. La condition de base est de les produire, les transporter et les utiliser de façon totalement décarbonée. Néanmoins, quelques barrières restent à lever pour atteindre le niveau conséquent de production et d’utilisation prévues par les scénarios à l’horizon 2050. Ce sont principalement des barrières économiques, mais aussi réglementaires et des questions de montée rapide en puissance des outils industriels qui produiront les technologies de la chaîne hydrogène.

Afin de lever certaines de ces barrières, la plupart des pays développés viennent de lancer des stratégies ambitieuses dotées de moyens conséquents afin de faire baisser les coûts des technologies de l’hydrogène d’ici à 2030, de lancer les premiers déploiements massifs, ainsi que de mettre en place le cadre réglementaire adéquat. L’hydrogène sera majoritairement produit à partir d’énergies renouvelables dans le monde. Son transport, comme celui de ses produits dérivés, se font à des coûts énergétiques et économiques encore très élevés. Dans la mesure où les pays sont inégalement dotés en ressources renouvelables en termes de quantités et de coûts, les prémisses d’un futur commerce international de l’hydrogène et ses dérivés apparaissent. Cela se matérialise par les premiers accords entre gouvernements et par le montage de très gros projets sur différents continents. L’idée sera d’approvisionner les pays industriels n’ayant pas assez de ressources décarbonées sur leur territoire par des pays « exportateurs » nets.

L’Europe est le continent avec le plus d’ambitions en ce domaine et souhaite posséder une souveraineté technologique pour maîtriser l’ensemble de la chaîne de valeur. En matière de production, il existe quelques zones privilégiées qui combinent bas coût et quantités massives (Mer du nord, péninsule Ibérique). Néanmoins, l’Europe se positionne comme importateur net et souhaite développer une stratégie internationale associée à une diplomatie de l’hydrogène, dont certains pays comme l’Allemagne et les Pays-Bas ont déjà mis en place des outils et des accords préliminaires avec les gouvernements. La mise en place d’une infrastructure européenne et intégrée de transport, stockage et distribution de l’hydrogène sera un facteur clé à la fois pour diminuer les coûts de l’hydrogène en Europe par mutualisation de la production et du transport, mais aussi pour constituer un outil de sécurité énergétique européenne, résilient aux crises venant de l’extérieur.

La France a la chance de posséder un écosystème de grandes entreprises, de PME, de start-up et d’organismes de recherche de premier plan sur ce domaine, ainsi que des clusters territoriaux bien structurés. Le gouvernement français a lancé un plan ambitieux sur 10 ans, doté de moyens conséquents, pour l’industrialisation des technologies de l’hydrogène sur son territoire, créant ainsi de la valeur économique et des emplois. Ce plan prévoit un fort support au déploiement des projets de production et d’utilisation de l’hydrogène, en partenariat avec les collectivités locales très actives sur ce domaine. Les niveaux locaux (régions, communes) sont des niveaux clés pour le déploiement des applications. Il serait donc judicieux de renforcer l’accompagnement technique, économique et stratégique des décideurs locaux, de mieux intégrer l’articulation entre les niveaux locaux, nationaux et européens afin de dégager une vision globale et cohérente du déploiement industriel et des applications de l’hydrogène. Par ailleurs, la gouvernance nationale de cette stratégie gagnerait à mieux prendre en compte les échelons locaux.

Cependant, les objectifs assignés à la stratégie française, essentiellement focalisés sur l’horizon 2030, restent relativement figés depuis 2 ans dans un contexte ou tout évolue à l’extérieur, notamment avec la crise énergétique et la guerre en Ukraine. La décision de lancer une infrastructure transportant l’hydrogène est quant à elle reportée en 2030, risquant de pénaliser la politique européenne en ce domaine. Or nous avons besoin de plus d’intégration européenne pour mieux résister aux crises de toute nature, notamment de bâtir une Europe de l’énergie qui passe nécessairement par une stratégie européenne intégrée de l’hydrogène, un marché unique et des infrastructures de transport et de stockage intégrées. Avec l’Allemagne, la France pourrait prendre le leadership de cette stratégie et ainsi créer un axe fort de collaboration avec la péninsule ibérique.

La stratégie nationale suppose implicitement l’absence d’importations à l’horizon 2050 sans que cette hypothèse majeure soit étayée par une vision prospective des besoins de la société et de l’économie française en 2050. De plus, la part d’hydrogène décarboné dans le mix énergétique à cet horizon n’est pas clairement définie et plutôt sous-évaluée dans les quelques estimations disponibles. Si nous souhaitons trancher sur la nécessité d’importations ou bien d’une production purement domestique avec toutes les conséquences que cela aurait sur le mix électrique et son acceptation par la société, il serait urgent de définir des scénarios plus précis. Ces derniers devraient notamment déterminer les niveaux d’électricité et d’hydrogène à produire à cet horizon à partir de visions démocratiquement débattues de la société et de l’économie.

