Faut-il prioriser la décarbonation de certains secteurs à partir d’hydrogène décarboné ?

Benoit DUBOIS, Marc ELOY et Frederic MAILHOS

Actuellement, 70% des gaz à effet de serre émis annuellement en France proviennent de la combustion de sources fossiles (gaz, pétrole, charbon) et donc sont sous la forme de dioxyde de carbone (source CITEPA 2019).

Remplacer ces énergies fossiles par des sources décarbonées (renouvelable et nucléaire) est donc logiquement une priorité.

Actuellement en France, notre électricité est décarbonée à plus de 90%, et l’augmentation prévue de la production électrique d’ici 2050 (voir scénarios RTE « étude des futurs énergétiques 2050 ») permettra de décarboner également les transports, le chauffage résidentiel et tertiaire et certains besoins industriels. On constate que par exemple certains industriels du verre recherchent des solutions pour remplacer leurs fours fonctionnant au gaz par des fours électriques.

De la même façon, pour l’hydrogène, il est impératif de le produire de façon propre à partir de sources vertes, ou décarbonées. Cet hydrogène contribuera à la décarbonation des transports notamment pour les mobilités lourdes telles que les camions et les trains circulant sur les lignes non-électrifiées, et certains besoins industriels, par exemple en sidérurgie. Les sidérurgistes étudient une production d’acier par réduction du minerai de fer grâce à l’hydrogène. A la différence de l’électricité, à ce jour la production d’hydrogène en France est basée encore à 90% sur des énergies fossiles principalement du gaz. La France consomme annuellement 900 000 tonnes d’hydrogène par an, selon les chiffres de 2021. L’enjeu est donc de décarboner la production d’hydrogène grâce à l’électricité et la biomasse.

En se fondant sur les scénarios S2 et S3 du rapport « Transitions 2050 » de l’ADEME, le gouvernement anticipe une multiplication par 4 de la consommation d’hydrogène en France d’ici 30 ans. Il est fondamental que cet essor se produise avec un hydrogène décarboné. En supposant que la France importe la moitié de l’hydrogène qu’elle consommera, la production annuelle française d’hydrogène décarboné devrait passer d’un peu moins de 100 000 tonnes aujourd’hui par an à 1,8 millions de tonnes en 2050. Autant dire un bond de géant.

On comprend aisément que les efforts à déployer sont considérables pour augmenter cette production grâce à l’électricité (électrolyse) et à la biomasse (gazéification par exemple), sur une période de 25 ans. Il se pose alors la question suivante : Faut-il réserver la production d’hydrogène décarboné aux secteurs les plus émetteurs en GES ?

Dans le cadre de « France 2030 » le gouvernement entend diviser par 2 d’ici 2030 les émissions de dioxyde de carbone dans l’industrie. Les 50 sites industriels français les plus émetteurs sont concernés. Pour certains cela passera par une substitution des énergies fossiles par de l’hydrogène décarboné. Par exemple certains sidérurgistes étudient une production d’acier par réduction du minerai grâce à l’hydrogène (DRI). En France Arcelor Mittal étudie ce choix technique pour remplacer 2 hauts fourneaux du site de Dunkerque et produire 2,5 millions de tonnes par an d’acier décarboné, qui consommerait l’équivalent de 96 000 tonnes (*) d’hydrogène décarboné selon un calcul basé sur les données du cabinet d’étude Hybrit (utilisation d’un électrolyseur 800 MW). Cet ordre de grandeur montre bien qu’il faudra orienter en priorité les premières centaines de milliers de tonnes d’hydrogène décarboné vers le secteur industriel pour obtenir ainsi des gains rapides en termes d’émissions. C’est également ce qu’indiquent les travaux du « Shift Project ».

(*) selon le diagramme de Sankey

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