Hydrogène et ammoniac : un risque de fuites néfaste pour le climat

L’hydrogène vert – pro­duit par élec­trol­yse de l’eau à l’aide d’énergies renou­ve­lables – est con­sid­éré par l’Union européenne (UE) comme un pili­er de la tran­si­tion énergé­tique. Depuis l’invasion de la Russie en Ukraine, l’UE a encore accéléré ses ambi­tions pour sor­tir de la dépen­dance aux éner­gies fos­siles russ­es : d’ici 2030, les objec­tifs sont portés à 9,6 mil­lions de tonnes d’hydrogène vert pro­duit en UE, et 10 mil­lions de tonnes importées (dont 40 % sous forme d’ammoniac)¹. La com­bus­tion de l’hydrogène (H₂) pro­duit de l’eau et des oxy­des d’azote, s’affranchissant ain­si du rejet de CO₂ – un gaz à effet de serre (GES) – dans l’atmosphère.

En rem­plaçant les com­bustibles fos­siles par de l’hydrogène vert, et en con­sid­érant les taux de fuite actuels, on réduit les émis­sions de CO₂ de 94 % 

Sous sa forme gazeuse, l’hydrogène peut être trans­porté sur de longues dis­tances dans les réseaux de gaz déjà exis­tants. Or, ces instal­la­tions – ain­si que celles de pro­duc­tion – enreg­istrent des anom­alies, à l’instar des fuites mas­sives de méthane observées par satel­lite depuis quelques années. Air Liq­uide, un pro­duc­teur d’hydrogène, estime la perte d’hydrogène com­pressé (sous sa forme gazeuse) à 4,2 %. Le chiffre grimpe jusqu’à 20 % pour l’hydrogène trans­porté sous forme liq­uide³. « Con­traire­ment au méthane, il n’est pas pos­si­ble de mesur­er l’hydrogène par satel­lite, com­mente Fabi­en Paulot. Ces esti­ma­tions sont donc assez incer­taines. En revanche, nous esti­mons que les tech­nolo­gies futures pour­raient réduire les fuites. » Bien que la hausse de l’hydrogène aug­men­tant l’effet de serre (voir encadré), ces fuites con­tre­bal­an­cent-elles ses effets posi­tifs dans la tran­si­tion énergé­tique ? « Cela paraît très peu prob­a­ble », répond Didi­er Hauglus­taine. Avec Fabi­en Paulot, il a co-écrit une pub­li­ca­tion sur le sujet parue en 2023 dans la revue Nature Com­mu­ni­ca­tions Earth & Envi­ron­ment⁴. « En rem­plaçant les com­bustibles fos­siles par de l’hydrogène vert, et en con­sid­érant les taux de fuite actuels, on réduit les émis­sions de CO₂ de 94 %, ren­seigne Didi­er Hauglus­taine. Pour l’hydrogène bleu, ces chiffres tombent à 70–80 %. Même en ten­ant compte des incer­ti­tudes actuelles, l’hydrogène reste un levi­er très intéres­sant pour réduire les retombées cli­ma­tiques de l’énergie, en par­ti­c­uli­er pour le trans­port mar­itime, routi­er ou les indus­tries lour­des. »

Mais l’économie de l’hydrogène repose sur un autre gaz impor­tant dans la chaîne de valeur : l’ammoniac. Il est en effet pos­si­ble de trans­former l’hydrogène (H₂) en ammo­ni­ac (NH₃). Ce dernier est ensuite soit brûlé pour fournir directe­ment une source d’énergie ; soit con­ver­ti à nou­veau en hydrogène par craquage. Ces procédés sont maîtrisés et des navires nav­iguent déjà grâce à la com­bus­tion directe d’ammoniac. Dans un scé­nario de tran­si­tion énergé­tique con­tenant le réchauf­fe­ment cli­ma­tique à 1,5 °C, l’Agence inter­na­tionale des éner­gies renou­ve­lables (IRENA)⁵ con­sid­ère que l’hydrogène répondrait à 12 % de la demande mon­di­ale en énergie en 2050. Dans ce scé­nario, un quart de l’hydrogène con­som­mé dans le monde est issu du com­merce inter­na­tion­al. De plus, 55 % est trans­porté sous forme d’hydrogène pur ou mélangé et 45 % par bateau, majori­taire­ment sous forme d’ammoniac.

