Prochain arrêt : Transport public alimenté à l’hydrogène
Comment l’élément préféré de l’univers pourrait devenir la source d’énergie de prédilection pour la mobilité publique
Pour freiner le réchauffement climatique, la façon dont nous propulsons les véhicules doit changer. Pas seulement les voitures privées utilisées de façon ponctuelle, mais également les véhicules de transports en commun qui circulent dans nos villes toute la journée, tous les jours.
Les transports représentent 24 % des émissions mondiales de CO2 provenant de la combustion du carburant, dont les trois quarts proviennent du trafic routier.[1] Rien que l’UE doit éliminer 72 % du CO2 de sa flotte de transport d’ici 2050, pour réussir à réaliser le scénario d’une hausse de température de 2 °C (ou moins) des objectifs de l’Accord de Paris.[2]
L’électrification est souvent considérée comme la réponse évidente, mais est-ce toujours la meilleure ? Dans les articles précédents, nous avons vanté le potentiel de l’hydrogène pour révolutionner l’énergie verte et stimuler le transport à zéro émission. Nous nous concentrons ici sur l’une des applications les plus prometteuses pour cette source d’énergie sous-utilisée : les transports publics alimentés à l’hydrogène.
Qu’est-ce qui rend l’hydrogène idéal pour les transports publics ?
L’hydrogène est une source d’énergie établie, polyvalente et facile à produire. Il présente également de nombreux avantages qui le rendent parfaitement adapté aux véhicules plus grands, des bus aux trains.
Les véhicules électriques à pile à combustible (« Fuel Cell Electric Vehicles », FCEV) fonctionnant à l’hydrogène, par exemple, émettent 45 % d’émissions en moins que les véhicules équipés de moteurs à combustion interne.[3]
L’hydrogène est également beaucoup plus propre sur les routes. Les véhicules à biocarburant, gaz naturel comprimé ou liquéfié (GNC/GNL) et les hybrides émettent tous des gaz indésirables qui ont un impact sur la qualité de l’air locale.[4] L’hydrogène, quant à lui, n’émet que de la vapeur d’eau.[5]
Plus convaincant encore : lorsqu’il est créé à l’aide de sources d’énergie renouvelables, « l’hydrogène vert » peut être une source d’énergie pratiquement sans CO2, de la production à l’exploitation. Les véhicules électriques à batterie (« Battery-powered electric vehicles », BEV) peuvent atteindre cet objectif théorique, mais dépendent toujours du mix énergétique où ils sont chargés. De plus, la production des piles à combustible à l’hydrogène est moins énergivore que celle des batteries et nécessite beaucoup moins de matériaux.
Distances de conduite plus longues, charges utiles plus élevées
Les grandes distances réalisables avec les véhicules alimentés à l’hydrogène sont le domaine dans lequel ces véhicules prennent toute leur mesure, en particulier pour les transports publics. L’hydrogène a une densité énergétique beaucoup plus élevée que les batteries, tant en volume qu’en masse (ou en poids). La portée typique d’une voiture à hydrogène est de 700 km–800 km, contre seulement 300 km-400 km pour les véhicules électriques les plus performants.[6] Les FCEV sont donc bien adaptés aux grands véhicules et à ceux qui parcourent de longues distances. Les bus à hydrogène peuvent actuellement aller 150 % plus loin que les véhicules électriques (500 km contre 200 km).[7] Cela permet de comprendre la popularité de l’hydrogène en Chine, par exemple, où les bus longue distance dépassent le nombre d’autobus urbains de cinq à un.
Ravitaillement plus rapide, stockage plus pratique
Les FCEV modernes se rechargent 10 à 15 fois plus vite que les véhicules électriques.[8] De plus, les bus électriques à pile à combustible ne nécessitent pas de permis ou de travaux d’infrastructure urbaine supplémentaires autres qu’une station centralisée de ravitaillement en hydrogène (« hydrogen refueling station », HRS) au dépôt de bus.[9] L’hydrogène peut également aider à équilibrer le réseau et stocker de grandes quantités d’énergie pour une utilisation ultérieure ; les chargeurs de véhicules électriques rapides (VE) peuvent simplement ajouter une demande de pointe.
En bonne voie pour remplacer les trains diesel
L’hydrogène a la densité énergétique nécessaire pour décarboner les trains tout en éliminant les émissions et en réduisant le bruit. L’électrification reste l’option préférée, mais les mises à niveau des voies sont souvent plus lentes et plus chères que la conversion à l’hydrogène. Des projets pilotes sont en cours en Allemagne, et d’autres projets ont été annoncés en Autriche et en France.[10]
Encore plus écologique, encore plus propre
Cependant, bien qu’il s’agisse de l’élément le plus abondant dans l’univers, il reste des obstacles importants à la réalisation du potentiel de l’hydrogène pour décarboner les transports publics.