Enfin, contrairement à d’autres pays européens, la France n’a pas à ce jour de diplomatie hydrogène. Cela représente un risque pour les entreprises françaises qui pourraient prendre du retard dans leur positionnement et dans le dialogue avec les futurs pays producteurs. En particulier, la France aurait un intérêt stratégique majeur à construire un partenariat durable autour de la Méditerranée, notamment au Maghreb, et sur le reste du continent africain qui s’avère être clé pour l’énergie au 21e siècle.

Pour réussir pleinement le développement de l’hydrogène bas carbone, trois mesures concrètes sont proposées :

  • 1. Renforcer et mieux accompagner les écosystèmes régionaux dans leur croissance grâce à différents outils d’évaluation, d’analyse coût-bénéfice et de pédagogie à destination des décideurs.
  • 2. Lancer un exercice prospectif de planification énergétique, environnemental et sociétal en partant d’une réflexion sur les besoins de la société et des secteurs de l’économie. Le but est de pouvoir déterminer différents scénarios de consommation d’hydrogène décarboné, ainsi que la part de production nationale, l’origine de l’électricité et enfin, la part d’importation.
  • 3. Dans le contexte actuel de crise énergétique, donner un nouvel élan européen pour l’hydrogène notamment en accélérant le déploiement de ses infrastructures.

Sommaire

  • I. L’hydrogène décarboné, un levier indispensable pour la transition énergétique
    • I. Des dimensions de déploiement vertigineuses et potentiellement soumises à des limites
    • II. Les conditions indispensables à remplir
    • III. Des stratégies nationales pour développer la production et les usages de l’hydrogène décarboné et une diplomatie de l’hydrogène naissante
    • IV. Au-delà de 2030, des incertitudes quant à l’ampleur du rôle de l’hydrogène
      • A. Incertitudes dans les usages
        • 1) Industrie
        • 2) Mobilité
        • 3) Réseaux électriques
        • 4) Injection dans le réseau de gaz naturel et méthanation
        • 5) Le rôle du gaz dans un scénario zéro carbone
      • B. Le rôle transitoire et controversé de l’hydrogène bleu
      • C. Le transport par voie maritime : source de nombreuses incertitudes
      • D. Les risques d’aléas non maîtrisables
  • II. L’Union européenne, une stratégie ambitieuse au service de la décarbonation et de la souveraineté européenne
    • I. Des objectifs Fit for 55 rehaussés avec le plan RePowerEU
    • II. Créer un marché liquide de l’hydrogène
    • III. Mise en place d’une infrastructure européenne hydrogène, outil de souveraineté énergétique
    • IV. Un cadre réglementaire et normatif indispensable
    • V. Un volet industriel pour garantir une souveraineté technologique
    • VI. Une initiative nouvelle de la Commission pour une politique internationale offensive sur l’hydrogène
  • III. Une stratégie française ambitieuse mais à compléter
    • I. Une stratégie nationale ambitieuse
    • II. Le rôle des écosystèmes locaux et l’articulation entre niveaux
    • III. Rôle de l’hydrogène dans la stratégie énergétique française
      • A. Le rôle de l’hydrogène expliqué par des règles de trois
        • 1) Objectifs 2030
        • 2) Objectifs 2050
      • B. Quelle électricité pour quel hydrogène et à quel prix ?
      • C. Cible pour la consommation finale d’énergie, et place pour l’hydrogène et les imports d’énergie
    • IV. Prendre un leadership européen en participant activement à une Europe souveraine de l’hydrogène-énergie
    • V. Hydrogène, outil de la diplomatie et de l’influence française
      • A. Deux piliers à développer au sein de l’Europe
        • 1) Le pilier franco-allemand et Pays-Bas
        • 2) Le pilier ibérique
  • IV. Les recommandations
    • I. Mieux accompagner les écosystèmes régionaux avec des outils d’évaluation adaptés
    • II. Dans le cadre de la nouvelle planification écologique, mieux programmer la montée en puissance de l’hydrogène décarboné
    • III. Dans le contexte de la crise énergétique actuelle, donner un nouvel élan européen pour l’hydrogène

