L’Alliance européenne pour l’hydrogène propre : horizon 2050

Auteure et Traductrice : Astrid Caïe

English version below 

« Réindustrialiser l’Europe tout en respectant l’impératif climatique ». Voici le double enjeu exprimé par le commissaire français Thierry Breton lorsque, le 8 juillet 2020, la Commission européenne crée l’Alliance de l’hydrogène et dévoile son plan à l’horizon 2050. 

Dans le cadre de la lutte contre le réchauffement climatique, l’hydrogène est souvent vanté pour ses vertus. Pourtant, il n’est pas forcément aussi vert qu’on le croit. C’est pourquoi l’Europe, dans la mise en place du Pacte vert visant la neutralité climatique à l’horizon 2050, doit prendre en compte de multiples facteurs pour choisir la bonne stratégie d’adoption de l’hydrogène.

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L’hydrogène est-il une source d’énergie verte ?

À l’heure actuelle, la seule forme d’hydrogène utilisée à grande échelle est l’hydrogène fossile, obtenu par la conversion du gaz naturel en hydrogène. Ce procédé qui génère du CO2 concerne une production de 70 millions de tonnes par an. Cette quantité est justifiée par son utilisation importante dans l’industrie chimique et dans le raffinage pétrolier, où l’hydrogène permet de réduire le taux de soufre des carburants.

D’autres procédés limitent l’impact environnemental de la production d’hydrogène. L’un d’eux consiste à capter le CO2 émis lors du reformage du gaz naturel. L’hydrogène peut aussi être obtenu par pyrolyse, c’est-à-dire par la décomposition de composés chimiques initiaux provoquée par une haute augmentation de la température. Cette réaction peut avoir lieu dans une atmosphère pauvre en oxygène, limitant ainsi les phénomènes d’oxydation et de combustion. Enfin, l’hydrogène peut être produit par électrolyse de l’eau. Les électrolyseurs peuvent être alimentés par n’importe quelle source d’électricité. C’est donc cette source première qui détermine si l’hydrogène peut être qualifié de “vert” ou non. Par exemple, il est vert lorsque l’électricité qui alimente les électrolyseurs est d’origine éolienne ou solaire, lorsqu’elle est issue du reformage du biogaz ou de la conversion de la biomasse.

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L’hydrogène présente plusieurs grands avantages. Le premier est qu’une fois produit, son utilisation ne cause pas d’émission de CO2. Ensuite, l’hydrogène, contrairement à l’électricité, peut être stocké en très grande quantité… et précisément, peut être converti en électricité le moment voulu.

Quid de notre sécurité ?

La propriété très inflammable de l’hydrogène complique sa production, son stockage et son transport, mais l’Europe bénéficie d’une expérience de 1500 kilomètres d’hydroducs déjà construits. En plus des normes de sécurité déjà en vigueur, la Commission entend installer un système de surveillance et de vérification.

L’hydrogène : un coût à prendre en compte, mais une opportunité pour soutenir la croissance et l’emploi.

Le coût de l’hydrogène est le principal défi à relever. Selon la Commission européenne, chaque kilo d’hydrogène fossile coûterait 1,50€ à produire, contre 2,50€ pour l’hydrogène avec capture du carbone et 5€ pour l’hydrogène vert produit avec un électrolyseur. Le Conseil de l’hydrogène, qui rassemble les grands industriels du secteur, envisage une division par deux du coût de l’hydrogène vert d’ici à 2030… à condition de pouvoir déployer massivement les électrolyseurs pour bénéficier d’économies d’échelle, et d’une diminution significative du prix de l’électricité renouvelable. Cette baisse passerait notamment par le développement de l’éolien en mer. Les plus ambitieux soutiennent que l’hydrogène ne pourra monter en puissance sans une taxe sur le carbone. Bref, un investissement colossal est nécessaire pour donner sa chance à cette forme d’énergie, alors que les budgets du plan de Bruxelles sont encore flous.

