Dans un contexte où le défi climatique semble de plus en plus imposant, il apparaît évident qu’aucune technologie particulière ne permettra à elle seule de réduire suffisamment les émissions de gaz à effet de serre (GES) pour limiter la hausse des températures à 1,5 ^oC. Une panoplie de solutions devront plutôt être mises en place, en fonction des forces et des faiblesses de chacun des outils à notre disposition.

À ce sujet, l’hydrogène est devenu un incontournable. En effet, cette molécule a particulièrement attiré l’attention du monde dans les dernières années[1] et notamment à la 26e Conférence des parties (COP26) à Glasgow, en novembre 2021.

Le premier ministre du Québec, François Legault, ne fait pas exception. Il n’a en effet pas caché son enthousiasme à l’idée de développer la filière de l’hydrogène et, particulièrement, de l’hydrogène vert dans la province.[2] Il faut dire que le gouvernement du Québec et le ministère de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques (MELCC) s’étaient déjà engagés en 2020 à élaborer une stratégie sur l’hydrogène vert et les bioénergies, dans le cadre du Plan pour une économie verte 2030 et de son Plan de mise en œuvre.

Des consultations portant sur cette éventuelle stratégie se sont d’ailleurs déjà tenues et le CPEQ y a activement participé. Un compte rendu des consultations a été publié en mars 2022 et la version finale de la stratégie devrait, selon toute vraisemblance, être publiée ce printemps.

Notons que le gouvernement fédéral a, pour sa part, déjà publié sa Stratégie canadienne pour l’hydrogène en 2020. L’Ontario a également publié une stratégie en avril 2022.

Afin de bien comprendre les développements à venir dans le dossier de l’hydrogène, nous vous proposons une incursion dans le monde complexe de l’élément le plus abondant de l’univers.

 

Le trésor au pied de l’arc-en-ciel[3]

Si vous vous intéressez à la question de l’hydrogène, vous avez fort probablement été exposé à la vaste palette de couleurs utilisée pour décrire les différentes manières de produire cette molécule. Bien que la classification de l’hydrogène selon sa « couleur » soit de moins en moins privilégiée par les entreprises et les gouvernements[4], il demeure intéressant de tenter d’y voir un peu plus clair.

D’abord, rappelons que l’hydrogène existe à l’état naturel sous sa forme gazeuse (H2). Il s’agit d’un gaz incolore et inflammable, présent notamment dans certaines couches géologiques. Il existe toutefois peu de stratégies d’exploitation de ces gisements d’hydrogène dit « blanc ». Il faut donc se tourner vers la production humaine d’hydrogène.

Une première méthode possible pour produire de l’hydrogène consiste à gazéifier du charbon, de manière à séparer la molécule de H2 du reste de la matière, soit principalement du CO2, qui est généralement relâché dans l’atmosphère. On parle alors de l’hydrogène « brun » ou « noir », dont l’intensité carbone serait de 19 kgCO2/kgH2[5].

L’hydrogène « gris », pour sa part, est produit par vaporeformage du gaz naturel. Ce procédé consiste à séparer l’hydrogène du carbone dans la molécule de CH4. Le carbone est ensuite rejeté dans l’atmosphère. L’intensité carbone de l’hydrogène gris serait de 10 kgCO2/kgH2[6]. À l’heure actuelle, il s’agit de la manière la plus utilisée dans le monde pour produire de l’hydrogène.

Il est par ailleurs possible de produire de l’hydrogène par vaporeformage du gaz naturel, mais en captant le carbone issu du processus et en le séquestrant ou en le réutilisant. Il s’agit alors d’hydrogène « bleu ». Lors de sa production, l’hydrogène est presque carboneutre, avec une intensité carbone de 1 kgCO2/kgH2[7]. À cela s’ajoutent les émissions de GES associées à la production du gaz naturel. Il s’agit donc, sur son cycle de vie, d’une forme d’hydrogène à faibles émissions de GES.

