Moteur à hydrogène : la clé de la mobilité de demain ?

By Margaux Cervatius - 17 mars 2021

Souvent associé à l’écomobilité, le moteur à hydrogène suscite l’engouement des acteurs publics et privés depuis quelques années. Aujourd’hui, l’hydrogène peut déjà alimenter des voitures et des camions, et s’étendra probablement aux avions de demain.

Leader de la mobilité à hydrogène, l’Europe multiplie les financements et règlementations pour encourager son utilisation dans les transports. La Commission européenne a lancé en 2020 une alliance européenne pour un hydrogène vert, dans le cadre du Pacte vert pour l’Europe. L’objectif est de produire jusqu’à dix millions de tonnes d’hydrogène renouvelable dans l’UE d’ici 2030. Plusieurs États membres européens ont annoncé des plans d’investissement dans l’hydrogène, qui participeront à la relance économique post covid-19. La France et l’Allemagne vont ainsi consacrer respectivement 7 et 9 milliards d’euros au cours des dix prochaines années à la création d’une industrie de l’hydrogène.

L’hydrogène a également le vent en poupe auprès des grands groupes, qui souhaitent amorcer leur transition énergétique. Par exemple, Total a refondu son CVC pour consacrer 400 M$ en cinq ans à la neutralité carbone et à l’hydrogène. Les investisseurs ne sont pas en reste et tentent de se tailler la part du lion. Onze entreprises clés du secteur de l’hydrogène ont ainsi vu le cours de leur action augmenter en moyenne de plus de 300 % en 2020.

Toutefois, l’accès au financement est loin d’être le seul enjeu à adresser. La collaboration entre différents acteurs publics et privés, aussi bien startups que grands groupes, est essentielle. Elle permettra de mettre en place une infrastructure adéquate et de créer un marché de l’hydrogène propre et efficace.

Pourquoi l’hydrogène ?

L’hydrogène présente de nombreux avantages :

  • Il est disponible en quantités illimitées tout au long de l’année, puisqu’on le trouve dans l’eau mais aussi dans tous les composés organiques ;
  • Onze fois plus léger que l’air, il est transportable sous pression, sous forme liquide ou sous forme solide ;
  • Il peut être produit localement et permettre ainsi aux pays d’accéder à l’autonomie énergétique ;
  • Sa combustion n’émet pas de CO2, pas d’oxyde de soufre ni de particules fines. La seule substance évacuée d’un moteur à hydrogène est de l’eau.

Des performances séduisantes

Les moteurs à hydrogène présentent de meilleures performances que les moteurs à combustion. En effet, un kilogramme d’hydrogène contient autant d’énergie que 3,3 litres de gazole. Pour parcourir 100 kilomètres environ, un seul kilogramme d’hydrogène est nécessaire pour un véhicule particulier. 

L’hydrogène peut être comprimé et stocké pour être utilisé à la demande comme gaz vert ou pour être reconverti en électricité grâce à une pile à combustible. Il fournit environ 600 kilomètres d’autonomie, contre 150 pour les véhicules électriques classiques. De plus, un moteur à hydrogène se recharge en trois à cinq minutes, au lieu de plusieurs heures.

Ces performances élevées laissent supposer que l’hydrogène pourrait être étendu à des moyens de transport très énergivores, comme les avions. En juin 2020, le gouvernement français a dévoilé un vaste plan de soutien à la filière aéronautique durement touchée par la crise de la covid-19. Sur les 15 milliards d’euros, 1,5 milliard sera consacré à la recherche pour parvenir à un avion neutre en carbone en 2035. Récemment, le Groupe ADP, Air France-KLM et Airbus ont lancé un appel à manifestation d’intérêt pour explorer les opportunités offertes par l’hydrogène sur les aéroports franciliens. 

Les trois concepts d’avions propulsés à l’hydrogène présentés par Airbus en septembre 2020 (Source : Airbus)

Obstacles au développement et à l’adoption du moteur à hydrogène

L’hydrogène gazeux étant quasiment absent de notre atmosphère, il faut l’extraire de molécules qui le contiennent, comme l’eau ou les composés organiques. Ce procédé demande de l’énergie et ne se révèle pas forcément respectueux de l’environnement.

Sur les 70 millions de tonnes d’hydrogène produites dans le monde en 2019, près de 95 % était de l’hydrogène gris. Celui-ci est produit par vaporéformage du méthane, ou gaz naturel, donc d’origine fossile. Les molécules CH4 du gaz naturel sont cassées avec de la vapeur d’eau pour produire du dihydrogène. Cette opération émet du CO2, que peu d’installations captent pour le réutiliser.

