L’hydrogène vert, un catalyseur de la transition énergétique

Publié le 04/03/2021

Qu’il soit « gris », « bleu », « jaune » ou « vert », on ne parle que de lui : l’hydrogène.
S’il est déjà largement employé dans de nombreux secteurs, son usage en tant que source d’énergie n’en est qu’à ses débuts. Les applications sont tout aussi nombreuses que prometteuses, dans le secteur de la mobilité notamment.
Pour en faire le meilleur allié de la transition énergétique, il reste encore de nombreux défis à relever, à commencer par la production à échelle industrielle d’un hydrogène décarboné nécessitant des investissements considérables dans les années à venir.

Mirova

L'essentiel

  • Un gaz « multifonctions » aux propriétés énergétiques remarquables : par kilo, il contient 2,2 fois plus d’énergie que le gaz naturel, 2,75 fois plus que l’essence et 3 fois plus que le pétrole.
  • Une demande mondiale en forte croissance et de solides perspectives pour passer d’un hydrogène carboné (« gris ») à un hydrogène renouvelable (« vert »).
  • Des besoins en investissements massifs : 280 milliards de dollars d’ici 2030 en R&D, infrastructures, industrialisation1.
  • Un contexte politique, réglementaire, industriel et financer très porteur : normes, plans d’investissements publics, acteurs spécialisés français…
  • De multiples possibilités de financement : infrastructures, actions, obligations vertes…

L’hydrogène, un vecteur énergétique d'avenir

Un gaz multifonctions

Aujourd’hui, la production d’hydrogène pur est de l’ordre de 70 Mt, les deux principaux marchés étant le raffinage de produits pétroliers (52 % de la production) et la production d’ammoniac (43 %). Mélangé à d’autres gaz, l’hydrogène est également utilisé dans la production de méthanol, la production d’acier, l’agroalimentaire ou encore les industries du verre1.

Mais dès lors qu’il devient « vert », l’hydrogène s’ouvre à de nouvelles applications et apparaît comme l’un des vecteurs de la transition énergétique les plus prometteurs, permettant de stocker et de distribuer l’énergie.

Converti en électricité, en chaleur ou en gaz naturel, il offre la possibilité de valoriser le surplus d’électricité produite à partir

d'énergie renouvelable, de produire du gaz naturel sans recourir à des énergies fossiles ou encore de fournir au secteur des transports un carburant bas carbone et sans pollution locale.

Dans un avenir proche, l’hydrogène bas carbone pourrait également se substituer à sa version « grise » pour verdir les industries dépendant aujourd’hui de l’hydrogène dans leurs processus de production (raffinerie, ammoniac) ou remplacer le coke dans la production d'acier.

Une demande en forte croissance

Tirée par la croissance de ses applications actuelles et le développement de nouveaux marchés comme celui de la mobilité, la demande mondiale en hydrogène pourrait être multipliée par un facteur compris entre 2 et 8 d’ici 2050.

Selon les scénarios1, la mobilité pourrait représenter 36 à 165 Mt du marché.

Et d’ici 2030, les besoins en hydrogène renouvelable (« vert ») ou bas carbone (« bleu » ou « jaune ») pourraient constituer entre 10 % et 20 % de la demande totale, soit entre 11 et 22 Mt.

Une trajectoire qui appellerait, selon l’Hydrogen Council, des investissements annuels de l’ordre de 20 à 25 milliards de dollars, soit 280 milliards de dollars d’ici 2030.

Zoom sur | L’évolution de la consommation en hydrogène d’ici 2050

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Source : Kearney | Energy Transition Institute – "Hydrogen applications and business models" - Juillet 2020  

 

Pourquoi investir dans l'hydrogène vert ?

Un « tout hydrogène vert » est-il envisageable ? À l’heure actuelle, la réponse est « non », car substituer la totalité de l’hydrogène « gris » produite aujourd’hui (environ 70 Mt) par de l’hydrogène « vert » impliquerait de fournir l’équivalent de 3 600 TWh d’énergie renouvelable, soit la production d’électricité annuelle en Europe.

Malgré cela, l’hydrogène « vert » est appelé à jouer un rôle majeur dans la lutte contre le changement climatique en apportant des solutions bas-carbone dans trois secteurs représentant à eux seuls plus de 2/3 des émissions de gaz à effet de serre mondiales : les transports, l’énergie et l’industrie.

Des transports plus « verts »

En matière de mobilité propre, les véhicules électriques à batterie ne peuvent être l’unique solution.

L’hydrogène « vert », en tant que vecteur de stockage, vient apporter une solution complémentaire pour répondre à l’électrification croissante du secteur des transports.

