Les gouvernements d’Amérique du Nord et d’Europe ont mis en place plusieurs politiques pour favoriser la production d’hydrogène à bas carbone (vert ou bleu, pour les gens qui aiment les couleurs), mais peu de politiques pour forcer son utilisation.

Actuellement, l’hydrogène de source fossile est surtout utilisé en raffinage, pour la fabrication de fertilisant et pour la fabrication de méthanol. Cet hydrogène est souvent auto-produit sur place à partir de gaz naturel. Ces usages particuliers sont fortement exposés aux marchés et très sensibles aux prix. On comprend qu’il y a alors peu d’intérêt pour la même molécule, mais qui coûte plus cher à produire juste parce qu’on émet moins de carbone.

L’industrie de l’hydrogène à bas carbone c’est alors tournée vers des usages émergents, comme la réduction du minerai de fer ou le transport lourd. Or, il y a encore peu de demande pour ces usages, et il n’est même pas certain qu’une demande importante émerge en transport. En conséquence, on voit des projets de production d’hydrogène à bas carbone être stoppés aux É.-U. et au Canada, ainsi que des projets de pipeline s’arrêter en Allemagne, simplement parce qu’il n’y a pas de preneurs.

À court terme, je pense qu’on doit considérer l’hydrogène à bas carbone comme un produit de première qualité, dont la quantité est limitée et donc le vendre pour des usages moins exposés aux marchés, comme certains usages industriels où de l’hydrogène très pur est requis, par exemple en fabrication microélectronique. En fait, pour certains usages industriels, l’hydrogène vert pourrait même être concurrentiel si fabriqué près de là où il est utilisé, évitant le transport d’hydrogène fossile fabriqué dans les usines pétrochimiques.

J’ai bien aimé la conférence HyPorts-Meet4Hydrogen, à Trois-Rivières cette semaine.

Les présentations de Hy2gen et de Greenfield Global étaient particulièrement intéressantes. Dans les 2 cas, on utilise de l’hydrogène vert dans des processus industriels, et non directement comme un vecteur énergétique.
–  Hy2Gen, à Baie-Comeau, produira du nitrate d’ammonium servant à faire des explosifs. L’hydrogène vert, produit à partir de l’hydroélectricité de la Côte-Nord, y sert d’intrant pour le nitrate d’ammonium aussi utilisé sur la Côte-Nord, permettant de décarboner en partie le secteur minier. On pourrait presque parler d’économie circulaire!
–  Greenfield produit du méthanol et de l’éthanol, et du biodiesel et du carburant d’aviation durable (SAF) dans le futur, qui peuvent être utilisés comme vecteur énergétique, l’hydrogène étant un intrant dans ces processus. Ces produits visent d’abord le marché maritime, et éventuellement le transport terrestre et aérien.

Les projets Hy2Gen et Greenfield s’harmonisent également avec la stratégie du gouvernement du Québec (qui présentait également) visant à promouvoir l’utilisation locale de l’hydrogène vert.

Il y a eu plusieurs présentations de ports européens, comme Rotterdam et Dunkerque. L’échelle des projets d’hydrogène vert et de carburants renouvelables qui y sont mis en œuvre est colossale. Il n’y a pas de doute que nous aurons besoin de grande quantité d’hydrogène vert, à la fois pour remplacer l’hydrogène gris dans ses applications actuelles (ammoniac, méthanol, réduction du minerai de fer, etc.) et pour l’expansion de ces applications.

Quelques présentations, dont celles de Rotterdam et de Dunkerque, supposent une grande demande pour l’hydrogène en tant que vecteur énergétique direct pour le transport terrestre. À écouter l’ensemble des présentations, je vois mal comment on pourrait justifier l’utilisation d’hydrogène dans des piles à combustible ou dans des moteurs à combustion interne en transport alors qu’on peut utiliser du méthanol, de l’éthanol ou du diesel renouvelables (fabriqués en partie avec de l’hydrogène vert comme intrant). Évidemment, c’est plus cher que le diesel fossile, mais vraisemblablement moins cher que de déployer une infrastructure de distribution d’hydrogène pour les quelques applications où l’électrification directe ou par batterie ne sera pas possible. De plus, les véhicules actuels peuvent être utilisés au lieu d’avoir des véhicules à pile à combustible 2 fois plus chers… À mon avis, il y aura probablement quelques applications de niche pour les piles, mais des niches, pas plus. On pourrait critiquer l’empreinte carbone des carburants renouvelables, qui est potentiellement plus grande que celle de la chaîne hydrogène vert et pile à combustible, mais les carburants renouvelables constituent un grand pas et probablement une approche de décarbonation à moindre coût. Aussi, notons qu’il y aura à surmonter quelques contraintes, comme le point de congélation du biodiésel.

