Rapport de la convention scientifique étudiante sur l’hydrogène | terra nova

Dans un objectif de priorisation des usages, nous préconisons l’utilisation de l’hydrogène d’abord pour les INDUSTRIES LOURDES, en particulier la sidérurgie et la chimie. C’est dans ces

secteurs que le pouvoir décarbonant de l’hydrogène est le plus fort, et les opportunités économiques amenées par l’hydrogène les plus intéressantes. Ensuite, le TRANSPORT MARITIME INTER ET

INTRA-CONTINENTAL nous apparaît comme la mobilité dont l’accès à l’hydrogène est prioritaire afin de produire des e-carburants. En effet, le transport maritime de longue distance n’est pas

électrifiable alors même que le transport de marchandises bénéficie au plus grand nombre et est vital pour l’économie, ce qui nous conduit à le prioriser. Les e-fuels sont aussi essentiels

pour décarboner le secteur aérien. Cependant, cet usage n’est pas prioritaire par rapport au secteur maritime, car l’AVIATION est économiquement et socialement inégalitaire. Les MOBILITÉS

ROUTIÈRES LOURDES pourraient aussi avoir accès à l’hydrogène pour les trajets réguliers et de longues distances. Cela concerne cependant une petite partie du parc actuel de camions et non

pas l’intégralité des véhicules, la majorité du fret routier pouvant être électrifié. Toutefois, le report modal reste la solution la plus efficace pour décarboner le secteur. Concernant

l’ÉQUILIBRAGE DU RÉSEAU ÉLECTRIQUE, nous préconisons de ne pas utiliser l’hydrogène pour l’équilibrage quotidien du réseau via le power-to-gas-to-power (P2G2P), qui peut être assuré par des

alternatives. Cependant, l’équilibrage réseau saisonnier par hydrogène est un sujet à approfondir. La décarbonation du TRANSPORT MARITIME DE COURTE DISTANCE (TMCD) n’a pas besoin des

solutions de carburants de synthèse envisagées pour le fret maritime longue distance. En effet, des solutions alternatives sont déployables et plus pertinentes. L’hydrogène pourrait

éventuellement s’intégrer à ces solutions au travers des piles à combustible. En matière de MOBILITÉ FERROVIAIRE, l’utilisation de l’hydrogène se révèle pertinente pour certains cas

spécifiques. Cependant, étant donné la part relativement faible du ferroviaire dans les émissions de gaz à effet de serre du secteur des transports en France, prioriser le développement de

trains à hydrogène semble moins judicieux par rapport à d’autres applications. En outre, l’augmentation du trafic ferroviaire due au report modal encourage plutôt l’électrification de

nombreuses lignes. Enfin, nous recommandons de ne pas favoriser le développement de l’hydrogène pour la MOBILITÉ ROUTIÈRE LÉGÈRE. En effet, les véhicules à batteries sont plus adaptés en

termes d’efficacité énergétique et d’impact environnemental sur l’ensemble du cycle de vie du véhicule, tout en offrant une autonomie satisfaisante. Nous mettons en garde contre un soutien

inconditionnel à l’hydrogène bas-carbone, malgré son potentiel pour atteindre les objectifs climatiques. SON EXPANSION INCONTRÔLÉE PEUT AGGRAVER LA CRISE ENVIRONNEMENTALE, notamment par la

surexploitation de ressources critiques comme l’eau et les métaux rares, et par les impacts socio-environnementaux de l’exploitation minière, nécessaires tant pour cette technologie que pour

l’électrification par batteries. Par ailleurs, le développement de l’hydrogène dépend étroitement de la progression des infrastructures et du réseau électrique. Que ce soit pour répondre

aux nouveaux besoins en électricité et en hydrogène de l’industrie lourde ou pour répondre à la demande grandissante liée aux mobilités électriques, une tension sans précédent pèsera sur la

demande en électricité. Ainsi, anticiper sur le long terme LE DIMENSIONNEMENT DU RÉSEAU ÉLECTRIQUE ET LES RACCORDEMENTS aux différents usages est un enjeu majeur de la mise en place de

l’hydrogène. De plus, le prix de l’électricité étant déterminant dans le développement des usages de l’hydrogène bas-carbone, il nous paraît obligatoire de conduire une réflexion sur LES

TARIFICATIONS DE L’ÉLECTRICITÉ. En effet, notre rapport n’aborde que partiellement les enjeux économiques et les coûts liés à l’hydrogène. Il est important de prendre en compte

l’augmentation inévitable des coûts pour les politiques publiques, les industriels et les consommateurs. Toutefois, dans le cadre d’une décarbonation réussie, cette augmentation des coûts

devrait être contrebalancée par la baisse des externalités négatives liées à l’utilisation des énergies fossiles. C’EST UNIQUEMENT DANS UN CONTEXTE DE SOBRIÉTÉ ET POUR DES USAGES CIBLÉS QUE

