Certains voient dans l’hydrogène (H2), la solution à tous nos problèmes énergétiques. Et climatiques. L’élan est sans précédent. Mais les scientifiques nous préviennent : pour l’hydrogène, comme pour toutes les autres solutions, il faut peser le pour et le contre et veiller à une mise en œuvre durable. Une étude souligne ainsi aujourd’hui l’importance de réduire au maximum les risques de fuites de ce gaz dans notre atmosphère. Car l’hydrogène pourrait s’avérer bien plus néfaste au climat que le dioxyde de carbone (CO2). Voici pourquoi.

Ce lundi 5 avril 2022, le GiecGiec, le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat publiait le troisième et dernier volet de son sixième rapport consacré aux solutions qui pourraient nous aider à décarboner nos économies. Parmi elles, le recours à l'hydrogènehydrogène (H2) dit vert - comprenez, un hydrogène produit par électrolyseélectrolyse à partir d'énergies renouvelablesénergies renouvelables.

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Ainsi, l'hydrogène pourrait servir « au stockage de l'électricité dans le cadre du déploiement massif des énergies renouvelables intermittentes » ou même « au commerce de l'électricité entre différentes régions pour surmonter les différences saisonnières ou de capacité de production ». L'hydrogène pourrait également « être utilisé à la place du gaz naturelgaz naturel pour la production de pointe, fournir de la chaleurchaleur de procédé pour les besoins industriels ou être utilisé comme matièrematière première dans la production de divers produits chimiques et hydrocarbureshydrocarbures synthétiques ». Enfin, bien sûr, « les piles à combustiblepiles à combustible à base d'hydrogène pourraient alimenter le secteur du transport lourd (camions, bus, navires et trains) ».

Mais une étude publiée par le département britannique des Affaires, de l’Énergie et des Stratégies industrielles (BEIS) pourrait remettre l'idée en question. Selon les scientifiques des universités de Cambridge et de Reading et du National centre for atmospheric science (NCAS), toute fuite d'hydrogène affectera la composition atmosphérique - avec des implications sur la qualité de l'airair - et aura un effet de réchauffement indirect sur le climat, compensant partiellement certains des avantages attendus de la réduction des émissionsémissions de dioxyde de carbonedioxyde de carbone (CO2).

L’hydrogène et son effet indirect sur le réchauffement climatique

Ce que les chercheurs soulignent, c'est d'abord qu'une augmentation de la concentration en hydrogène dans notre atmosphèreatmosphère - plus particulièrement dans la troposphère, la couche la plus proche du sol - diminuera la disponibilité en radicaux hydroxyles (OH). Ceux-là même qui participent à la décomposition du méthane (CH4), un puissant gaz à effet de serregaz à effet de serre. Selon ces travaux, la duréedurée de vie du CH4 dans notre atmosphère augmenterait d'un an pour chaque augmentation de concentration de 1 partie par million (ppmppm) d'hydrogène. Et finalement, même si nous parvenions à réduire nos émissions de méthane, sa concentration dans notre atmosphère pourrait ainsi continuer d'augmenter - dans le cas où les fuites de H2 seraient totalement incontrôlées.

Autre gazgaz à effet de serre que les chercheurs s'attendaient potentiellement à voir impacté par la présence d'hydrogène dans l'atmosphère : l'ozoneozone (O3) troposphérique. Parfois qualifié de « mauvais ozone ». Car il est à la fois polluant et réchauffant. Mais ils soulignent ici que les avantages associés à la réduction des émissions de méthane, de monoxyde de carbonemonoxyde de carbone (CO), de composés organiques volatils (COV) ou d'oxydes d'azoteazote (NOxNOx) résultant de l'adoption d'une économie de l'hydrogène devraient permettre d'équilibrer les choses. Une légère augmentation de la concentration d'une part, contre une tendance à diminuer les concentrations d'autre part. Il demeure toutefois une incertitude quant à l'ampleur de la réduction de ces émissions en fonction des technologies réellement remplacées par l'hydrogène.

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Une augmentation de la concentration en H2 dans notre atmosphère ne devrait pas non plus avoir d'effet significatif sur l'ozone stratosphérique. Celui qui, cette fois, nous protège des rayonnements ultravioletsultraviolets dangereux qui nous arrivent du SoleilSoleil.

En revanche, plus d'hydrogène dans l'atmosphère fera bien monter la concentration en vapeur d’eau (H20) dans la stratosphèrestratosphère. La vapeur d'eau qui, rappelons-le, est l'un des principaux acteurs de l'effet de serre. Si la concentration en H2 devait augmenter de 1,5 ppm - le scénario à fortes fuites -, la concentration en vapeur d'eau pourrait augmenter de plus de 1 ppm.