L’hydrogène « turquoise », pour sa part, est produit par pyrolyse du gaz naturel. Le carbone ainsi séparé de l’hydrogène apparaît sous forme solide et n’est donc pas rejeté dans l’atmosphère. Il s’agit aussi d’une forme de production d’hydrogène à faibles émissions.

Viennent ensuite les différentes formes d’hydrogènes issues de l’électrolyse de l’eau. Ce procédé consiste à extraire de l’hydrogène non pas du charbon ou gaz naturel, mais de l’eau (H2O)[8]. Le résidu de ce processus est de l’oxygène, qui n’est pas un gaz à effet de serre. Ce procédé est toutefois énergivore et c’est donc la forme d’énergie utilisée pour l’électrolyse de l’eau qui déterminera l’intensité carbone de l’hydrogène produit (et la couleur qui y est associée).

L’hydrogène « jaune » est produit à partir d’énergie électrique, qui est elle-même produite à partir d’un mix d’énergies disponibles là où est situé l’électrolyseur. Il peut s’agir d’énergies renouvelables, mais aussi d’énergie nucléaire ou fossile.

Lorsque l’hydrogène est produit exclusivement à partir d’énergie nucléaire, on parle alors d’hydrogène « rose ». Il s’agit d’une source d’énergie essentiellement carboneutre, mais pas renouvelable.

Enfin, lorsque l’électrolyse de l’eau est réalisée à partir d’énergies renouvelables, comme de l’hydroélectricité, on parle d’hydrogène « vert ». Ce type de production ne représente toutefois qu’environ 1% de la production mondiale d’hydrogène. C’est par ailleurs le type d’hydrogène qui intéresse le plus les décideurs, puisqu’il n’engendre pratiquement pas d’émissions de GES[9].

Selon L’état de l’énergie au Québec[10], il ne s’est produit au Québec que l’équivalent de 13 PJ d’hydrogène en 2022, par rapport à une production d’énergie totale de 1149 PJ. Plusieurs projets d’électrolyseurs sont toutefois en cours dans la province, notamment en Outaouais ainsi qu’à Bécancour, où la plus grande unité d’électrolyse au monde a été mise en service en 2020.

 

Les avantages de l’hydrogène

Indépendamment de la manière dont il est produit, la combustion de l’hydrogène produit de l’énergie sans émettre de GES[11]. Il s’agit là d’un attrait majeur dans une perspective de transition énergétique. Il existe toutefois de nombreux autres avantages. Sans prétendre tous les aborder ici, en voici tout de même quelques-uns.

D’abord, l’hydrogène peut être stocké[12] et transporté relativement facilement[13] par camion, gazoduc ou navire. Il s’agit d’une caractéristique intéressante pour alimenter les régions isolées ainsi que les marchés d’exportation en énergie propre. Nous y reviendrons plus loin.

Notons en outre que, contrairement aux batteries, les piles à combustibles utilisant de l’hydrogène ne se déchargent pas d’elles-mêmes, ce qui limite les pertes énergétiques.

Par ailleurs, à l’intérieur de certaines limites, l’hydrogène peut être mélangé au gaz naturel dans le réseau gazier[14], de manière à réduire l’intensité carbone associée à ce combustible tout en valorisant les infrastructures gazières existantes.

Enfin, les lieux de production d’hydrogène peuvent être situés à peu près à n’importe quel endroit, à condition que l’approvisionnement énergétique soit suffisant. On peut donc construire des électrolyseurs à proximité des besoins[15], comme dans les parcs industriels, sur les grands axes de transport, ou encore à proximité des zones portuaires. Une telle approche réduit les besoins en transport, ainsi que les coûts et les GES qui y sont associés.  

 

Les inconvénients de l’hydrogène

Évidemment, comme toute forme d’énergie, le recours à l’hydrogène présente certains défis.

D’abord, bien que la combustion de l’hydrogène n’émette pas de GES, sa production, elle, peut en générer. C’est le cas, comme nous l’avons vu, de l’hydrogène brun, noir et gris, ainsi que, indirectement et dans une moindre mesure, de l’hydrogène bleu et turquoise.