Bien que l’hydrogène lui-même soit incroyablement propre et sans émissions, son processus de production est rarement aussi durable, comme indiqué dans notre article Points de vue d’Abdul Latif Jameel sur l’hydrogène vert. Environ 95 % de l’hydrogène consommé à l’échelle mondiale utilise toujours des combustibles fossiles à un niveau quelconque du processus de production.[11] Cela représente 830 millions de tonnes de CO2 par an, soit à peu près la même quantité d’émissions de CO2 que celle produite par le Royaume-Uni et l’Indonésie combinés.[12]
Pas assez d’énergie renouvelable
L’hydrogène vert est la réponse évidente au problème de la durabilité, mais il comporte aussi des défis. La capacité actuelle d’électricité renouvelable installée dans le monde est de 23,4 GW d’éolien offshore, 540,4 GW d’éolien terrestre, 480,4 GW d’énergie solaire photovoltaïque et 397 GW d’énergie nucléaire. Ces chiffres sont bien en dessous du niveau des besoins en énergie renouvelable pour fournir suffisamment d’hydrogène vert afin de répondre à la demande prévue.
L’Agence internationale des énergies renouvelables (IRENA) pense que quelque 19 exajoules d’hydrogène proviendront de l’électricité renouvelable dans la panoplie énergétique mondiale d’ici 2050.[13] Produire cette quantité d’hydrogène vert nécessiterait au moins 6 690 TWh d’électricité dédiée chaque année. Cela équivaut à 1 775 GW de parcs éoliens offshore, 2 243 GW d’éolien terrestre, 4 240 GW d’énergie solaire photovoltaïque, ou 957 GW d’énergie nucléaire[14], soit bien plus que notre capacité installée actuelle, voire prévue.
Bien que ces chiffres concernent les exigences mondiales en matière d’hydrogène, et pas seulement les transports publics, ils donnent un aperçu de l’ampleur du développement des infrastructures nécessaires pour produire la quantité d’hydrogène vert nécessaire pour réellement réaliser son potentiel prometteur.
Pas assez bon marché
Enfin, et ce point est sans doute le plus important, l’hydrogène vert est cher. Selon la Banque européenne pour la reconstruction et le développement (BERD), l’hydrogène vert coûte actuellement environ entre 3 à 6 USD par kilogramme, contre 1 à 1,8 USD par kilogramme pour l’hydrogène fabriqué à partir de combustibles fossiles.[15] D’après les calculs effectués avant les mises à niveau de l’infrastructure et les dépenses opérationnelles.
Alors, comment pouvons-nous accélérer l’adoption de l’hydrogène ?
Comme pour toutes les énergies renouvelables, le succès de l’hydrogène dépendra des nombreux incitatifs – et de quelques menaces – présentés par les gouvernements pour surmonter les défis décrits ci-dessus et faire de l’hydrogène une alternative commercialement viable.
Financement, politiques et cadre réglementaire
Selon l’AIE, la plupart des plus de 200 projets d’hydrogène en cours reposent encore sur le financement du gouvernement.[16] Il est peu probable que cela change bientôt. Afin que l’hydrogène devienne une source d’énergie réaliste, abordable et durable, l’Agence internationale des énergies renouvelables (IRENA) recommande :
- de concevoir des instruments de soutien financier, tels que des subventions aux investissements et des abattements fiscaux, pour compenser le coût initial des nouvelles technologies ;
- d’introduire des restrictions en matière d’émissions et des directives en matière de contenu d’énergie renouvelable dans l’industrie afin d’encourager une plus grande demande d’hydrogène ;
- d’établir des tarifs d’injection dans les réseaux de gaz à long terme ;
- de permettre aux opérateurs d’électrolyseurs de participer aux marchés auxiliaires de la prestation de services ;
- de limiter les risques d’investissement pour stimuler l’adoption du marché et soutenir le déploiement de l’infrastructure et de l’hydrogène.[17]
…. Et le marché fera le reste
L’hydrogène vert est cher parce qu’il n’est pas beaucoup utilisé. À mesure qu’il s’implante, de simples économies d’échelle vont apparaître, et les prix vont diminuer à mesure que l’utilisation augmentera. Dans le même temps, les coûts des énergies renouvelables continueront inévitablement à chuter.