LES TECHNOLOGIES LIÉES À L’HYDROGÈNE APPARAISSENT PERTINENTES POUR ATTEINDRE NOS OBJECTIFS DE DÉVELOPPEMENT DURABLE. ANNEXES LES MEMBRES DE LA CONVENTION SCIENTIFIQUE ÉTUDIANTE SUR

L’HYDROGÈNE Le tirage au sort n’a pas été purement aléatoire. L’équipe de pilotage a choisi une représentativité équilibrée en fonction de trois critères clés : genre (femme/homme), localité

(Île-de-France/autres régions) et type de formation (Master universitaire/diplôme d’ingénieur/doctorat). Amine Benkarroum, Noé Blévin, Louise Bomfim Magalhães França, Arthur Bonnefoy,

Géraldine Bouvier, Weize Chen, Déhélia Chettouf, Yasmine Daouia, Héloïse de Gaulmyn, Oriane Devigne, Amaury Dufour, Basile Fayard, Sylvain Febvre, Valentine Fiot Mornand, Marion Fresneau,

Eva Gainette, Emmanuelle Girard, Juliette Gohin, Eric Hilolle Sagna, Henri Hunot, Sana Ibourka, Alexis Iung, Romain Kremer, Khalid Lahbabi, Pauline Lang, Matthieu Le Bian, Vi Le Hanh, Benoît

Libault de La Chevasnerie, Ugo Magot, Lison Marzeliere, Gianna Milena Cardo, Céleste Mougard Champion, Matthieu Ostertag, May Ouir, Yves Pain, Dario Panicacci, Felix Praderie, Mateo

Raphaël, Anna Rohart, Koumai Sali, Camille Schuster, Jérémy Tessier, Bilatou Traoré, Quentin Velard, Justin Vermaut, Antonin Violet, Justin Wilday, Antoine Williot, Louis Ziller Écoles et

Universités représentées : École AgroParisTech, École Centrale Lille, École Centrale Lyon, École CentraleSupélec, École Mines Saint-Etienne, École Mines Paris – PSL, École Mines de Nancy,

École Nationale Supérieure des Arts et Métiers, École Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Poitiers, École Normale Supérieure Paris-Saclay, École Normale Supérieure ULM, École ELISA

Aerospace, École Grenoble INP Phelma, École IMT Atlantique, École IMT Nord-Europe, École INSA Centre Val de Loire, École INSA Rennes, École Institut d’Optique Graduate School, École ISAE

Supeméca, École Supérieure d’Agro-Développement International (ISTOM), École polytechnique universitaire de Grenoble-Alpes (Polytech Grenoble), École d’ingénieurs Sup’EnR, Vetagro-sup

Clermont Ferrand, Université CY Cergy Paris, Université de Strasbourg, Université d’Orléans, Université Paris Saclay, Universidad Nacional de Córdoba NOS RECOMMANDATIONS Nous récapitulons

ici l’ensemble des 28 recommandations que nous avons élaborées au cours de nos travaux. Elles ont trait à la production et à l’usage de l’hydrogène dans différents secteurs. PRODUCTION

Recommandation 1 : Ne pas développer de nouvelles capacités de production d’hydrogène par vaporeformage et captation du carbone (hydrogène bleu). Recommandation 2 : Tendre uniquement vers le

développement des filières de production d’hydrogène vert et rose. Recommandation 3 : Accélérer l’investissement dans la recherche et développement (R&D) des électrolyseurs pour

améliorer les rendements et développer des technologies de rupture, plus économes en ressources (électrolyse haute température, diminution de l’empreinte matière, gestion de l’eau, etc.).

Recommandation 4 : Déployer la formation professionnelle autour de la filière hydrogène. Recommandation 5 : Prioriser l’électrification des usages à l’utilisation d’hydrogène lorsque cela

est possible. Recommandation 6 : Favoriser l’hydrogène vert et rose dans le but de les rendre compétitifs, pour des usages prioritaires, par une action forte de l’État. DISTRIBUTION

Recommandation 7 : Développer la production d’hydrogène proche des lieux d’usage afin de minimiser les distances de transport. STRATÉGIE Recommandation 8 : Soutenir une production locale

d’hydrogène en France en développant l’ensemble de la chaîne de valeur. MOBILITÉ FERROVIAIRE Recommandation 9 : Encourager le report modal de la mobilité routière vers le ferroviaire

électrique, permettant ainsi de flécher les financements alloués à l’hydrogène vers d’autres usages prioritaires. Recommandation 10 : Ne pas accorder la priorité au développement du train à

hydrogène en France. MOBILITÉ MARITIME Recommandation 11 : Effectuer une transition vers des carburants de synthèse, à base d’hydrogène (électro-carburants, hydrogène liquide, hydrogène

gazeux) pour les navires marchands. Recommandation 12 : Affecter les différentes formes de carburants de synthèse en fonction des besoins des différents types de navires. Recommandation 13 :

Repenser le trafic maritime global dans l’optique de décarboner au maximum la filière tout en intégrant l’hydrogène dans son mix énergétique. MOBILITÉ ROUTIÈRE Recommandation 14 :

Planifier, à l’échelle européenne, l’usage de l’hydrogène pour la mobilité routière lourde. Recommandation 15 : Ne pas développer l’usage de l’hydrogène pour les véhicules légers.