Pour sa part, l’hydrogène vert fait face à quatre principaux défis.

Le premier découle de l’inefficacité liée à la conversion énergétique. En effet, l’électrolyse de l’eau transforme l’électricité en hydrogène. Dans le cas d’un véhicule à pile à combustible, l’hydrogène est ensuite reconverti en électricité pour la propulsion. Il y a donc d’importantes pertes énergétiques à deux étapes, qui peuvent atteindre entre 30% et 90% selon différentes estimations. Ainsi, lorsque cela est possible, l’électrification directe est souvent plus efficace que l’hydrogène vert sur le plan énergétique.

Ensuite, le recours à l’hydrogène est relativement coûteux[16]. D’abord, le procédé d’électrolyse de l’eau engendre pour l’instant des coûts élevés, notamment en raison des grandes quantités d’énergies requises pour produire l’hydrogène. À cela, il faut ajouter les coûts d’utilisation de l’hydrogène, comme ceux associés à la conversion des équipements existants fonctionnant par exemple au gaz naturel en des équipements fonctionnant à l’hydrogène. Notons toutefois que les coûts associés à l’hydrogène sont appelés à diminuer dans les prochaines années, notamment en raison d’innovations technologiques et d’économies d’échelle[17].

Également, l’offre d’hydrogène vert demeure faible pour l’instant[18]. Nous pouvons toutefois présumer que les projets d’électrolyse de l’eau, récents et à venir notamment en Outaouais et à Bécancour, augmenteront sa disponibilité. Souhaitons par ailleurs que l’éventuelle Stratégie québécoise sur l’hydrogène vert et les bioénergies comprendra des mesures visant à stimuler la production.

Finalement, notons que la perception du public concernant la sécurité du recours à l’hydrogène peut jouer en sa défaveur. En effet, bien qu’il existe des manières sécuritaires d’utiliser l’hydrogène, les préoccupations du public en lien avec son caractère explosif et inflammable risquent de demeurer[19]. Les préoccupations du public à l’égard de la sécurité des nouvelles technologies constituent d’ailleurs un phénomène qui n’est pas inhabituel. La sensibilisation et l’information concernant les manières sécuritaires d’utiliser l’hydrogène seront donc nécessaires pour assurer l’acceptabilité sociale de la filière.

***

C’est en partie pour ces raisons que le Rapport Dunsky[20] ne fait pas une place prépondérante à l’hydrogène vert dans ses trajectoires de réduction des émissions de GES à l’horizon 2030 et même 2050. Le Commissaire fédéral à l’environnement au développement durable a d’ailleurs constaté, dans son rapport du 26 avril 2022, que Ressources naturelles Canada aurait surestimé le potentiel de l’hydrogène pour la réduction des émissions de GES[21].

En effet, en raison des pertes liées à la conversion énergétique ainsi qu’en raison des coûts associés à l’hydrogène, l’utilisation optimale de l’hydrogène vert se concentrerait dans certains usages nichés, là où la valeur ajoutée de cette forme d’énergie est la plus évidente. Dans les autres cas, l’électrification directe serait plus efficace et moins coûteuse, quoique des percées technologiques et des économies d’échelle pourraient changer la donne au fur et à mesure que la filière se développera.

Quoi qu’il en soit, la Stratégie canadienne pour l’hydrogène prévoit tout de même un accroissement de la demande en hydrogène au Canada qui atteindrait 4 millions de tonnes en 2030 et 20 millions de tonnes en 2050. Ainsi, malgré certaines limites, l’hydrogène aura vraisemblablement une place importante dans la décarbonation de l’économie. Voyons maintenant de quelle manière.

 

Les usages les plus prometteurs

Compte tenu de ce qui précède, l’hydrogène présente plusieurs avantages qui peuvent être mis à profit pour réduire les émissions de GES du Québec. Il convient toutefois de concentrer le recours à l’hydrogène là où la valeur ajoutée est la plus évidente[22]. En voici quelques exemples dans le contexte québécois[23] :

                Usages énergétiques de l’hydrogène

L’hydrogène peut d’abord être utilisé à des fins de régulation de la production électrique, en mettant à profit son stockage.