De même, dans son rapport intitulé : « L’avenir de l’hydrogène »[18], l’AIE prédit que le coût de production d’hydrogène à partir d’énergie renouvelable pourrait chuter de 30 % d’ici 2030 en raison de la baisse des coûts des énergies renouvelables et de la mise à l’échelle de la production d’hydrogène. L’EBRD prévoit que l’hydrogène vert diminuera à un montant d’à peine 1,50 USD par kilogramme d’ici 2050. Cela le rendrait comparable au gaz naturel ou même moins cher, si les pénalités de carbone augmentent sur les combustibles fossiles.
Les FCEV et les autobus, en particulier, sont déjà de plus en plus abordables.
« Les coûts initiaux des autobus alimentés à l’hydrogène étaient à l’origine sensiblement plus élevés que les équivalents diesel ou électriques, de l’ordre d’un million de livres. Les prix ont considérablement chuté depuis les premiers déploiements et deviendront similaires à ceux des véhicules électriques », déclare Ian Warr, directeur de l’ingénierie chez First Bus[19], l’un des pionniers des autobus à hydrogène au Royaume-Uni.
L’objectif est à portée de vue
Jusqu’à présent, le monde n’a pas vraiment franchi le pas des véhicules à pile à combustible pour les transports publics. En comparaison avec les véhicules conventionnels – bus, rails légers, trains – les chiffres sont minuscules. Cependant, il existe des initiatives prometteuses dans le monde entier qui suggèrent que l’ère des transports publics alimentés à l’hydrogène pourrait être plus proche que nous ne le pensons.
Des investissements importants ont été réalisés dans la production d’hydrogène vert à travers le monde.
Les bus électriques à pile à combustible ont été testés avec succès pendant plus d’une décennie, au cours de laquelle des améliorations significatives ont été apportées en termes d’efficacité, de portée, de vitesse de ravitaillement et de disponibilité des stations-service. Il existe également un soutien croissant au sein des gouvernements.
En Europe, la Directive dite « Véhicules propres »[20] définit les objectifs d’approvisionnement minimum obligatoires pour les véhicules légers, camions et bus propres pour 2025 et 2030, y compris les bus zéro émission. Parmi les autres facteurs importants de la politique figurent la [21]directive sur le déploiement d’une infrastructure pour carburants alternatifs (« Directive on Alternative Fuels Infrastructure », DAFI),[22]l’Initiative pour des transports plus propres et les[23] zones à faibles émissions («Low Emission Zones », LEZ).
La dynamique en faveur de l’hydrogène au plus haut niveau provient de la Feuille de route en matière d’hydrogène[24] et du plan de relance pour l’Europe NextGenerationEU[25]. Les initiatives les plus importantes sont JIVE et JIVE2[26], qui cherchent à déployer près de 300 autobus à pile à combustible dans 22 villes d’Europe d’ici le début des années 2020. JIVE2 est cofinancée par une subvention de 25 millions d’euros octroyée par FCH JU[27] (Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking) dans le cadre du Programme-cadre pour la recherche et le développement technologique Horizon 2020 de l’Union européenne.
L’objectif est d’aider les fabricants et les sociétés de transport à tirer parti de l’approvisionnement conjoint pour affiner la technologie de l’hydrogène, développer une infrastructure de ravitaillement en carburant et établir un modèle commercial viable, tout en réduisant les émissions dans les villes.
En juin 2021, le maire de Londres, Sadiq Khan, a annoncé le lancement de la première flotte d’autobus à impériale alimentée à l’hydrogène en Angleterre dans le cadre de l’objectif de la capitale de rendre tous les autobus de Londres zéro émission d’ici 2030.
Cela s’inscrit dans l’engagement du ministère des Transports (« Department for Transport », DfT) de livrer 4 000 nouveaux bus électriques ou à hydrogène et ventes finales de nouveaux bus diesel fabriqués en Grande-Bretagne.[28]
En parallèle, la Californie construit la plus grande station de ravitaillement en hydrogène pour les bus d’Amérique.[29] La Chine monte un cran au-dessus, avec des investissements massifs dans les infrastructures et une flotte à hydrogène en constante croissance. Encouragés par les subventions gouvernementales, 35 projets liés aux piles à combustible, aux véhicules à pile à combustible et aux stations de ravitaillement en hydrogène d’une valeur combinée de 17 milliards USD ont été signés au cours des cinq premiers mois de 2021 seulement.
La ville de Nanjing, par exemple, prévoit de faire passer ses plus de 7 000 autobus électriques à l’hydrogène.[30]
Abdul Latif Jameel Energy est déjà à bord
Fotowatio Renewable Ventures (FRV), qui fait partie d’Abdul Latif Jameel Energy, est fière d’apporter sa propre contribution à la réalisation du potentiel de l’hydrogène pour révolutionner nos systèmes de transport public.