Recommandation 16 : Ne développer l’hydrogène pour les poids lourds que sur les trajets de longue distance et réguliers, et pour les usages incompatibles avec l’électrification.

Recommandation 17 : La décarbonation du secteur du transport de marchandises passera nécessairement par un report modal vers le ferroviaire qui doit être encouragé par les politiques

publiques. MOBILITÉ AÉRIENNE Recommandation 18 : Privilégier la voie normative, plutôt que des subventions qui pourraient être fléchées sur d’autres secteurs plus socialement acceptables,

pour forcer les investissements dans le développement des Sustainable Aviation Fuel[49] (SAF). Recommandation 19 : Pour atteindre les objectifs de décarbonation et tenant compte de la rareté

de l’hydrogène, inciter au report modal lorsqu’il existe une alternative à l’avion, en alignant les prix de l’aviation sur ceux des autres modes de transport. Recommandation 20 : Ne pas

encourager les technologies fondées sur l’utilisation directe de l’hydrogène (piles à combustible et combustion directe) pour la mobilité aérienne. Recommandation 21 : Privilégier les

e-carburants par rapport aux biocarburants dans le secteur aérien. INDUSTRIE Recommandation 22 : Faire de l’usage de l’hydrogène une priorité dans l’industrie à des fins de décarbonation, en

excluant l’utilisation d’argent public pour la branche industrielle de raffinage en raison de son incompatibilité avec les objectifs de décarbonation. Recommandation 23 : Remplacer en

premier lieu l’hydrogène gris utilisé par les industriels par de l’hydrogène bas-carbone. Recommandation 24 : Augmenter la capacité du réseau pour permettre le surcroît de consommation

électrique industrielle tout en proposant une électricité à un prix compétitif. Recommandation 25 : Exiger des entreprises une stratégie de décarbonation qui ne repose pas sur l’usage du

Carbon Capture and Storage[50] (CCS) dans le cas d’une combustion d’origine fossile. Recommandation 26 : Envisager l’hydrogène comme vecteur de décarbonation uniquement si l’électrification

des fours n’est pas possible. ÉQUILIBRAGE RÉSEAU Recommandation 27 : Ne pas utiliser le power-to-gas-to-power (P2G2P) mais privilégier le développement des STEPs[51] ou des batteries

électriques pour l’équilibrage quotidien du réseau électrique. Recommandation 28 : Ne pas envisager l’importation d’hydrogène pour l’équilibrage du réseau électrique.

------------------------- [1] Comme admis par la communauté scientifique, nous parlerons d’hydrogène dans l’ensemble du document bien que c’est un abus de langage et qu’il est bien question

de dihydrogène [2] Source : Bilan énergétique de la France | Chiffres clés de l’énergie – Édition 2023 (developpement-durable.gouv.fr) [3] Source : Plan de déploiement de l’hydrogène

(ecologie.gouv.fr) [4] Source : Revue de l’Energie, Hors-série octobre 2021 [5] Présentation des principes ODD [6] Source : L’hydrogène, un vecteur d’énergie (cea.fr) [7] Aux alentours de 2%

de la consommation totale d’énergie mondiale. [8] Source : Global Hydrogen Review 2023 (International Energy Agency) [9] Source : Plan de déploiement de l’hydrogène (ecologie.gouv.fr)

[10]L’équivalent CO₂ (CO2e) d’une émission de gaz à effet de serre est la quantité de dioxyde de carbone qui provoquerait le même forçage radiatif cumulé sur une période de temps donnée,

c’est-à-dire qui aurait la même capacité à retenir le rayonnement solaire. [11] Source : Plan de déploiement de l’hydrogène (ecologie.gouv.fr) [12] Solid Oxide Electrolysis Cell :