En effet, en période de forte production ou de faible demande électrique, les surplus de puissance éoliens, solaires ou hydroélectriques pourraient être utilisés pour produire de l’hydrogène vert. Ce dernier serait alors stocké jusqu’à ce qu’il soit utilisé lors d’une période de faible production (ex. lorsque les conditions météorologiques ne permettent pas la production d’énergie solaire ou éolienne) ou lors d’une période de pointe de la demande[24].

Utilisé à titre d’énergie verte d’appoint, l’hydrogène vert pourrait remplacer des sources énergétiques d’origine fossile qui sont parfois importées au Québec pour pallier la pointe de la demande, notamment au plus fort de l’hiver.

L’hydrogène peut également être utilisé pour remplacer le diesel dans les régions isolées, ou encore pallier l’intermittence des énergies éoliennes et solaires de plus en plus utilisées dans ces régions.  

Puisque l’hydrogène peut être stocké et transporté, il pourrait aussi constituer une source intéressante d’énergie de secours pour remplacer les génératrices au diesel. Cela serait particulièrement utile dans les industries ou encore dans les bâtiments institutionnels où l’approvisionnement énergétique ininterrompu est crucial, comme dans les hôpitaux.

La chaleur industrielle constitue par ailleurs un débouché particulièrement intéressant pour l’hydrogène à faibles émissions de GES[25]. En effet, la combustion de l’hydrogène permet d’atteindre de très hautes températures, qui sont difficiles à atteindre avec de l’électricité. Il est donc possible de recourir à de l’hydrogène pour des usages similaires à ceux du gaz naturel dans le secteur de la chaleur industrielle.

Le secteur des bâtiments, et surtout des bâtiments résidentiels, pour sa part, est déjà électrifié en grande partie. Toutefois, l’hydrogène pourrait tout de même jouer un rôle intéressant pour décarboner le gaz naturel[26] utilisé notamment dans les systèmes de biénergie.

En outre, l’hydrogène constitue une avenue intéressante dans le secteur du transport routier, en complémentarité avec les véhicules électriques. En effet, la recharge rapide et la grande autonomie des véhicules à pile à combustible constituent des atouts intéressants par rapport aux véhicules électriques. Rappelons toutefois que les pertes d’efficacité liées à la conversion énergétique constituent aussi un désavantage, quoiqu’en partie compensées par le fait que les piles à combustibles ne se déchargent pas d’elles-mêmes. C’est donc principalement pour le transport lourd ou à kilométrage journalier élevé que l’hydrogène se démarque[27].

Pour les véhicules légers, il va sans dire que les véhicules électriques bénéficient d’une longueur d’avance sur les véhicules à hydrogène au Québec. Notons toutefois que le coût des véhicules légers à l’hydrogène pourrait diminuer dans les prochaines années et ces derniers pourraient éventuellement devenir une alternative aux véhicules électriques[28].

Toujours dans le secteur des transports, l’hydrogène pourrait également jouer un rôle particulièrement intéressant dans les secteurs les plus difficiles à décarboner, comme le transport routier lourd, ferroviaire, aérien ou maritime[29].

D’une manière similaire, l’hydrogène constitue une solution intéressante pour plusieurs équipements industriels comme des chariots élévateurs, des équipements mobiles hors route ainsi que des équipements de transport de matériaux ou de marchandises sur un même site dans le secteur minier ou portuaire, par exemple.

                Usages non énergétiques de l’hydrogène

Une facette moins connue de l’hydrogène dans le discours public est sa grande utilité non pas à titre d’énergie sans émissions de GES, mais plutôt en tant que matière première dans de nombreux procédés industriels. En effet, des quantités importantes d’hydrogène sont actuellement utilisées pour différents processus chimiques, notamment pour les fins suivantes[30] :

• Production d’ammoniac pour les engrais;

• Production de méthanol pour les carburants, les adhésifs et les plastiques;

• Raffinage du pétrole[31] et fabrication de biocarburants;

• Réduction du fer et de l’acier[32];

• Captage, séquestration et utilisation du carbone.