L’ammoniac est indis­pens­able à une économie basée sur l’hydrogène. Or, le trans­port d’ammoniac (NH₃) présente lui aus­si des risques de fuite, aux effets bien plus délétères sur le cli­mat. Cer­tains com­posés issus de la com­bus­tion de NH₃ sont de puis­sants GES, à l’instar du pro­toxyde d’azote (N₂O) dont le poten­tiel de réchauf­fe­ment est 265 fois plus élevé que celui du CO₂. Dans un arti­cle pub­lié dans la revue PNAS en novem­bre 2023⁶, des sci­en­tifiques améri­cains éval­u­ent ce risque. L’ammoniac présen­tant des simil­i­tudes avec le méthane, ils utilisent par analo­gie les mêmes taux de fuite que ceux du méthane, mesurés par satel­lite. 0,5 à 5 % de l’ammoniac pour­rait être per­du dans l’environnement sous la forme d’azote réac­t­if. Ces pertes s’expliquent par les fuites mais aus­si par la com­bus­tion de l’ammoniac : lorsqu’elle est incom­plète, elle con­tribue à émet­tre de l’azote réac­t­if dans l’atmosphère. Pour l’estimation la plus élevée (5 % de pertes), cela représente l’équivalent de la moitié de la per­tur­ba­tion cli­ma­tique mon­di­ale aujourd’hui créée par l’utilisation d’engrais azotés (l’équivalent de 2,3 Gt CO₂ sont émis chaque année, soit 1/5^ème des émis­sions du secteur agri­cole).

À cela s’ajoutent des réac­tions indésir­ables lors de la com­bus­tion de l’ammoniac. Si elles sont min­imisées par les tech­nolo­gies récentes, elles exis­tent tou­jours et génèrent notam­ment du N₂O. Les auteurs de l’étude dans PNAS esti­ment que cet effet pour­rait com­plète­ment con­tre­bal­ancer les retombées pos­i­tives de la tran­si­tion énergé­tique, dépas­sant les retombées cli­ma­tiques actuelles des com­bustibles fos­siles comme le char­bon. Même dans le meilleur cas (où il n’y aurait aucune fuite), l’équipe cal­cule que l’ammoniac a une empreinte car­bone plus élevée que l’éolien ou l’énergie géother­male, mais com­pa­ra­ble à celle de l’énergie solaire.

En 2022, une autre équipe sci­en­tifique éval­u­ait les retombées d’une tran­si­tion vers l’ammoniac pour décar­bon­er le trans­port mar­itime⁷. Leur con­clu­sion était sim­i­laire : de faibles fuites de N₂O – lors de la com­bus­tion ou du trans­port – con­tre­bal­an­cent com­plète­ment les retombées cli­ma­tiques d’une telle tran­si­tion. « Ces esti­ma­tions sont les pre­mières réal­isées, elles com­pren­nent des incer­ti­tudes, car cette économie est encore très peu dévelop­pée, elles for­cent peut-être un peu le trait, com­mente Didi­er Hauglus­taine. Mais elles sont cru­ciales : elles tirent la son­nette d’alarme sur l’ammoniac, dont les retombées sur le cli­mat sont très sig­ni­fica­tives. » Or, l’ammoniac séduit le secteur mar­itime : il est rel­a­tive­ment aisé de con­ver­tir un moteur ther­mique pour utilis­er de l’ammoniac, et les fab­ri­cants pré­par­ent déjà des moteurs dédiés. Ces pre­mières études démon­trent l’importance de veiller à ne pas inve­stir dans une fausse bonne solu­tion pour le climat.

Anaïs Marechal

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