Si les batteries sont parfaitement adaptées aux véhicules électriques particuliers, elles montrent leurs limites (poids, encombrement, temps de recharge, et autonomie notamment) pour les transports dits « lourds » (poids lourds, bus, camions, trains, bateaux) ou à usage intensif comme les taxis qui nécessitent un temps de charge rapide.

Sur ce dernier exemple, les véhicules à pile à combustible offrent un temps de charge de 3 à 5 minutes équivalent à celui requis pour les véhicules essence/diesel, quand un véhicule électrique à batterie a besoin d’une trentaine de minutes avec une charge rapide.

L’hydrogène « vert » permet de décarboner ces modes de transport et répond également aux besoins du secteur de la logistique (véhicules de livraison, engins de manutention spécialisés) et des véhicules effectuant des circuits répétitifs, en boucle et/ou avec des consommations prévisibles.

Sur la plupart des segments du transport, les batteries et l’hydrogène ne sont donc pas en concurrence.

Et bien au contraire, les progrès en électrochimie des batteries nourriront les progrès en électrochimie des électrolyseurs / piles à combustibles et vice versa pour, in fine, accélérer le développement de la mobilité durable.

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Une énergie renouvelable et stockable

L’hydrogène « vert » permet de stocker de l’énergie propre et de la distribuer à la demande, répondant ainsi aux problématiques d’intermittence des énergies renouvelables (éolien et solaire notamment).

Par ailleurs, dans des contextes insulaires où l’énergie est souvent chère et/ou d’origine fossile, cette combinaison d’énergies renouvelables et de stockage sous forme d’hydrogène « vert » offre une alternative durable et accessible, inexistante jusqu’à présent.

Associée à du carbone capté à la sortie d’une usine, l’hydrogène devient méthane et peut se substituer au gaz naturel.

À terme, une partie du gaz des réseaux existants pourrait ainsi provenir d’hydrogène vert.

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Une industrie lourde décarbonée

Qu’il soit vert ou gris, l’hydrogène a les mêmes caractéristiques dans les procédés industriels.

En revanche, l’hydrogène vert permet de décarboner des industries fortement polluantes (raffinerie, aciérie, chimie lourde) utilisant aujourd’hui de l’hydrogène gris et qui, soumises à des réglementations environnementales croissantes, vont devoir réduire leur empreinte carbone.

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Les perspectives d’amélioration du rendement énergétique de la chaîne de transformation de l’hydrogène pourraient, dans les années à venir, accroître significativement les volumes d’hydrogène vert produits.

Comprendre | Les différences entre l’hydrogène gris, bleu, jaune et vert

L’hydrogène carboné, dit hydrogène « gris »

Plus de 95% de l’hydrogène consommé aujourd’hui dans le monde est extrait de combustibles fossiles, principalement de gaz naturel (69%) sous l’action du vaporeformage — une technique qui nécessite de porter le mélange gaz-vapeur à très haute température (entre 700°C et 1.000°C) — mais aussi de charbon (27%) par gazéification. Cette production s’accompagne d’émissions de dioxyde de carbone (CO2) importantes : entre 10 (pour le gaz) et 20 tonnes de CO2(pour le charbon) sont émises par tonne d’hydrogène produite1.

Ainsi, la production mondiale d’hydrogène est responsable de l’émission d’environ 1 milliard de tonnes de CO2 chaque année, l’équivalent des émissions de l’Indonésie et du Royaume-Uni combinées3.

Le vaporeformage est actuellement le procédé le plus économique pour produire l’hydrogène, avec un coût évalué à 1,5 €/kg.

L’hydrogène « bleu »

Pour décarboner l’hydrogène « gris », il est possible de capter le dioxyde de carbone émis lors du vaporeformage. Ce CO2 peut alors être soit utilisé comme matière première dans certaines industries (pour la production de mousses par exemple).

De plus en plus souvent, il est aussi stocké dans d’anciennes poches de gaz ou de pétrole vides. Avec ce procédé, appelé CSC (ou en anglais CCS pour Carbon Capture and Storage), l’hydrogène « gris » devient alors de l’hydrogène « bleu ».

Ajouter une installation de CSC à proximité d’une unité de production d’hydrogène gris augmente le coût de production de 1 €/kg environ.

L’hydrogène renouvelable, dit hydrogène « vert » et l’hydrogène bas carbone, dit hydrogène « jaune »

L’hydrogène « vert » est produit par électrolyse de l’eau, procédé qui consiste à décomposer l’eau (H20) en dioxygène (O2) et dihydrogène (H2) grâce à un courant électrique.

