Lorsqu'Elon Musk a qualifié les piles à hydrogène de "chose la plus stupide que je puisse imaginer pour le stockage de l'énergie" dans une récente interview, la plupart des gens n'avaient probablement jamais entendu parler de cette technologie. Et s'ils en avaient entendu parler, il est probable qu'ils l'aient associée au Hindenburg, le dirigeable rempli d'hydrogène qui a pris feu et explosé il y a 85 ans.
Pourtant, la technologie des piles à hydrogène a fait de grands progrès en termes de sécurité et d'efficacité, et elle pourrait jouer un rôle important dans l'accélération de la transition vers l'abandon des combustibles fossiles, selon les experts en énergie.
Essentiellement, la technologie fonctionne en extrayant l'hydrogène de l'eau ou des combustibles fossiles carbonés, puis en inversant le processus, en combinant les atomes d'hydrogène et d'oxygène dans une pile électrochimique pour produire de l'électricité, de la vapeur d'eau et de la chaleur. La technologie des piles à combustible est deux à trois fois plus efficace qu'un moteur à essence. Elle nécessite également des batteries beaucoup plus petites que celles des véhicules électriques et peut potentiellement alimenter des camions légers et lourds, des trains, des bus, de petits avions et des navires océaniques, ainsi que générer une alimentation de secours pour les hôpitaux et les centres de données.
Les coûts de fabrication élevés, le manque d'infrastructures de ravitaillement et les dépenses considérables liées à l'hydrogène vert ont freiné l'hydrogène jusqu'à présent. Mais la situation commence enfin à changer.
Toyota a récemment annoncé qu'elle s'associait à Isuzu et à d'autres partenaires pour développer des camions légers à pile à combustible, en vue de les commercialiser au Japon l'année prochaine. Renault et Hyundai testent des véhicules hybrides électriques-hydrogène, et les brevets relatifs à cette technologie sont montés en flèche ces dernières années. Au fur et à mesure qu'elle se développe, les coûts devraient encore baisser.
Le président Joe Biden est sur le point de signer la loi sur la réduction de l'inflation, qui contient une initiative historique sur le climat offrant des crédits d'impôt de 3 dollars par kilogramme pour la production d'hydrogène vert. L'hydrogène vert est beaucoup plus propre que l'hydrogène bleu, produit à partir du gaz naturel, et que l'hydrogène gris, produit à partir du charbon. Le projet de loi étend également le crédit d'impôt pour les véhicules électriques aux véhicules à pile à hydrogène, offrant ainsi jusqu'à 7 500 dollars pour les nouveaux véhicules électriques.
Suivre le mouvement de l'électrique
L'adoption généralisée des véhicules électriques étant déjà en cours, il est peut-être trop tard pour les piles à hydrogène sur le marché des voitures particulières. En juin 2021, il n'y avait que 40 000 véhicules électriques à pile à combustible (FCEV) en circulation dans le monde, soit moins de 0,01 % du parc automobile mondial.
"En ce qui concerne les voitures, je suis très sceptique. La course a été gagnée par les voitures électriques, qui sont au nombre de 15 millions sur la route", déclare Margo T. Oge, ancienne directrice du bureau des transports et de la qualité de l'air de l'EPA, aujourd'hui membre distingué de la ClimateWorks Foundation.
La Californie a fait un effort concerté pour investir dans la technologie des piles à combustible, mais selon Mme Oge, l'initiative a échoué parce qu'elle s'est appuyée sur l'hydrogène bleu et qu'elle ne disposait pas de l'infrastructure nécessaire pour accueillir les voitures à hydrogène : "Les conducteurs ne trouvaient pas d'endroits où faire le plein de leurs véhicules".
Oge estime que l'hydrogène vert "a un rôle à jouer dans la décarbonisation de l'économie dans son ensemble", mais pour des applications autres que les voitures particulières, comme l'électricité, d'autres modes de transport et la production d'acier vert.
Jusqu'à présent, très peu d'hydrogène est vert, car l'électrolyse de l'eau consomme beaucoup d'énergie et est coûteuse, et il n'y a pas assez d'énergie renouvelable disponible. Par conséquent, l'hydrogène bleu, moins durable, reste dominant et nettement moins cher.
"Si nous commençons à investir dans le gaz naturel pour produire de l'hydrogène bleu, nous ne faisons que prolonger la durée de vie des combustibles fossiles", explique M. Oge.
Une saine concurrence
D'autres sont plus optimistes quant au potentiel de l'hydrogène pour rendre le transport plus durable et offrir une alternative aux véhicules électriques.
Amy Adams, vice-présidente des technologies des piles à combustible et de l'hydrogène chez Cummins, un fabricant de moteurs basé dans l'Indiana, prévoit que les véhicules à pile à combustible à hydrogène atteindront la parité avec les moteurs à combustion interne traditionnels, les moteurs diesel et les véhicules électriques d'ici la fin de la décennie, à condition que les innovations technologiques permettent de réduire les coûts et que l'infrastructure de ravitaillement soit mise en place.
M. Adams note qu'une grande partie de cette croissance pourrait se produire dans les véhicules commerciaux, où les piles à combustible plus efficaces présentent un avantage par rapport aux lourdes batteries dont l'électricité a besoin.
"Si vous réduisez la quantité de marchandises que les camions sont capables de livrer, c'est un mauvais modèle économique pour les compagnies maritimes", dit-elle.
Mme Adams ajoute que le coût de l'énergie renouvelable pour produire de l'hydrogène vert a considérablement baissé ces dernières années, et que les progrès des matériaux et de la technologie ont "réduit le coût matériel des piles à combustible proprement dites".
Chez Cummins, elle a pu constater de près l'augmentation de l'efficacité des piles à combustible. Cette technologie est désormais capable d'alimenter des micro-réseaux de 200 mégawatts, et la demande d'électrolyseurs a considérablement augmenté, ce qui a permis de réduire encore les coûts. L'année dernière, Cummins a développé des modules de piles à combustible pour le fabricant français de chemins de fer Alstom, qui a présenté le premier "hydrail" pour passagers au monde, le Coradia iLint.
Douglas Moore, directeur général de l'équipe chargée des solutions de piles à combustible chez Toyota, est d'accord sur le potentiel de l'hydrogène. Pour les poids lourds qui doivent transporter de grosses charges utiles et parcourir de longues distances, dit-il, "la solution de la pile à combustible est clairement gagnante, en ce sens qu'elle permet d'obtenir cette puissance dans cette gamme et sur cette distance pour ces clients expéditeurs".
Outre d'autres applications dans le domaine des transports et de l'énergie, il pense que la technologie des piles à hydrogène "peut réellement contribuer à des solutions neutres en carbone et permettre la mobilité grâce à un processus très renouvelable".
Comme le dit Patrick Molloy, analyste financier au Business Renewables Center du Rocky Mountain Institute, la compétition entre la technologie électrique et la technologie de la pile à hydrogène est une "bonne compétition". Elle offrira un choix, garantissant que l'hydrogène sera utilisé là où il constitue la meilleure option.
"Certains cas d'utilisation offriront des opportunités plus fortes pour l'une ou l'autre technologie", explique-t-il. "L'objectif doit être de transformer l'ensemble de notre système de transport et d'en faire une voie à zéro carbone qui soit commercialement viable et déployable dans toutes les sections et tous les segments."