FRV investit plus de 1,5 milliard USD dans des projets à l’échelle mondiale pour doubler la capacité installée totale de 2 GW en 2021 à 4 GW en 2024. Plus récemment, l’activité phare des énergies renouvelables d’Abdul Latif Jameel Energy joue un rôle clé dans deux projets vedettes de transport public alimentés à l’hydrogène vert en Espagne.[31]
Tout d’abord, elle s’associe à la Fédération professionnelle des taxis de Madrid pour aider à remplacer au moins 1 000 taxis traditionnels par des véhicules écologiques alimentés à l’hydrogène d’ici 2026. L’investissement de 100 millions d’euros cherche à mettre en œuvre un modèle commercial de taxi en tant que service (« Taxi-as-a-Service », TaaS) dans le secteur des taxis, permettant aux conducteurs d’utiliser des véhicules à hydrogène à un coût compétitif avec une portée et un temps de ravitaillement similaires aux véhicules traditionnels.
FRV dirigera le développement de l’ensemble de la production d’hydrogène, du ravitaillement en véhicules et de l’infrastructure d’approvisionnement en carburant avec Madrileña Red de Gas.
Le duo construira un électrolyseur de 10 MW pour créer l’hydrogène, alimenté par une centrale solaire voltaïque de 20 MW, capable d’augmenter sa capacité en fonction de la demande.
Le partenaire automobile de longue date d’Abdul Latif Jameel, Toyota, fournit aux taxis son modèle de pile à combustible record Toyota Mirai, capable de parcourir jusqu’à 600 km sans impact environnemental. Grupo Ruiz apportera son expertise en mobilité urbaine, en agrégeant la demande et en rendant le projet plus compétitif.
Le deuxième projet historique est situé à Alicante, la quatrième province la plus peuplée d’Espagne.
La branche Innovation de FRV, FRV-X, s’associe à Vectalia pour développer le premier système de transport en bus à grande échelle, alimenté à l’hydrogène.
Felipe Hernández, directeur général de FRV-X, a déclaré : « Nous avons l’occasion de combiner la production d’hydrogène vert avec la demande existante, qui, d’après nous, s’étendra progressivement dans les années à venir pour suivre le chemin de l’indispensable transition énergétique, qu’avec FRV, nous avons l’ambition de diriger à l’échelle mondiale ».
Le projet comprend une usine d’hydrolyse solaire et une usine d’hydrogène qui ravitailleront jusqu’à 80 autobus avec une portée de 400 km, réduisant ainsi les émissions de CO2 de plus de 75 tonnes lors de la seule première phase, et en faisant un candidat potentiel prometteur pour le Fonds du plan de relance européen d’un montant de 97 millions USD.
président délégué et vice-président d’Abdul Latif Jameel
À propos du projet, Fady Jameel, Président adjoint et Vice-président d’Abdul Latif Jameel, a commenté : « Nous sommes fiers d’être un partenaire clé dans cette initiative pionnière, qui s’appuie sur notre expertise internationale en technologie de l’hydrogène.
Reconnue comme l’une des plus grandes sociétés mondiales dans le secteur des énergies renouvelables, FRV concentre sa stratégie de croissance sur l’aide apportée aux communautés du monde entier pour concrétiser leurs ambitions en matière d’énergie renouvelable afin de garantir un avenir plus propre ».
Des bus et bien plus encore
Outre les efforts de FRV en Espagne, les taxis à pile à combustible connaissent une popularité croissante à travers l’Europe ; à Paris, la flotte dépasse déjà 100 FCEV, avec des plans soutenus par Toyota pour l’augmenter à 10 000 d’ici 2024.[32]
En parallèle, l’Allemagne est en bonne voie pour lancer en 2022 les premiers trains alimentés à l’hydrogène au monde.[33] Les opérations commerciales sur la voie de 123 km en Basse-Saxe devraient commencer en mars 2022, avec des trains de passagers à hydrogène desservant une ligne régionale entre Buxtehude, à l’extérieur de Hambourg, et la ville balnéaire de Cuxhaven.
Morgan Stanley estime que le secteur ferroviaire européen de l’hydrogène pourrait avoir une valeur comprise entre 24 milliards USD et 48 milliards USD d’ici le milieu du siècle[34]. D’ici 2030, la société affirme que les trains fonctionnant à l’hydrogène pourraient représenter un train sur 10 parmi ceux n’ayant pas déjà été électrifiés.