Pour que l’effet du passage à une économie de l’hydrogène – plutôt qu’à une économie du dioxyde de carbone (CO<sub>2</sub>) - soit nettement positif, il ne faut pas oublier de réduire, en parallèle, nos émissions de gaz à effet de serre. Nos émissions de méthane, notamment. © Jo Panuwat, Adobe Stock
Pour que l’effet du passage à une économie de l’hydrogène – plutôt qu’à une économie du dioxyde de carbone (CO2) - soit nettement positif, il ne faut pas oublier de réduire, en parallèle, nos émissions de gaz à effet de serre. Nos émissions de méthane, notamment. © Jo Panuwat, Adobe Stock

Les effets de l’hydrogène sur les températures

En conclusion, les chercheurs notent que l'adoption de l'hydrogène comme vecteur d'énergie pourrait certes réduire les émissions de CO2 et offrir ainsi des avantages climatiques significatifs. Mais que, pour les maximiser, il faudrait à la fois réduire les fuites à leur strict minimum et limiter les émissions d'autres gaz à effet de serre comme le méthane notamment.

Selon les calculs, une augmentation de la concentration en hydrogène - de l'ordre de 1,5 ppm - « prise seule » ferait monter les températures mondiales de 0,12°C - sans tenir compte des effets de la réduction des émissions de CO2 associée. Si en parallèle, les émissions de méthane ne diminuent pas, la température augmentera de 0,43°C. Mais si les fuites sont maîtrisées tout comme les émissions de méthane - et des autres gaz à effet de serre précités -, l'adoption d'une économie de l'hydrogène participera à faire baisser les températures de 0,26°C.

Tenant compte de toutes ces nouvelles données et incluant les effets indirects sur les gaz à effet de serre, les chercheurs montrent finalement que le potentiel de réchauffement global (PRG) de l'hydrogène sur 100 ans est de l'ordre de 11. Comprenez qu'il pourrait être 11 fois plus néfaste au climat que le CO2. Même si les chercheurs reconnaissent que des incertitudes majeures demeurent quant à l'ampleur du puits d'hydrogène dans le sol, ils appellent à faire de la limitation des fuites d'hydrogène, une véritable priorité.

Les fuites d’hydrogène peuvent aussi mener à des explosions dues à la grande inflammabilité de ce gaz. © praisaeng, Adobe Stock
Les fuites d’hydrogène peuvent aussi mener à des explosions dues à la grande inflammabilité de ce gaz. © praisaeng, Adobe Stock

Traquer les fuites

Pour aider à cela, une autre étude également publiée par le BEIS fait le point sur les risques de fuite tout au long de la chaîne de production, de transport, de stockage et d'utilisation de l'hydrogène. Elle nous apprend que lors de l'électrolyse, près de 10 % de l'hydrogène est perdu par « ventilationventilation et purge ». Mais qu'une « recombinaisonrecombinaison de cet hydrogène » pourrait ramener les pertes à moins de 1 %.

L'étude classe également les modes de transport de l'hydrogène selon les pertes qu'ils occasionnent. Le transport en camion-citerne d'H2 liquideliquide apparaît comme la pire des solutions avec plus de 13 % d'hydrogène perdu. Et on apprend que près de 3 % de l'hydrogène est encore perdu au niveau des piles à combustible. Mais moins de 1 % dans les stations de distribution.


Les fuites d’hydrogène dans l’atmosphère pourraient « saper les avantages climatiques de la décarbonation »

C'est le nouveau Graal de l'énergie : l'hydrogène fait l'objet de tous les grands plans d'investissements pour alimenter les transports, l'industrie ou même stocker l'électricité. Sauf que ce gaz, censé être écolo quand il est produit avec des énergies renouvelables, ne l'est pas tant que ça. , selon certains scientifiques.

Article de Céline DeluzarcheCéline Deluzarche paru le 13/11/2021

L’hydrogène vert est-il vraiment écolo ? © fotogestoeber, Adobe Stock
L’hydrogène vert est-il vraiment écolo ? © fotogestoeber, Adobe Stock

Pour faire rouler les voituresvoitures et les trains, voler les avions ou alimenter en énergie les industries, l'hydrogène vert - produit à partir de sources renouvelables - apparaît aujourd'hui comme la solution à la décarbonation. L'année dernière, la Commission européenne a présenté un grand « plan hydrogène », avec pour objectif de produire 40 GW d'hydrogène « vert » d'ici 2050. L'Allemagne a, elle, carrément annoncé vouloir devenir le numéro mondial de l'hydrogène vert, tandis que la France a prévu sept milliards d’euros pour financer le développement de ce combustible. Selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), 17 États ont déjà publié un plan hydrogène et plus de 20 y travaillent. Au total, l'hydrogène pourrait représenter 10 % de la consommation énergétiqueconsommation énergétique d'ici 2050, prévoit l'AIE.