Conclusion

Bibliographie

  • Annexe 1 : Brève histoire du développement de l’hydrogène depuis 50 ans
  • Annexe 2 : Le BA-BA de l’hydrogène. Pourquoi a-t-on besoin de l’hydrogène ?
  • Annexe 3 : L’hydrogène est-il dangereux à utiliser ?
  • Annexe 4 : Les limites physiques et économiques au déploiement massif de l’hydrogène
  • Annexe 5 : Quels impacts environnementaux et sociaux de l’hydrogène ? Quelle acceptabilité sociétale ?
  • Annexe 6 : Chaine de valeur de l’hydrogène
  • Annexe 7 : Des stratégies nationales pour développer la production et les usages de l’hydrogène décarboné et une diplomatie naissante de l’hydrogène
  • Annexe 8 : Rôle futur de l’ammoniac
  • Annexe 9 : Potentiel technique de production d’hydrogène à 1,5 $/kg, potentiel en Europe Annexe 10 : Question des modèles économiques et besoin en études économiques
  • Annexe 11 : Le projet HyGreen Provence à Manosque
  • Annexe 12 : Les scénarios R TE
  • Annexe 13 : Paramètres de calcul du coût de production de l’hydrogène
  • Annexe 14 : Quelle place pour le gaz dans le système énergétique français
  • Annexe 15 : Fonder l’intégration européenne sur une coopération franco-allemande ambitieuse .68 Annexe 16 : Les couleurs de l’hydrogène

L’hydrogène bas carbone : une opportunité pour la France et pour l’Europe de l’énergie

 Télécharger la Note « L’hydrogène bas carbone : une opportunité pour la France et pour l’Europe de l’énergie »

Conclusion

Il est probable, mais pas certain, que l’hydrogène joue un rôle significatif dans la décarbonation de la plupart des sociétés au cours des prochaines années, moyennant la levée des verrous décrits dans cette note. Il aura un impact dans plusieurs secteurs et tirera sa plus-value maximale de la création de synergies entre ses différentes applications. Mais la contrepartie est le degré de complexité de sa chaîne de valeur. Nous pensons également qu’il faudra amplifier la pédagogie autour de l’hydrogène afin que les investisseurs, les financeurs de projets ou les décideurs locaux en aient une bonne compréhension. Il s’agit d’appréhender le rôle holistique de l’hydrogène au sein du système énergétique.

En guise de conclusion, nous proposons qu’une action beaucoup plus ambitieuse d’information, de formation et d’éducation soit lancée à destination des décideurs, des élus, du grand public, afin que les enjeux autour de l’hydrogène soient clairement connus. Ces enjeux portent sur les différentes parties de la chaîne de valeur, les ordres de grandeur, les questions économiques sous-jacentes, l’importance des effets d’échelle et donc de la massification pour diminuer les coûts de l’hydrogène. Il est également indispensable de déterminer les besoins pour pouvoir y répondre. Les grandes tendances à l’échelle mondiale doivent être identifiées, car elles auront indéniablement des conséquences sur l’évolution des projets. Deux éléments sont fondamentaux pour que la société accepte ce vecteur énergétique : tout un chacun doit pouvoir appréhender ce qu’est l’hydrogène et la place que ce dernier a au sein d’un système énergétique. Pour ce faire, les citoyens doivent avoir accès en toute transparence aux outils de compréhension du cycle de vie complet, qu’il s’agisse des besoins en énergie, en matériaux critiques, en eau et en surfaces, mais aussi de la provenance, de la garantie et des différents labels qui se mettront en place.

A propos de la Fabrique écologique

Créée en 2013, La Fabrique Ecologique, Fondation pluraliste de l’écologie, est un Think et Do-Tank qui a pour objectif de promouvoir l’écologie et le développement durable sur la base de propositions pragmatiques et concrètes.

Présidée par Géraud Guibert, elle est animée et soutenue par de nombreuses et très diverses personnalités de toutes générations (responsables d’entreprise et d’ONG, universitaires, syndicalistes, parlementaires et anciens ministres de l’écologie de tous bords politiques, …). Elle est financée, en majeure partie, par du mécénat, en toute transparence et en s’appuyant sur une charte éthique garantissant son indépendance intellectuelle et sa liberté d’action.