D’après la feuille de route de l’hydrogène[35], les taxis et les autocars à pile à combustible devraient atteindre l’acceptabilité du marché de masse (définie comme des ventes annuelles dépassant 1 % du segment) d’ici 2025. D’ici 2050, l’hydrogène pourrait alimenter 250 000 autobus à travers l’Europe, et les taux d’adoption pourraient atteindre 55 % pour les taxis ; les trains alimentés par pile à combustible pourraient quant à eux représenter 50 % des ventes.[36]
L’hydrogène ne fait pas les gros titres comme les véhicules électriques alimentés par batterie. Pourtant, il offre jusqu’à présent une portée et une vitesse de ravitaillement inégalées, ainsi qu’un potentiel de pratiquement zéro émission de la production à l’exploitation, ce qui en fait un solide concurrent pour l’avenir décarboné des transports publics.
Il existe encore une marge pour atteindre son plein potentiel, mais grâce à un fort soutien des secteurs public et privé dans le pipeline, l’hydrogène pourrait bientôt arriver dans un système de transport public près de chez vous.
[1] International Energy Agency 2020
[2] Hydrogen Roadmap Europe: A sustainable pathway for the European Energy Transition. Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (2019)
[3] Hydrogen Roadmap Europe: A sustainable pathway for the European Energy Transition. Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (2019)
[4] Hydrogen Roadmap Europe: A sustainable pathway for the European Energy Transition. Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (2019)
[5] The coming hydrogen fuel cell evolution, Digital Trends, 21 juillet 2018
[6] Fuel cell cars in for a lift as Japan looks to expand infrastructure, Examen asiatique Nikkei, 6 mars 2018
[7] China’s Father of Electric Cars Says Hydrogen Is the Future, Bloomberg, 12 juin 2019
[8] Hydrogen Roadmap Europe: A sustainable pathway for the European Energy Transition. Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (2019)
[9] https://www.fuelcellbuses.eu/wiki/fuel-cell-electric-buses-fuel-cell-electric-buses/about-fuel-cell-electric-buses
[10] Hydrogen Roadmap Europe: A sustainable pathway for the European Energy Transition. Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (2019)
[11] https://www.vox.com/energy-and-environment/2018/2/16/16926950/hydrogen-fuel-technology-economy-hytech-storage
[12] The Future of Hydrogen, AIE
[13] https://www.irena.org/newsroom/articles/2019/Oct/Unprecedented-momentum-for-green-hydrogen
[14] https://www.rechargenews.com/transition/a-wake-up-call-on-green-hydrogen-the-amount-of-wind-and-solar-needed-is-immense/2-1-776481
[15] https://www.ebrd.com/news/2020/is-green-hydrogen-the-sustainable-fuel-of-the-future-.html
[16] The Future of Hydrogen, AIE
[17] https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2018/Sep/IRENA_Hydrogen_from_renewable_power_2018.pdf
[18] The Future of Hydrogen, AIE
[19] https://www.intelligenttransport.com/transport-articles/118176/hydrogen-buses-first-bus/
[20] https://ec.europa.eu/transport/themes/urban/clean-vehicles-directive_en
[21] https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A32014L0094
[22] https://ec.europa.eu/eusurvey/runner/Clean_Bus_Declaration
[23] http://urbanaccessregulations.eu/
[24] https://www.fch.europa.eu/news/hydrogen-roadmap-europe-sustainable-pathway-european-energy-transition
[25] https://ec.europa.eu/info/strategy/recovery-plan-europe_en
[26] https://www.fuelcellbuses.eu/projects/jive-2
[27] https://www.fch.europa.eu/
[28] https://www.intelligenttransport.com/transport-news/119052/bus-shake-up/
[29] https://www.intelligenttransport.com/transport-news/95432/octa-debuts-americas-largest-hydrogen-bus-fuelling-station/
[30] https://www.sustainable-bus.com/fuel-cell-bus/fuel-cell-bus-hydrogen/
[31] https://frv.com/en/frv-contributes-to-the-decarbonization-of-public-mobility-through-green-hydrogen/
[32] https://www.bloomberg.com/news/articles/2021-01-19/toyota-backed-paris-venture-targets-10-000-hydrogen-cars-by-2024
[33] https://fortune.com/2021/04/23/hydrogen-train-transport-europe-green-rail/
[34] https://fortune.com/2021/04/23/hydrogen-train-transport-europe-green-rail/
[35] https://www.fch.europa.eu/sites/default/files/Hydrogen%20Roadmap%20Europe_Report.pdf
[36] Hydrogen Roadmap Europe: A sustainable pathway for the European Energy Transition. Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking (2019)
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