Or, c’est surtout de l’hydrogène gris qui est utilisé dans ces procédés industriels, ce qui occasionne des émissions de GES. Ainsi, remplacer l’hydrogène gris par de l’hydrogène vert, bleu ou turquoise permettrait de réduire les émissions de GES du secteur industriel[33].

                Exportation

Puisque l’hydrogène peut être relativement facilement transporté, il s’agit d’un moyen intéressant pour exporter de l’énergie issue de sources renouvelables[34], comme de l’hydroélectricité. Des exportations québécoises d’hydrogène vert permettraient de réduire la dépendance au gaz naturel de plusieurs pays, notamment en Europe.

Une telle approche permettrait de réduire les GES dans les pays importateurs, tout en réduisant la dépendance énergétique de ces derniers envers des pays comme la Russie. À ce sujet, comme l’ont soulevé certains commentateurs[35], la guerre en Ukraine et la volonté de l’Europe de s’affranchir du gaz russe constitue une occasion d’accélérer le déploiement de la filière de l’hydrogène au Québec.

Des stratégies sur l’hydrogène étaient d’ailleurs déjà en place ou en cours de développement bien avant février 2022, notamment en Europe, mais aussi aux États-Unis, au Japon, en Australie, en Chine et en Corée du Sud[36].

Avec son hydroélectricité, le Québec est donc bien placé pour jouer un rôle important dans les marchés internationaux de l’hydrogène vert. Cela dit, une utilisation des ressources hydroélectriques à des fins d’exportation pourrait exercer une pression importante sur la demande en électricité, dans un contexte où cette dernière devrait considérablement augmenter d’ici 2030 et 2050 pour électrifier l’économie du Québec.

D’ailleurs, le Compte rendu des consultations sur l’éventuelle Stratégie québécoise sur l’hydrogène vert et les bioénergies ne semble pas prioriser la piste des exportations.

 

Un outil complémentaire aux autres

Il ressort de ce qui précède que l’hydrogène constitue indéniablement un outil important pour atteindre la carboneutralité d’ici 2050. Toutefois, compte tenu de certaines limitations actuelles de l’hydrogène, notamment son coût et sa faible disponibilité, il est peu probable que cette forme d’énergie soit le principal moteur de la transition.

En toute vraisemblance, l’hydrogène, et particulièrement l’hydrogène vert, constituera une option complémentaire à l’électrification de l’économie[37] et se joindra d’ailleurs à un bouquet d’autres solutions, telles que l’efficacité énergétique[38] et les bioénergies.

Le principal défi consistera donc à identifier avec précision quels usages seront les plus prometteurs pour l’hydrogène (et à toutes les autres solutions de décarbonation de l’économie) afin d’optimiser l’utilisation des ressources disponibles. À ce sujet, nous avons vu quelques exemples. Parmi ceux-ci, certains secteurs difficiles à électrifier semblent particulièrement intéressants[39].

D’un autre côté, des investissements seront nécessaires pour faire tomber les obstacles à une utilisation à plus grande échelle de l’hydrogène.

Dans le cadre de son éventuelle Stratégie québécoise sur l’hydrogène vert, le gouvernement québécois devra donc se prêter à un difficile jeu d’équilibre entre, d’une part, canaliser le déploiement de l’hydrogène pour des utilisations dans certains secteurs prometteurs, tout en stimulant l’innovation et en laissant la porte ouverte à une utilisation plus généralisée de cette forme d’énergie, advenant des percées technologiques ou commerciales majeures.

 

Tout un défi!

 

Me Hélène Lauzon, avocate et urbaniste	Me Olivier Dulude
Présidente-directrice générale	Directeur adjoint des affaires publiques et législatives

 

 

 

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