I really enjoyed the HyPorts-Meet4Hydrogen conference in Trois-Rivières this week.

The Hy2gen and Greenfield Global presentations were particularly interesting. In both cases, green hydrogen is used in industrial processes, and not directly as an energy carrier.
–  Hy2Gen, in Baie-Comeau, will produce ammonium nitrate used to make explosives. Green hydrogen, produced from North Shore hydroelectricity, is used as an input for the ammonium nitrate also used on the North Shore, making it possible to partially decarbonize the mining sector. We could almost talk about a circular economy!
–  Greenfield produces methanol and ethanol, and biodiesel and sustainable aviation fuel (SAF) in the future, which can be used as an energy carrier, with hydrogen being an input in these processes. These products are primarily aimed at the maritime market, and eventually at land and air transport.

Hy2Gen and Greenfield projects also align with the strategy of the Québec government (also presenting) to promote the local use of green hydrogen.

There were several presentations from European ports, such as Rotterdam and Dunkirk. The scale of green hydrogen and renewable fuel projects (which are being implemented there) is colossal. There is no doubt that we will need large amounts of green hydrogen, both to replace grey hydrogen in its current applications (ammonia, methanol, iron ore reduction, etc.) and for the expansion of these applications.

Some presentations, including those of Rotterdam and Dunkirk, assume a great demand for hydrogen as a direct energy carrier for land transport. Listening to all the presentations, I find it difficult to see how we could justify the use of hydrogen in fuel cells or in internal combustion engines in transportation when we can use renewable methanol, ethanol or diesel (partly made with green hydrogen as an input). Obviously, this is more expensive than fossil diesel, but presumably cheaper than deploying hydrogen distribution infrastructure for the few applications where direct or battery electrification will not be possible. In addition, current vehicles can be used instead of having fuel cell vehicles that are 2 times more expensive… In my opinion, there will probably be a few niche apps for fuel cells, but niches, no more. One could criticize the carbon footprint of renewable fuels, which is potentially larger than that of the green hydrogen-fuel cell pathway, but renewable fuels are a big step forward and probably a lower-cost decarbonization approach. Also, it should be noted that there will be some constraints to overcome, such as the freezing point of biodiesel.

Over the last couple of years, I have been approached to describe the hydrogen fueling infrastructure or for opportunities related to hydrogen production or distribution. So, here is my point of view for all to know.

• Production of low-carbon (“green”) hydrogen will be essential to replace the ?60 millions of tons of fossil (“gray”) hydrogen used as feedstock for various chemical processes, such as making fertilizer. This is a large decarbonization challenge, and it will be decades before the production of low-carbon hydrogen can catch up. Note that another ?60 millions of tons of fossil hydrogen are used to upgrade crude oil and remove sulfur during refining, but this use of hydrogen will diminish as we transition away from fossil fuel. 
• Molecular hydrogen could be used as an energy carrier, but it is a lousy one, regardless of its color. In fact, the ?120 millions of tons of fossil hydrogen produced now are not used as an energy carrier, except for some small niches, like lunar rockets. Made from low-carbon electricity using electrolyzers, hydrogen is a highly inefficient energy carrier, with only 1/4 to 1/3 of the energy used in the process recovered when the hydrogen is fed to a fuel cell or simply burned for heat. Hydrogen as an energy carrier is also inefficient, as it is difficult to transport and store it, exemplified by the difficulty Nasa had when launching its latest lunar mission. 

As an energy carrier, poor efficiency and effectiveness of hydrogen results in poor economics versus direct electrification of transportation and heat, for most applications. The niche applications where hydrogen could be used will also suffer from low volume in comparison to direct electrification solutions, resulting in worsening economics. Unless you are Nasa, you should probably stay away from hydrogen as an energy carrier. 

Note that hydrogen is not an energy source, but it could be a carrier. While hydrogen is a very common element, it is not an energy source, as it cannot be mined or found in a form that is usable to generate energy. It is an energy carrier when electricity is used to produce molecular hydrogen, which can be converted back to electricity or heat, albeit not efficiently. 

A final note on my personal history: I built an electrolyzer when I was 13 years old. I lit up the resulting hydrogen to make a bang — a rather big bang, it turned out. My mother was not impressed and told me, “never again”. I have a lot of respect for my mother, and perhaps you should too.