Electrolyseur à oxyde solide. [13] D’après la consommation moyenne d’eau en France sur la période 2010–2020, Ministère de la transition écologique et de la cohésion des territoires [14] La

production annuelle d’un électrolyseur alcalin d’un mégawatt dépend de son taux d’utilisation. Avec un taux de 50 %, assimilé à une fourniture en électricité renouvelable et donc

intermittente, la production atteint 80 tonnes par an. Avec un taux de 90 %, par exemple avec de l’électricité nucléaire, nous atteignons 140 tonnes par an. [15] Source : Plan de déploiement

de l’hydrogène (ecologie.gouv.fr) [16] Source : Plan de déploiement de l’hydrogène (ecologie.gouv.fr) [17] Le transport de la molécule doit être étroitement surveillé puisque le pouvoir de

réchauffement global de l’hydrogène est 11 fois supérieur à celui du CO2. [18] La consommation énergétique liée à la liquéfaction au maintien en température de l’hydrogène représente

l’équivalent de 30 % de l’énergie transportée. [19] Source : Communiqué de presse du Ministère fédéral de l’économie et de la protection du climat, Développement international de l’hydrogène

[20] Production électrique française en 2023 : 494,3 TWh, source : RTE. [21] Calculs réalisés avec les données constructeurs et les chiffres du Ministère de la Transition écologique [22]

Source : Rapport Secten 2023, Citepa [23] Source : SNCF – “Quel avenir pour l’hydrogène dans le secteur ferroviaire ?”, Yann Harcouet [24] Source : Alstom – “Hydrogen Trains”, Stéphane Kaba

[25] Source : SNCF – “Quel avenir pour l’hydrogène dans le secteur ferroviaire ?”, Yann Harcouet [26] Source: United Nations Conference on trade and development, Review of maritime

transport, 2023 [27] Aujourd’hui, moins de 1% de la flotte fonctionne avec des carburants alternatifs [28] Source: Transport & Environment, 2021, “Decarbonizing European Shipping:

Technological, Operational and Legislative Roadmap” [29] Le trafic fluvial est inclus dans le TMCD [30] Exemple de l’Energy Observer : navire à hydrogène autonome en énergie grâce à un mix

d’énergies renouvelables (solaire, éolien, hydrolien), de batteries et d’hydrogène produit à bord à partir de l’eau de mer [31] La consommation énergétique, et donc les émissions de GES,

augmente au cube de l’augmentation de la vitesse. [32] Via le Carbon Intensity Index et la taxation carbone. [33] Source : Données clés | Chiffres clés du climat 2023

(developpement-durable.gouv.fr) [34] Source : Le marché de la voiture électrique a fini l’année 2023 pied au plancher | Les Echos [35] Source : 38,7 millions de voitures en circulation en

France au 1er janvier 2022 | Données et études statistiques (developpement-durable.gouv.fr) [36] Source : SDES d’après Eurostat, DGEC, VNF [37] Source : Électro-carburants en 2050 : quels

besoins en électricité et CO2 ? (ademe.fr) [38] Source : Données clés | Chiffres clés du climat 2023 (developpement-durable.gouv.fr) [39] L’intensité décarbonante correspond au nombre de kg

de CO2e évité par kg d’hydrogène utilisé, le concept a été introduit par le cabinet Carbone 4. L’intensité décarbonante de l’hydrogène utilisé dans l’acier est de 24, contre 12,5 pour

l’ammoniac et 10 pour le méthanol. [40] Source : Hydrogène bas-carbone : quels usages pertinents à moyen terme dans un monde décarboné ? (Carbone 4) [41] Soit l’équivalent d’un EPR

supplémentaire par usine. EPR : European Pressurized Reactor (Réacteur Pressurisé Européen) [42] Source : Feuille de route de décarbonation de la filière Ciment (entreprises.gouv.fr) [43]

Captage et stockage du dioxyde de carbone [44] CCU (Carbone Capture and Usage – captage et utilisation du dioxyde de carbone), CCS (Carbone Capture and Storage – captage et stockage du

dioxyde de carbone) [45] Source : The Shift Project [46] Le rendement du P2G est d’environ 70 %, celui de la pile à combustible est d’environ 50%. Le stockage induit aussi quelques pertes.

Le rendement final du P2G2P est donc de l’ordre de 30 %. A titre de comparaison, les barrages hydroélectriques ont un rendement d’environ 80 %. [47] Une STEP (Station de Transfert d’Energie

par Pompage) est une centrale hydroélectrique de pompage-turbinage. Afin d’équilibrer le réseau électrique, ces barrages spécifiques ont la possibilité d’absorber les surplus d’électricité

en pompant l’eau du lac de retenue en aval. [48] Rapport “Transition(s) 2050” de l’ADEME. [49] Carburants durables d’aviation [50] Captage et stockage du dioxyde de carbone [51] Une STEP

(Station de Transfert d’Energie par Pompage) est une centrale hydroélectrique de pompage-turbinage. Afin d’équilibrer le réseau électrique, ces barrages spécifiques ont la possibilité

d’absorber les surplus d’électricité en pompant l’eau du lac de retenue en aval.