Hydrogène gris : Comprendre sa production, ses usages et son impact

Qu’est-ce que l’hydrogène gris ?

L’hydrogène gris est un gaz incolore et inodore, une molécule constituée de deux atomes d'hydrogène (H2), produit à partir de combustibles fossiles, considéré comme un vecteur énergétique essentiel. Il suscite un intérêt grandissant dans le contexte de la transition énergétique. 

Il existe différentes catégories d’hydrogène, classées par couleur selon leur mode de production. L’hydrogène gris est produit principalement à partir du reformage du gaz naturel, un procédé chimique qui décompose le méthane où des dérivés pétroliers pour en extraire l’hydrogène nommé le vaporeformage où l’oxydation partielle.

Cette méthode, bien qu’efficace et éprouvée, génère des émissions importantes de dioxyde de carbone (CO₂), ce qui le distingue des autres types d’hydrogène tels que le vert ou le bleu, plus respectueux de l’environnement.

Les différents types d’hydrogène

Les couleurs de l’hydrogène symbolisent leurs modes de production et leurs impacts environnementaux :

• Hydrogène gris : issu de la conversion d’hydrocarbures, du gaz naturel, le méthane ou des dérivés pétroliers et émet des émissions significatives de CO₂.
• Hydrogène bleu : produit de manière similaire au gris à partir de sources fossiles mais les émissions de CO₂ sont capturées et stockées.
• Hydrogène vert : généré à partir d’énergies renouvelables via l’électrolyse de l’eau, sans émissions de CO₂.
• Hydrogène rose : fabriqué grâce à l'énergie nucléaire.Hydrogène turquoise : obtenu par pyrolyse du méthane. 
• Hydrogène noir ou brun : produit à partir du charbon.

L’hydrogène gris représente actuellement la majeure partie de la production mondiale, soit 48 % (33,6 millions de tonnes) en raison de son faible coût et de l’abondance des infrastructures adaptées.

Comment est produit l’hydrogène gris ?

Le processus de production de l'hydrogène gris, sous le nom de reformage, repose sur la réaction chimique entre le méthane (CH4) contenu dans le gaz naturel et la vapeur d'eau du méthane porté à haute température. Ce procédé, effectué à environ 900°C, libère de l'hydrogène mais également du dioxyde de carbone (CO₂,) en grande quantité.

Applications industrielles et usages de l’hydrogène gris

L’hydrogène gris est principalement utilisé dans des secteurs industriels où il est difficile de réduire les émissions :

• industrie chimique : production d’ammoniac et de méthanol pour les engrais agricoles,
• le raffinage pétrolier: utilisé pour le traitement des hydrocarbures et la désulfuration des carburants,
• la production d’énergie : pour alimenter des turbines ou des piles à combustible pour fournir de l’électricité et de la chaleur,
• la métallurgie : pour le traitement des métaux.

Ces applications illustrent l’importance stratégique de l’hydrogène gris dans l’économie actuelle, malgré son impact écologique.

Impact environnemental de l’hydrogène gris

L’hydrogène gris est directement associé à des émissions massives de CO₂, contribuant au changement climatique. Pour chaque tonne d'hydrogène gris produite, 9 à 13 tonnes de CO₂ sont émises dans l'atmosphère. Cela fait de ce mode de production l’un des moins durables parmi les types d’hydrogène. La dépendance aux combustibles fossiles aggrave les impacts écologiques.

De plus, la production d’hydrogène gris repose sur la consommation d’un gaz naturel, une énergie fossile, dont l’extraction et le transport peuvent engendrer des fuites de méthane, un gaz à effet de serre puissant. Et bien que le reformage soit énergétiquement efficace, il repose sur une ressource non renouvelable.

Pourquoi l’hydrogène gris reste-t-il largement utilisé ?

Malgré son impact négatif sur l’environnement, l’hydrogène gris domine le marché et continue d’être prédominant pour plusieurs raisons :

• Coût de production attractif : Sa production est plus économique que celle de l’hydrogène vert ou bleu : – environ 1,6€/kg contre 4 à 6€/kg voire 2 à 3€/kg pour l’hydrogène vert.
• Infrastructures existantes : Les installations existantes sont optimisées pour le reformage du gaz naturel et la maîtrise technologique du procédé expliquent également cette dominance.
• Disponibilité des ressources fossiles : Le gaz naturel reste une ressource facilement accessible.

Ces facteurs expliquent la difficulté de transition vers des solutions plus durables, malgré une prise de conscience croissante.

Quelles sont les alternatives à l’hydrogène gris ?

La transition vers des alternatives plus propres, comme l’hydrogène vert et bleu, est en cours. L’hydrogène vert, qui est produit sans émissions de gaz à effet de serre, constitue une alternative plus respectueuse de l’environnement.

Plusieurs initiatives visent à décarboner la production d’hydrogène gris :

Capture et Stockage du Carbone (CCS) : 

L’office parlementaire d’évaluation des choix scientifiques et technologiques recommandait de recourir à des solutions de captage et de stockage du carbone CO₂ produit (CCS). Cette technique limiterait les émissions liées à l’utilisation d’énergies fossiles, tout en garantissant que l’électricité utilisée pour produire de l’hydrogène par électrolyse de l’eau provienne exclusivement de sources nucléaires ou renouvelables, grâce à des mécanismes de traçabilité stricts.

Développer les technologies de production d’hydrogène par électrolyse de l’eau

L’office invitait également à accélérer le développement de technologies d’électrolyse à partir d’énergies renouvelables.

Ces alternatives bénéficient d’investissements publics et privés croissants.

Initiatives politiques et réglementaires

Les gouvernements soutiennent activement la transition énergétique par des politiques et des subventions :

• Plan national hydrogène : En France, ce programme vise à favoriser la production d’hydrogène bas-carbone.
• Union européenne : Pour atteindre les objectifs européens de production d’hydrogène renouvelable, d’immenses infrastructures en éoliennes, panneaux photovoltaïques ou réacteurs nucléaires seraient nécessaires, posant des défis majeurs en termes de faisabilité et d’impact. Certains pays, comme l’Allemagne, envisagent d’importer de l’hydrogène renouvelable depuis des régions disposant de capacités énergétiques renouvelables plus importantes.

La transition vers un hydrogène décarboné représente un défi technologique et économique majeur pour atteindre les objectifs climatiques fixés par l'Accord de Paris.

Dans le cadre de France 2030, le Gouvernement lance une stratégie d’accélération « Hydrogène ».

Le développement de l’hydrogène repose sur une augmentation substantielle des capacités de production d’électricité bas-carbone, incluant potentiellement un renouveau de la filière nucléaire.

C’est pourquoi cette transition exige une politique énergétique cohérente, pragmatique et ambitieuse, sans quoi l’hydrogène restera une promesse technologique sans véritable concrétisation.