  • Si l’électricité utilisée est exclusivement d’origine renouvelable (produite, par exemple, par des installations solaires, éoliennes ou hydroélectriques), cet hydrogène sera « propre » et qualifié de « vert ».
  • S’il est produit par une proportion importante d’électricité d’origine nucléaire, on parle alors d’hydrogène « jaune » ou « bas carbone », le combustible fossile, l’uranium, étant une ressource non renouvelable.

Notons également que l’hydrogène vert peut être produit à partir de biomasse, procédé en cours d’expérimentation en France, à Vitry-le-François dans la Sarthe notamment, ainsi qu’à Strasbourg.

Avec un coût de l’ordre de 5 à 6 € par kg, l’hydrogène « vert » (tout comme l’hydrogène « jaune ») reste aujourd’hui 4 fois plus cher que l’hydrogène « gris » — raison pour laquelle sa production mondiale est encore très marginale (moins de 5 %).

Financer le développement de l'hydrogène vert

Un contexte très favorable

L’hydrogène vert bénéficie aujourd’hui d’un contexte très favorable dans de nombreux pays dont la France.

  • Sur le plan politique (encadré ci-dessous), avec des investissements publics importants en France (jusqu’à 7 milliards d’euros d’ici à 2030 et de nombreux projets dans les régions), ainsi qu’à l’étranger — l’Allemagne, la Chine, la Corée du Sud, les États-Unis et le Japon faisant partie des pays les plus avancés et s’étant tous dotés d’une stratégie long-terme, avec des investissements et une feuille de route claire pour l’hydrogène4.
  • Sur le plan réglementaire à l’échelle européenne, avec un plafond d’émissions de CO2 pour les constructeurs automobiles stimulant les ventes de véhicules électriques et la mise en application de la directive RED II* qui impose aux fournisseurs de carburants de proposer a minima 14 % de carburants renouvelables.
  • Sur le plan industriel, avec l’essor de nombreux pure players français et européens à travers toute la chaîne de valeur de l’hydrogène « vert » (McPhy, Symbio, HRS…) mais également de grands groupes affichant leur volonté de se développer dans le secteur (Air Liquide, EDF avec Hynamics, Engie, Faurecia, Plastic Omnium, entre autres).
  • L’expertise européenne en matière de technologies d’électrolyse, de piles à combustible, de stockage et de distribution de l’hydrogène constitue un marqueur fort pour inciter les pouvoirs publics à investir afin de conserver ce leadership.
  • Sur le plan financier, avec un intérêt croissant de la communauté financière, notamment pour les entreprises à haute valeur ajoutée environnementale, en témoigne la croissance impressionnante d’un titre comme McPhy (+840 % en 2020).

Zoom sur | Un plan à 7 milliards d’euros4

Dans le cadre du plan de relance, le gouvernement présentait en septembre 2020 sa feuille de route hydrogène et sa vision pour faire de ce gaz « l'énergie d'avenir de la France ».

Un plan à 7,2 milliards d'euros d'ici à 2030 (dont 2 milliards entre 2020 et 2022), qui doit permettre non seulement de développer une production d'hydrogène « vert » rentable, mais aussi d'en démocratiser les usages, notamment en matière de mobilité lourde.

Ce nouveau plan fait suite à celui lancé par Nicolas Hulot en 2018 – 100 millions d'euros essentiellement fléchés vers de petites expérimentations à l'échelle locale. En débloquant désormais des milliards d’euros de fonds publics, à l'instar de l'Allemagne et en coordination avec Bruxelles, le Gouvernement veut aider les entreprises du secteur à changer d’échelle et à passer du stade de la R&D et des démonstrateurs à celui des projets industriels.

  • Le premier volet du plan, le plus immédiat et le plus concret, est consacré à la décarbonation de l'hydrogène par électrolyse de l'eau. Une technologie aujourd'hui coûteuse et gourmande en énergie, dont il s'agit de réduire le coût en l'améliorant et en augmentant les volumes : 1,5 milliard d'euros sera ainsi consacré à la fabrication d'électrolyseurs, pour une capacité de 6,5 gigawatts.
  • Près d'un milliard d'euros sera utilisé d'ici à 2023 pour développer une offre de mobilité lourde à hydrogène, via plusieurs appels à projet (350 millions d'euros pour des démonstrateurs et 275 millions d’euros pour des expériences territoriales par exemple).
  • Enfin, l'aide à la recherche et l'innovation sera « boostée », avec une enveloppe portée à 650 millions d’euros d'ici à 2023.

Les convictions de Mirova pour catalyser davantage d’investissement privé

Un soutien public à renforcer

Étant donné l’écart de prix très élevé entre l’H2 gris et l’H2 vert, un soutien public plus fort est nécessaire pour rendre « investissables » et compétitifs les projets utilisant de l’hydrogène « vert », par exemple via un « tarif de rachat » incitatif ou un « contract-for-difference » hydrogène.