Avec de nombreuses publications sur des sujets divers et un réseau de près de 800 experts répertoriés et actifs, ses travaux sont reconnus comme particulièrement sérieux et innovants : dans le baromètre annuel des think-tanks réalisé par l’Institut Think, La Fabrique Ecologique est sur la première marche du podium pour la qualité de ses travaux et sa transparence.
Des travaux qui s’articulent autour de six principes forts :

  1. Une rigueur scientifique irréprochable : Sous la caution de son conseil d’orientation et de son réseau d’experts représentant l’excellence dans leurs aires de compétence respectives, La Fabrique Ecologique garantit, sur chaque sujet, un état des lieux objectif et une analyse exhaustive des avantages, inconvénients, modalités et difficultés de mise en œuvre des propositions portées. Une méthodologie des travaux très précise assure cette rigueur.
  2. Une exigence pluraliste et transpartisane : La Fabrique Ecologique, soutenue par des femmes et hommes impliqués dans la société civile et (ou) adhérents des partis politiques républicains, fait avancer la réflexion sur l’écologie et le développement durable au service de tous, dans l’intérêt général. Elle s’efforce de valoriser l’expertise citoyenne autour de ses travaux.
  3. Une transparence absolue : La Fabrique Ecologique publie ses propositions en toute indépendance. Les experts qui y publient des travaux déclarent leurs intérêts. Une Charte Éthique et de Conformité assure cette indépendance vis-à-vis des partenaires.
  4. Une approche européenne et internationale : Le défi écologique est mondial. Les réglementations, les économies, les normes, les bonnes pratiques sont aujourd’hui élaborées aux quatre coins du monde, et en particulier au niveau européen. Les travaux de La Fabrique Ecologique se doivent d’intégrer cette réalité.
  5. Des réponses concrètes : Intégrant pleinement les impératifs économiques et sociaux, La Fabrique Ecologique souhaite faire émerger des solutions à la fois ambitieuses et immédiatement applicables.
  6. Un positionnement unique, au service du développement durable : De nombreuses organisations travaillent sur ces sujets. La Fabrique Ecologique reconnaît le travail important accompli et dialogue en parfaite entente avec elles. Son originalité tient dans son positionnement inédit, alliant recherche et production d’idées à une proximité forte avec les responsables politiques, administratifs, de l’entreprise et des ONG. Ceci permet d’assurer un maximum d’impact aux propositions qu’elle porte.

Composition du groupe de travail

Membres du groupe de travail :

  • Paul Lucchese – président du Programme de coopération technologique sur l’hydrogène (Hydrogen TCP) de l’AIE, Agence Internationale de l’Energie et ingénieur au CEA.
  • Jean-Pierre Ponssard – directeur scientifique de la chaire Energie et Prospérité, directeur de recherche émérite au CNRS CREST-Ecole Polytechnique
  • Luc Poyer – président de McPhy, fondateur et président de France Nouvelles Energies
  • Gérard Bonhomme – physicien des plasmas et professeur émérite à l’Institut Jean Lamour (Université de Lorraine)
  • Katia Ronzeau – associée ECOSYS Group
  • Elise Muller – doctorante travaillant sur le déploiement des écosystèmes territoriaux de l’hydrogène en France
  • Julie Pinel – précédemment chargée de mission senior stratégie hydrogène chez GRDF
  • David Le Noc – délégué général du Club Power-to-Gas ATEE
  • Nicolas Peugniez – adjoint au directeur de la stratégie et régulation de GRTgaz
  • Raphaël Quinteau – chargé d’études à La Fabrique Ecologique, rapporteur du groupe
  • Grands témoins
  • Mikaa Mered – enseignant à Sciences Po, responsable du comité «  Environnement  » à l’Ecole de Guerre, ambassadeur de l’hydrogène vert à l’International Association for Hydrogen Energy
  • Aude Humbert – cheffe de projet H2V Industry
  • Corine Dubruel – présidente de Hysilabs

[1Cette Note est actuellement ouverte à la co-construction citoyenne. Ceci signifie que chacun(e) peut contribuer à son amélioration en faisant des commentaires et surtout en proposant des amendements précis, soit ci-dessous ou par email à l’adresse contact@lafabriqueecologique.fr. À l’issue de cette période collaborative, le groupe de travail qui a rédigé le document initial se réunira une dernière fois pour retenir les amendements jugés pertinents. Leurs auteurs seront dans ce cas sollicités pour que leur nom figure, s’ils le souhaitent, dans la fiche de présentation de la note en tant que contributeur. La version définitive sera ensuite publiée.

[2Cette Note est actuellement ouverte à la co-construction citoyenne. Ceci signifie que chacun(e) peut contribuer à son amélioration en faisant des commentaires et surtout en proposant des amendements précis, soit ci-dessous ou par email à l’adresse contact@lafabriqueecologique.fr. À l’issue de cette période collaborative, le groupe de travail qui a rédigé le document initial se réunira une dernière fois pour retenir les amendements jugés pertinents. Leurs auteurs seront dans ce cas sollicités pour que leur nom figure, s’ils le souhaitent, dans la fiche de présentation de la note en tant que contributeur. La version définitive sera ensuite publiée.

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