L’hydrogène est un puissant gaz à effet de serre indirect 200 fois plus puissant que le dioxyde de carbone

Mais a-t-on bien mesuré toutes les conséquences de cette production massive ? « L'hydrogène est un puissant gaz à effet de serre indirect à courte durée de vie 200 fois plus puissant que le dioxyde de carbone au moment où il est libéré, kilogrammekilogramme pour kilogramme  », explique à Euractiv Steven Hamburg, scientifique en chef de l'ONG américaine Environmental Defense Fund (EDF). Ce dernier, l'un des principaux auteurs du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (Giec), confirme à Futura que les fuites d'hydrogène pourraient « considérablement réduire l'avantage climatique de l'abandon des combustibles fossilesfossiles si elles ne sont pas réduites au minimum ».

Comment l’hydrogène aggrave l’effet de serre

L'hydrogène interagit avec les autres gaz de l'atmosphère de plusieurs façons, détaille le scientifique. D'une part, il prolonge la durée de vie du méthane en retardant son élimination. En effet, la réaction du méthane avec le radical OH de l'air est le principal mécanisme de décomposition du méthane (CH4 + OH → CH3 + H2O). Or, l'hydrogène réagit également avec ce radical OH (H2 + OH → H2O + H). « Du coup, plus d'hydrogène dans l'air cela signifie moins de OH pour réagir avec le méthane », poursuit le scientifique. De plus, cette réaction dégage aussi de la vapeur d'eau, qui contribue à l’augmentation de l’effet de serre. Enfin, l'hydrogène aboutit aussi à la formation d’ozone troposphérique, un autre gaz à effet de serre très puissant. « Aujourd'hui, on avance que le passage à l'hydrogène éliminerait l'impact climatique des énergies fossilesénergies fossiles, mais quand on prend en compte ces fuites potentielles, ce n'est pas le cas », met-il en garde.

L’hydrogène ne dégage que de la vapeur d’eau lorsqu’il est brûlé. Mais lors de sa production, de son transport et son stockage, il peut fuiter dans l’atmosphère et aggraver l’effet de serre. © mikalaimanyshau, Adobe Stock
L’hydrogène ne dégage que de la vapeur d’eau lorsqu’il est brûlé. Mais lors de sa production, de son transport et son stockage, il peut fuiter dans l’atmosphère et aggraver l’effet de serre. © mikalaimanyshau, Adobe Stock

Une tonne d’hydrogène consommé = 1 à 6 tonnes d’équivalent CO2 relâché

Selon un document de la Commission européenne publié en 2011, jusqu'à 10 % d'hydrogène pourrait « fuiter » lors de la production, du transport et du stockage, ce qui multiplierait par cinq les émissions actuelles. L'hydrogène a en effet une haute propension à fuir du fait de sa faible massemasse moléculaire et de sa faible densité. Selon Falko Ueckerdt, de l'Institut de Potsdam pour la recherche sur l'impact climatique, la consommation d'une tonne d'hydrogène pourrait laisser échapper entre 5 et 30 kilogrammes de ce gaz dans l'atmosphère, ce qui selon le pouvoir réchauffant 200 fois supérieur à celui du CO2 reviendrait à relâcher 1 à 6 tonnes d'équivalent CO2. On est loin d'un hydrogène vert !

Limiter les fuites

D'autres scientifiques interrogés par Euractiv estiment toutefois que ces craintes sont exagérées. L'hydrogène étant un gaz hautement inflammable, les protocolesprotocoles de sécurité sont plus rigoureux que pour le gaz naturel. De plus, « l'hydrogène étant plus cher que le gaz naturel, cela incite à prévenir les fuites dans les infrastructures », tempère Gniewomir Flis, expert en hydrogène au sein du groupe de réflexion allemand Agora Energiewende. « Le problème, c'est que les seuils de détection sont aujourd'hui trop élevés. Il est donc impossible de savoir la quantité d'hydrogène qui fuit réellement dans l'atmosphère », appuie Ilisa Ocko, une autre climatologueclimatologue d'EDF. Il est donc grand temps de se pencher sur la question. « Sans quoi, un passage massif à l'hydrogène aura des conséquences graves sur la lutte contre le changement climatique », conclut Steven Hamburg.