Pourtant, la Commission envisage les investissements dans l’hydrogène comme un plan de relance pour sortir de la crise due à la COVID-19. Déjà, l’Europe est leader dans les technologies liées aux énergies renouvelables et pourrait faire de l’hydrogène propre un vecteur énergétique au niveau mondial.  Selon les projections, l’hydrogène propre pourrait satisfaire 24% de la demande mondiale d’énergie d’ici à 2050, rapportant plus de 600 milliards d’euros par an à l’Europe.

Au sein même de l’Union européenne, Bruxelles ambitionne de porter l’hydrogène à 12% du mix énergétique à l’horizon 2050. Les besoins d’investissement correspondants s’élèvent entre 180 et 470 milliards d’euros

Malgré les efforts fournis en vue de la transition énergétique, la Commission n’exclut aucun mécanisme de production d’hydrogène dans un premier temps. Cette décision laisse la place libre aux énergies fossiles et au nucléaire, ainsi qu’aux protestations de nombreuses associations de défense de l’environnement. Parmi celles-ci, le Bureau européen de l’environnement (BEE) estime qu’un hydrogène basé sur des énergies fossiles empêchera la compétitivité de l’hydrogène propre sur le marché européen. Un pari risqué et coûteux sur le long terme.

Développer l’économie de l’hydrogène vert : une stratégie en trois phases.

La Commission prévoit une trajectoire progressive divisée en trois phases, à un rythme différent selon les secteurs de l’industrie.

Entre 2020 et 2024, la première phase se fixe deux objectifs : décarboner la production d’hydrogène destinée aux utilisations déjà existantes (comme la chimie) et promouvoir l’hydrogène pour de nouvelles applications, jusqu’à atteindre une production européenne d’au moins un million de tonnes d’hydrogène renouvelable.

Entre 2024 et 2030, la production devra monter à dix millions de tonne pour positionner l’hydrogène comme la partie intégrante d’un système énergétique intégré. La production sera encore essentiellement locale, concentrée dans les pôles industriels ou à proximité des stations de ravitaillement. Pour étoffer les solutions de transports dans un second temps, on parle déjà de réaffecter des infrastructures gazières existantes. Dans cette phase, l’utilisation de l’hydrogène sera étendue à de nouveaux secteurs : sidérurgie, poids lourds, transport ferroviaire et maritime.

Entre 2030 et 2050, la troisième phase prévoit d’étendre l’hydrogène renouvelable à tous les secteurs difficiles à décarboner, dans lesquels d’autres solutions semblent d’ores et déjà trop coûteuses ou impossibles à mettre en pratique.

La nécessité de créer une filière

Pour parvenir à ces objectifs, la Commission a créé ce 8 juillet 2020 une « alliance de l’hydrogène » qui rassemble des États-membres, des représentants de la société civile et de grands industriels. Ces derniers, presque tous privés, sont de trois types : ceux en charge de la production, ceux en charge du stockage et du transport, et les potentiels futurs utilisateurs de cette source d’énergie. 14 États-membres avaient déjà inclus une stratégie pour l’hydrogène dans leurs plans de relance, mais le but est maintenant de créer un effet de levier pour le secteur privé en alliant financements nationaux et européens. Sur le modèle de l’Alliance des batteries créée en octobre 2017, ceci passe par le relâchement des contraintes qui encadrent l’aide fournie par les États, mais il importe de “ne pas investir d’argent public dans des domaines où les fonds privés iraient presque spontanément” (Frans Timmermans, vice-président exécutif de la Commission).

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Comment la France se positionne-t-elle ?

La France rassemble de grands industriels capables de structurer la filière. Air Liquide figure depuis plusieurs décennies parmi les plus gros producteurs mondiaux d’hydrogène, qu’il exploite à 95% à partir des hydrocarbures. Engie est un acteur montant : il exploite de l’hydrogène à électricité solaire en Australie tandis que ses filiales à Dunkerque et Fosse-sur-Mer testent l’injection d’hydrogène vert dans le réseau gazier français.

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La première station à hydrogène d’Air Liquide en Ile-de- France

À travers le consortium H2 Mobility, Total déploie des stations de recharge pour les véhicules en Allemagne et vient d’ouvrir sa première station hydrogène française au Mans. Renault et PSA, eux aussi, ont commencé à investir dans l’hydrogène.

