BiohydrogèneAnalyse
Empreinte carbone de l’hydrogène issu du gaz, de l’électrolyse et du biométhane : comparaison et seuils de l’UE
L’empreinte carbone de l’hydrogène varie de quelques dizaines de kg de CO₂e/kg pour l’électrolyse sur un réseau à forte intensité carbone à des valeurs négatives pour le biométhane issu de lisier. Nous calculons des exemples et présentons le seuil de réduction de 70 % du droit de l’UE.
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L’empreinte carbone de l’hydrogène dépend de son mode de production et peut varier d’un ordre de grandeur : l’hydrogène issu du reformage du gaz naturel sans captage du CO₂ émet environ 9–10 kg de CO₂ par kg de H₂, avec captage – plusieurs fois moins, l’électrolyse alimentée par l’électricité d’un réseau fortement émetteur peut donner plus de 30 kg de CO₂/kg de H₂, et l’hydrogène issu de biométhane produit à partir de lisier peut présenter des valeurs proches de zéro ou négatives. Dans le droit de l’UE, pour l’hydrogène renouvelable d’origine non biologique (RFNBO) et l’hydrogène bas carbone, s’applique un seuil de 70 % de réduction des émissions par rapport au combustible fossile de référence de 94 gCO₂e/MJ, soit 28,2 gCO₂e/MJ, ce qui correspond à environ 3,38 kg de CO₂e/kg de H₂.
Conversion des unités
Le pouvoir calorifique de l’hydrogène est de 120 MJ/kg. Ainsi, 1 gCO₂e/MJ correspond à 0,12 kg de CO₂e/kg de H₂. Le seuil de 28,2 gCO₂e/MJ représente 3,38 kg de CO₂e/kg de H₂. Le combustible de référence de 94 gCO₂e/MJ correspond à 11,3 kg de CO₂e/kg de H₂.
Comparaison des voies (exemples de calcul)
| Voie | Hypothèses | Empreinte (kg de CO₂e/kg de H₂) |
|---|---|---|
| Reformage du gaz naturel sans captage | émissions typiques du procédé | env. 9–10 (hors émissions de la chaîne d’approvisionnement en gaz) |
| Reformage avec captage du CO₂ à 90 % | idem | plusieurs fois moins (selon les fuites et l’énergie) |
| Électrolyse, réseau à 0,6 tCO₂/MWh | 52 kWh/kg | 52 × 0,6 = 31,2 |
| Électrolyse, réseau à 0,1 tCO₂/MWh | 52 kWh/kg | 5,2 |
| Électrolyse avec des énergies renouvelables | exigences RFNBO | proche de 0 sur le cycle |
| Reformage du biométhane à 20 gCO₂e/MJ | 3,4 kg de CH₄/kg de H₂ = 170 MJ | 170 × 20 g = 3,4 |
| Reformage du biométhane issu de lisier à −20 gCO₂e/MJ | idem | −3,4 |
Pour le reformage du biométhane, on a retenu que le facteur déterminant est l’intensité d’émission du biométhane (qui inclut déjà les émissions de la chaîne) ; le CO₂ du reformage est biogénique. Les émissions supplémentaires de l’énergie auxiliaire peuvent relever le résultat. Les valeurs du tableau sont illustratives.
Pourquoi un réseau électrique au charbon ruine le bilan de l’électrolyse
L’électrolyse consomme env. 52 kWh/kg de H₂. Avec une intensité du réseau de 0,6 tCO₂/MWh, cela donne 31 kg de CO₂ par kg d’hydrogène – près de trois fois plus que le reformage du gaz. C’est pourquoi le droit de l’UE exige pour les RFNBO l’additionnalité ainsi que la corrélation temporelle et géographique, afin que l’hydrogène soit produit à partir d’une énergie renouvelable réellement additionnelle, et non d’une énergie provenant du mix existant.
L’hydrogène issu de la biomasse dans la réglementation
L’hydrogène produit à partir de biomasse (reformage du biométhane, gazéification) est soumis aux critères de durabilité et de réduction des émissions de GES applicables aux combustibles issus de la biomasse. Pour les biocarburants dans les transports issus d’installations mises en service après 2020, la réduction requise est d’au moins 65 % par rapport à 94 gCO₂e/MJ, soit au maximum 32,9 gCO₂e/MJ (env. 3,95 kg de CO₂e/kg de H₂). Les exigences exactes dépendent de l’application et de la version en vigueur des textes. L’hydrogène bas carbone issu de combustibles fossiles avec captage du CO₂ relève d’une méthodologie de calcul distincte (tenant compte des fuites de méthane et de l’efficacité du captage).
Rôle des fuites de méthane
Lors du reformage de gaz fossile, les fuites de méthane dans la chaîne d’approvisionnement peuvent relever sensiblement l’empreinte de l’hydrogène. Si l’on retient par exemple une chaîne d’une intensité de 15 gCO₂e/MJ de gaz et une consommation de gaz de 170 MJ/kg de H₂, les émissions supplémentaires sont de 2,55 kg de CO₂e/kg de H₂ – presque autant que le seuil entier de 3,38. Cela explique l’importance du règlement sur le méthane et du contrôle des pertes de méthane.
Exemple : hydrogène issu du biométhane et seuil de l’UE
Un biométhane d’une intensité de 25 gCO₂e/MJ donne un hydrogène de 170 × 25 = 4 250 g, soit 4,25 kg de CO₂e/kg de H₂ – au-dessus du seuil de 3,38. Pour respecter le seuil de 70 % (3,38 kg de CO₂e/kg de H₂), le biométhane doit avoir une intensité inférieure à environ 20 gCO₂e/MJ (3 380 g / 170 MJ = 19,9) ; pour le seuil de 65 % appliqué aux combustibles issus de la biomasse dans les transports (3,95 kg de CO₂e/kg de H₂), ce serait env. 23 gCO₂e/MJ (3 950 g / 170 MJ = 23,2). Cela exige un digestat stocké en milieu fermé, un faible glissement de méthane et une bonne logistique, et c’est le plus facile à atteindre avec du lisier et des déchets.
Conclusions
- L’empreinte de l’hydrogène ne découle pas de sa « couleur », mais de données : source d’énergie, pertes de méthane et captage du CO₂.
- L’électrolyse n’est propre que si l’électricité est propre.
- Le biométhane issu de déchets et de lisier peut être une matière première pour un hydrogène à empreinte faible ou négative.
- Pour évaluer des projets, exigez un bilan précisant les limites du système et la méthodologie.
Conclusion
Les comparaisons de l’empreinte carbone de l’hydrogène exigent des unités cohérentes et des hypothèses explicites. L’hydrogène issu du biométhane peut satisfaire aux exigences de l’UE si le biométhane a une faible empreinte, mais les détails de la chaîne de production sont décisifs.
Sources
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