Le CEA et la filière hydrogène (première partie)

Le CEA (énergie atomique et énergies alternatives) travaille depuis de longues années sur l'hydrogène et la pile à combustible. Il a fait le point cette semaine sur ses projets de recherche. Alors que dans le monde entier, les constructeurs et certains pays (la Norvège et la Grande-Bretagne) accélèrent, avec des premiers modèles prévus dès 2014, la France semble prendre son temps. Quoi qu'il en soit, les choses avancent dans certains domaines. Le CEA s'intéresse notamment à la production décarbonée de l'hydrogène : un point stratégique pour le futur.

Aujourd’hui, un peu plus de 900 000 tonnes d’hydrogène sont produites et consommées chaque année en France. La production se destine à essentiellement à la chimie (production d’ammoniac) et au raffinage. Mais, la quasi-totalité de l’hydrogène produit aujourd’hui provient de la décomposition d'hydrocarbures. Le principal procédé est le vaporeformage du méthane : il s’agit de « craquer » un hydrocarbure (le méthane), en présence de vapeur d’eau et de chaleur, pour le séparer en ses deux composants majeurs : H2 et CO. L’hydrogène produit aujourd’hui par vaporeformage du méthane coûte environ 1,5 €/kg d’H2 (prix de production en usine, sans compter la distribution). Ce procédé génère environ 10 kg de CO2 par kg d’H2 produit. Ainsi, les procédés de production d’hydrogène sont responsables de 1 à 2% des émissions totales françaises de CO2.

Pour y remédier, le CEA propose de passer par l'électrolyse. Ce procédé consiste à décomposer l’eau en oxygène et hydrogène avec un courant électrique. Le problème est que le procédé classique à basse température (à 100 degrés) consomme du courant électrique et s'avère plus coûteux. En conséquence, les émissions de CO2 sont de 20 tonnes, 5 tonnes ou de l’ordre de 0,3 tonnes par tonne d’hydrogène, selon que l’on utilise respectivement le mix électrique européen ou français sans captage de CO2, ou une énergie d’origine 100% nucléaire et renouvelable. Moins de 1 % de l'hydrogène produit en France passe par l'électrolyse.

C'est pourtant une voie qu'il est possible de privilégier pour le futur, à condition d'opter pour l'électrolyse à haute température (EHT), entre 700 C et 800 C. Le rendement est amélioré de 40 % par rapport à des électrolyseurs à basse température (à 100 degrés). Le CEA a testé avec succès un équipement de ce type, qui arrive à un taux de conversion de la vapeur d'eau en hydrogène de l'ordre de 77 %. Pour que l’EHT soit économiquement intéressant face aux procédés fossiles, l’objectif est d’approcher un coût de procédé de 2,5€/kg d’hydrogène produit (pour une production massive, avec une électricité à 40 €/MWh). Une étude économique menée au 1er trimestre 2012 montre que cette cible est désormais atteignable avec les solutions techniques actuellement développées et testées expérimentalement par le CEA.
La prochaine fois, on parlera du prix de l'hydrogène et de l'intérêt de coupler sa production avec celle d'électricité renouvelable.