Il existe un procédé écologique alternatif : l’électrolyse de l’eau. Il s’agit d’utiliser de l’électricité pour transformer de l’eau en hydrogène. En traversant le liquide, l’électricité perturbe les molécules d’eau jusqu’à ce qu’une liaison cède et qu’un hydrogène se sépare du reste de la molécule. L’électrolyse en elle-même ne dégage aucun CO2. Toutefois, l’électricité doit être produite à partir d’énergies renouvelables pour que l’hydrogène soit réellement vert. Or les énergies renouvelables ne sont pas toujours disponibles en continu et leur prix est soumis à de fortes fluctuations. Dans l’ensemble, l’hydrogène vert est plus cher à produire : jusqu’à 5 € le kilo, contre 2,5 € pour l’hydrogène bleu (avec capture du carbone) et seulement 1,5 € pour l’hydrogène gris.

Une fois l’hydrogène produit, il doit être distribué de façon efficace sur tout le territoire. En effet, pour que la voiture ou le camion à hydrogène se démocratise, les usagers doivent avoir accès à un réseau de recharge. Or, en 2020, on comptait seulement 125 stations de recharge en hydrogène en service en Europe, dont 84 en Allemagne. De lourds investissements en infrastructure doivent être réalisés pour étendre ce réseau et offrir un meilleur maillage du territoire.

Les startups facilitent la transition vers la mobilité à hydrogène

Des méthodes de production innovantes

La production d’hydrogène gris est mature et très répandue parmi les industriels. C’est donc sur le créneau de l’hydrogène vert que se concentrent bon nombre de startups. Elles cherchent à développer des électrolyseurs plus efficaces qui offriraient un meilleur rendement. C’est notamment le cas de la startup française McPhy, qui a levé 180 M€ en 2020 auprès de grands investisseurs et industriels (dont EDF). Elle développe des électrolyseurs de très grande capacité. Elle cible ainsi les projets de grande envergure (supérieurs à 100 MW) et les stations hydrogène de très grande capacité.

Un électrolyseur de la startup McPhy (Source)

Tandis que beaucoup de startups utilisent l’énergie éolienne ou solaire pour alimenter le procédé d’électrolyse, d’autres se tournent vers la biomasse. Elles proposent des modules à installer sur les sites de production de biomasse, afin de compenser immédiatement les émissions de carbone. En France, Haffner Energy a développé une solution permettant la production d’hydrogène renouvelable à partir de biomasses diverses par thermolyse. Au Royaume-Uni, Powerhouse Energy propose de brûler les déchets plastiques à très haute température pour produire du gaz de synthèse, duquel on peut extraire de l’hydrogène.

L’application de l’hydrogène à la mobilité

Les startups sont également très actives dans le secteur des piles à combustible. Ces piles permettent un stockage compact de l’hydrogène tout en standardisant son format. Elles peuvent ainsi être intégrées dans les véhicules électriques. Citons par exemple H2SYS, une startup française notée par Early Metrics, ou PowerCell, ancienne filiale de Volvo.

Tandis que les grands constructeurs automobiles se lancent dans le pari de l’hydrogène, des startups proposent des solutions de rétrofit. Il s’agit de convertir les moteurs thermiques de véhicules existants en moteurs à hydrogène. Cela permet d’offrir une seconde vie à des véhicules et donc de réduire la production de véhicules neufs. Les startups prennent en charge l’ensemble de la conversion : retirer le moteur thermique, intégrer les piles à combustible, reprogrammer le véhicule, le faire certifier pour la route… ULEMCo, une startup britannique notée par Early Metrics, transforme des camions urbains à moteur diesel. Elle y intègre un réservoir d’hydrogène et adapte leur moteur à ce nouveau combustible. Ce processus permet aux entreprises de transport de diminuer leurs émissions de carbone jusqu’à 60 %.

Enfin, certaines sociétés se concentrent sur le transport sécurisé et la distribution de l’hydrogène. Elles aident les territoires à déployer des stations de recharge, peu nombreuses aujourd’hui. Atawey développe des stations de production et de distribution d’hydrogène vert qui permettent la recharge de tous types de véhicules.

Vers une nouvelle stratégie de l’hydrogène

L’hydrogène est déjà produit en grandes quantités par les industriels, mais à partir d’énergies fossiles polluantes. L’enjeu aujourd’hui est donc de favoriser la production d’hydrogène vert. La diffusion de cette technologie devra passer par la mise en place d’un réseau de distribution à grande échelle. Il existe de nombreuses opportunités pour les startups, tout au long de la chaîne de valeur. L’hydrogène vert peut aider les industriels à respecter leurs engagements environnementaux afin d’atteindre les objectifs fixés par l’accord de Paris, un enjeu devenu encore plus crucial avec la pandémie de covid-19.

Tous nos articles