Si la France veut concurrencer l’Allemagne, où Angela Merkel vient d’annoncer un plan à 9 milliards d’euros pour l’hydrogène, son propre plan devra être plus ambitieux que le dernier plan présenté en 2018 par Nicolas Hulot (avant sa démission au poste de ministre de la Transition écologique et solidaire) avec un budget de 100 millions d’euros. Philippe Boucly, président de l’Association Française pour l’Hydrogène et les Piles à Combustible (l’Afhypac), appelle le gouvernement à ne pas restreindre ses ambitions.

The European Clean Hydrogen Alliance: Horizon 2050

“Reindustrializing Europe while respecting the climate change imperative”. This is the twofold objective expressed by the French commissioner Thierry Breton on July 8th, 2020 when the European Union created the Clean Hydrogen Alliance and revealed its Horizon 2050 Plan.

In accordance with the fight against global warming, hydrogen is often praised for its virtues. However, hydrogen is not necessarily a green source of energy. In setting the Green Deal aiming at climate neutrality by 2050, Europe must take into account a multiplicity of factors so as to choose the right hydrogen adoption strategy.

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Hydrogen: a source of green energy ?

At present, the only form of hydrogen that is widely used is fossil-based hydrogen, obtained by the conversion of natural gas. This process generating carbon dioxide concerns a production of 70 million tons per year. This quantity is justified by its major use in the chemical and oil refining industries, where hydrogen allows to reduce the Sulphur content of fuels.

Other processes restrict the environmental impact of hydrogen production. One of them captures the carbon released by the gas reforming. Hydrogen can also be obtained by pyrolysis, that is by the decomposition of chemical components triggered by a high temperature rise. This reaction can take place in a low oxygen atmosphere, which limits the phenomena of oxidation and combustion. At last, hydrogen can be produced by water electrolysis. The electrolysers can be powered by any form of electricity. It is thus the primary source of this electricity which determines if the hydrogen is considered green or not. For example, it is green when the electricity comes from wind or solar energy, from the reforming of biogas or from the conversion of biomass.

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Hydrogen presents more than one benefit. Firstly, once it has been produced, its use does not generate carbon emissions. Then, hydrogen, contrarily to electricity, can be stowed in great quantities… and precisely converted into electricity when needed.

What about our safety ?

The highly flammable property of hydrogen complexifies its production, storage and transport. But Europe benefits from an experience of 1,500 kilometers already built. Beyond the safety regulations already in effect, the European Commission intends to install a surveillance and verification system.

Hydrogen : a cost to bear but an opportunity to support growth and employment

The cost of hydrogen is the biggest challenge to take up. The Commission evaluated the production costs for each form of hydrogen : each kilogram of fossil-based hydrogen would cost 1,50€, against 2,50€ for hydrogen with carbon capture and 5€ for green hydrogen produced by an electrolyser. The Hydrogen Industry Council, which gathers all the big industrials from the energy sector, envisions a split by two in the production cost of green hydrogen by 2030… conditionally upon a mass deployment of electrolysers so as to benefit from economies of scale and a significant drop of green energy costs. This decrease could result from the development of offshore wind energy. The most ambitious actors argue that hydrogen cannot succeed without a carbon tax. Anyhow, a colossal investment is required to give a chance to hydrogen, even though the Green Plan budgets have not yet been secured.

Nevertheless, the Commission considers the investments in hydrogen as part of the recovery plan to come out of the coronavirus crisis. Europe, already the leader in the technologies of green energy, should be able to impose green hydrogen as an energy vector worldwide. According to projections, green hydrogen could satisfy 24% of the world’s energy demand by 2050, while injecting more than 600 billion euros per year in the European funds.

Within the European Union, Brussels wants to raise the place of hydrogen at 12% of the energy mix by 2050. The corresponding investments require between 180 and 470 billion euros.

Despite the efforts furnished in the context of the energy transition, the Commission has not discarded any production mode. This decision makes room for fossil fuels and nuclear energy, as well as for the protests of numerous environmental organizations. Amongst them, the European Environment Bureau (EEB) estimates that fossil-based hydrogen will prevent the competitiveness of green hydrogen of the European market. Which is a costly and risky bet on the long run.