Des usages à garantir

Les investisseurs privés dans des projets d’infrastructure ont également besoin de visibilité sur contrat de commercialisation à long terme – dit « offtake » - notamment en termes de prix.

Ils ont donc besoin de partenaires industriels pour s’assurer que les projets répondent à une consommation d’hydrogène prévisible sur le long terme.

Un prix du CO2 à revaloriser

Il est par ailleurs primordial que le prix de la tonne de CO2 soit adapté afin de favoriser les projets les moins émetteurs de CO2. Aujourd’hui de l’ordre de 35 €, le prix de la tonne de CO2 devrait être de 50 € à court-terme et 100 € d’ici 2030 pour favoriser le financement de projets d’hydrogène « vert », les plus vertueux.

Des risques à maîtriser

Plusieurs technologies étant en concurrence, il est important de bien évaluer les risques et opportunités de chacune d’entre elles dans la chaîne de valeur de l’hydrogène, en particulier pour les électrolyseurs, les piles à combustible et le stockage embarqué.

Pour chaque projet, il est ainsi essentiel de comprendre les usages finaux et les contraintes afin de s’assurer de l’adéquation technologies-projet.

Il faut également favoriser la coopération entre tous les acteurs clefs du marché de l’hydrogène (fabricants d’électrolyseurs, exploitants de stations, fabricants de piles à combustibles, équipements de solutions de stockage) afin, notamment, d’accroître l’efficacité énergétique des technologies et accélérer la baisse des coûts, deux leviers fondamentaux pour que l’hydrogène « vert » devienne compétitif dans les différents usages mentionnés.

Les projets et les actions de Mirova

Mirova peut financer le secteur de l’hydrogène à différents niveaux :

  • par le biais de ses fonds infrastructures de transition énergétique, en investissant directement dans des projets ou entreprises non cotées,
  • mais aussi par son activité de gestion Actions en entrant au capital des acteurs cotés de la filière,
  • et enfin, à l’avenir, au travers de ses fonds obligations dans le cas où seraient émis sur le marché des « obligations vertes » ayant des projets d’hydrogène vert en sous-jacent.

L’ensemble des équipes de Mirova suit l’évolution du secteur et collabore pour contribuer à faire de l’hydrogène « vert » un véritable atout de la transition énergétique.

La preuve par l’exemple | Hype, pionnier de la mobilité hydrogène

Mirova a annoncé début janvier 2021 son premier investissement dans l’hydrogène « vert » pour accompagner le développement de Hype, première flotte de taxis d’hydrogène en France et en Europe.

L’objectif de ce financement est d’accompagner Hype dans sa croissance en passant de 100 à 700 taxis disponibles en région parisienne.

Ce projet complexe présente deux atouts majeurs :

  • améliorer la courbe d’apprentissage des industriels et des investisseurs sur la production d’hydrogène « vert » et sur l’usage de véhicules-taxis à pile à combustible ;
  • générer un impact positif fort en permettant la sortie de 700 véhicules diesel du parc automobile parisien, réduisant ainsi les émissions de CO2 et de particules fine.

Air Liquide et Mirova partagent des convictions autour du développement des applications hydrogène comme solution clé pour relever le défi de la transition écologique.

Nos deux groupes ont une ambition commune : s'engager afin d’accélérer
la transition du transport de personnes vers un modèle propre grâce à l'hydrogène, notamment autour de la diminution de la pollution de l’air et de la pollution sonore.

L'acquisition de Slota démontre à nouveau qu'en transformant des modèles d'affaires existants profitables et pérennes vers des solutions hydrogène, il est possible de s'appuyer sur de nouvelles classes d'investisseurs, tels que Mirova

Pierre-Étienne Franc
Directeur Activités Énergie Hydrogène, Air Liquide
Sources et références
(1) The Future of Hydrogen, Agence Internationale de l’Énergie, Juin 2019
(2) Hydrogen Council, DNV GL
(3) Irena (Agence Internationale des Énergies Renouvelables)
(4) Hydrogène : analyse des potentiels industriels et économiques en France, EY
* : En Décembre 2018, la Directive des Énergies Renouvelables (EnR
) appelée RED II a été publiée au journal officiel de l’UE, fixant des objectifs communs à atteindre en termes de consommation d’énergies renouvelables.
Les valeurs mobilières mentionnées le sont à titre illustratif uniquement et ne constituent en aucun cas un conseil en investissement, une recommandation ou une sollicitation d’achat ou de vente.
Les informations fournies reflètent l’opinion de Mirova à la date de ce document et sont susceptibles d’être modifiées sans préavis.
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