Building the economy of green hydrogen: a three-phase strategy.

The Commission anticipates a progressive trajectory divided into three phases, at different rhythms according to the industrial sectors.

Between 2020 and 2024, the first phase defines two objectives : to decarbonate the production of hydrogen intended for already existing applications (as the chemical industry) and to promote this source of energy for new applications until the European production reaches at least 1 billion tons of green hydrogen.

Between 2024 and 2030, the production is expected to reach 10 billion tons and to position hydrogen as the full part of an integrated energy system. The production will still be mainly local, concentrated in industrial poles or near fueling stations. A further step will be to expand transport solutions by reallocating the exiting gas infrastructures. In this phase, the use of hydrogen will be extended to new sectors: the steel industry, heavy goods vehicles, railway and sea transport.

Between 2030 and 2050, the third phase will extend green hydrogen to the sectors most difficult to decarbonate, in which other solutions already seem too costly or impossible to implement.

The necessity of creating a full-fledged sector

In order to reach these goals, the Commission created on July 8th, 2020 a Clean Hydrogen Alliance which gathers Member-States, representatives of the civil society and large industrial operators. The latter, almost exclusively private, are of three types: those in charge of production, those in charge of storage and transport, and the potential future users. 14 Member-States had already included a hydrogen strategy in their recovery programs, but the purpose now is to create a leverage effect in the private sector by combining national and European funding. Following the model of the Battery Alliance created in October 2017, this ambition requires a relaxation of the constraints framing State assistance, but it matters “not to invest public funds in activities where private funds could go almost spontaneously” (Frans Timmermans, Executive Vice-President of the European Commission).

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How does France position itself ?

France’s great industrial operators are fitted with the capacity to structure this sector. Air Liquide has been among the world’s biggest hydrogen producers for decades, though 95% of its hydrogen is fossil-based. Engie is a rising player : the company produced hydrogen with solar electricity in Australia while its subsidiaries in Dunkerque and Fosse-sur-Mer are testing the injection of clean hydrogen into the French gas network.

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Air Liquide’s first hydrogen station in Ile-de-France

Through the consortium H2 Mobility, Total is deploying charging stations for electric vehicles in Germany and has recently opened its first hydrogen station in France, at Le Mans. Renault and PSA have also began investing in hydrogen.

If France wants to compete with Germany where Angela Merkel has just announced a 9-billion-euro plan for hydrogen, its own program must be more ambitions than the latest one presented in 2018 by Nicolas Hulot (before his resignation as minister of the ecological and solidary transition) with an envelope of 100 billion euros. Philippe Boucly, president of the French Association for Hydrogene and fuel cells, calls on the government not to limit its ambitions.

Bibliographie.

https://hydrogeneurope.eu

https://ec.europa.eu/growth/industry/policy/european-clean-hydrogen-alliance_en

https://www.euronews.com/2020/01/24/europe-s-hydrogen-revolution-the-promise-of-power-without-pollution

https://www.fch.europa.eu/news/hydrogen-roadmap-europe-sustainable-pathway-european-energy-transition

https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/fr/qanda_20_1257

https://www.lesechos.fr/industrie-services/energie-environnement/tout-savoir-sur-lhydrogene-en-quatre-questions-1222538

http://www.airproducts.fr/Industries/Energy/Petroleum-Refining/petroleum-refining-applications/product-list/co2-capture-from-hydrogen-production-petroleum-refining.aspx?itemId=1BEFFD2D830A40B8A9B33844198EE899

https://www.lesechos.fr/monde/europe/le-plan-de-bruxelles-pour-faire-decoller-lhydrogene-en-europe-1222344

https://www.lesechos.fr/industrie-services/energie-environnement/lhydrogene-le-pari-a-9-milliards-de-lallemagne-1210019

https://www.lesechos.fr/industrie-services/automobile/hydrogene-les-industriels-francais-dans-les-starting-blocks-1222429

https://cen.acs.org/energy/hydrogen-power/Trying-make-green-hydrogen-work/98/i23

 

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