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Hydrogène vert, le carburant du futur

Alors que la technologie est en train d’arriver à maturité, les projets d’investissement dans l’hydrogène propre se multiplient.
Et le cours des sociétés actives dans ce domaine s’envole.

Et si cette fois c’était la bonne ? Maintes fois présenté comme la solution pour sortir du pétrole et des autres énergies fossiles depuis les années 1970, l’hydrogène – en réalité du dihydrogène (H2) – semble enfin prendre son envol. Début juin, l’Allemagne a adopté un vaste programme d’investissements de 9 milliards d’euros pour développer cette filière. Un mois plus tard, c’est la Commission européenne qui dévoilait son propre plan hydrogène dont le coût est devisé entre 180 et 470 milliards d’euros d’ici à 2050.

« L’annonce du plan allemand a suscité une effervescence autour du secteur », souligne Xavier Regnard, analyste pour la banque d’affaires Bryan Garnier & Co. Résultat : le cours des entreprises spécialisées dans le domaine s’est envolé. Depuis le début de l’année 2020, le titre de la société américaine Nikola, par exemple, a augmenté de plus de 270%. En Europe, les entreprises Ceres Power, ITM Power et McPhy Energy ont vu leurs cours bondir de respectivement 100%, 265% et 540%. Aucune de ces sociétés ne gagne d’argent, mais toutes sont positionnées sur des technologies liées à l’hydrogène qui intéressent de plus en plus les pouvoirs publics, énergéticiens, industriels et évidemment les investisseurs.

Ce n’est pas la première fois que les marchés s’enflamment pour l’hydrogène, comme le rappelle la banque UBS, dans un rapport publié le 22 juin.

En 2000 déjà, l’index regroupant les entreprises du secteur avait vu sa valeur multipliée par six avant d’exploser brutalement en vol. « Depuis des décennies, l’hydrogène a été plein de promesses mais n’a donné que peu de résultats », observent les analystes d’UBS. Une nouvelle bulle hydrogène serait-elle en train de se former ? « Je ne pense pas, répond Xavier Regnard, analyste chez Bryan, Garnier & Co. Certes, le secteur connaît un super parcours boursier depuis le début de l’année. Mais ce n’est pas déconnecté de la réalité. Il existe une vraie demande, de vrais projets et de vraies perspectives. Les technologies commencent à arriver à maturité et, face à l’urgence climatique, il sera nécessaire de se tourner vers l’hydrogène vert. Lors des premières vagues boursières, le secteur n’a pas tenu ses promesses et les investisseurs ont été déçus. Mais cette fois, il semble que ce soit la bonne. » 

C’est que, sur le papier, ce gaz incolore et inodore promet beaucoup, répondant parfaitement aux exigences écologiques du moment. L’électrolyse de l’eau permet en effet de casser une molécule d’eau en hydrogène et en oxygène au moyen d’un simple courant électrique : « Si l’électricité utilisée est d’origine renouvelable et que l’on se situe près d’une source d’eau, il est possible de produire de l’hydrogène en tout point de la planète, à la demande et de manière totalement propre », souligne Daniel Hissel, lauréat de la médaille innovation du CNRS en 2020. En Suisse, la centrale au fil de l’eau d’Alpiq à Gösgen produit ainsi de l’hydrogène 100% vert depuis février 2020.

 

« On a longtemps cantonné l’hydrogène dans le ghetto de l’automobile, mais il existe des opportunités dans toutes les industries »

Thierry Lepercq, auteur du livre Hydrogène, le nouveau pétrole

 

Une fois fabriqué, ce gaz peut être stocké en grande quantité, transporté sous forme de gaz par pipeline ou sous forme liquide par bateau ou camion. Il peut également être transformé en électricité ou en méthane pour alimenter les maisons et l’industrie, et en combustibles pour les voitures, les camions, les navires et les avions. « À l’instar du pétrole, l’hydrogène est facile à stocker et à transporter, souligne Thierry Lepercq, auteur du livre Hydrogène, le nouveau pétrole et fondateur de l’entreprise SolaireDirect. Il peut donc remplacer avantageusement les énergies fossiles dans tous les domaines (transport, industrie, énergie). On a longtemps cantonné l’hydrogène dans le ghetto de l’automobile, mais il existe des opportunités dans toutes les industries. C’est un marché phénoménal. » À l’horizon 2050, il pourrait valoir 1000 milliards de dollars, selon la banque HSBC, et même 2500 milliards de dollars, selon le cabinet McKinsey – sachant que ces prévisions sont antérieures aux récents plans d’investissement allemand et européen.

DE L’HYDROGÈNE NOIR À L’HYDROGÈNE VERT

En 2018 – chiffres disponibles les plus récents – le marché de l’hydrogène s’est élevé à 130 milliards de dollars, avec une production annuelle de 74 millions de tonnes. Cette source d’énergie a été utilisée principalement pour fabriquer des engrais et raffiner des produits pétroliers. Mais plus de 95% de l’hydrogène produit actuellement est fabriqué à partir d’hydrocarbures (pétrole, gaz naturel ou de charbon). Un processus polluant qui émet autant de CO2 que le Royaume-Uni et l’Indonésie réunis, selon les calculs de l’Agence internationale de l’énergie (AIE). Un hydrogène gris ou noir donc, qui ne répond pas du tout au défi du réchauffement climatique.

Pour devenir l’énergie du futur annoncée, l’hydrogène doit donc se verdir. « Les technologies pour fabriquer de l’hydrogène propre existent. Mais elles restent plus chères que la production à base d’hydrocarbures, explique Thierry Lepercq. L’enjeu, aujourd’hui, c’est de produire cet hydrogène vert à un coût compétitif. » En 2018, il fallait compter entre 3 et 7,5 dollars pour fabriquer un kilo d’hydrogène vert avec un électrolyseur, soit 2 à 3 fois plus qu’une production à partir de gaz naturel (hydrogène gris), selon l’AIE.

« La rentabilité brutale n’est pas un bon indicateur, tempère Daniel Hissel. Si l’on ne regarde que le prix à la pompe, on perd de vue le bénéfice global pour la société de se passer des énergies fossiles. » Un avis que ne partage pas Thierry Lepercq : « Dans le monde des matières premières, il faut être au bon prix. Si vous devez être subventionné, vous n’êtes pas dans le marché et ne récoltez que des miettes. Pour l’hydrogène, le bon prix, c’est 1 dollar le kilo. Au-delà, ce n’est pas suffisamment compétitif face au pétrole. »

Il y a encore quelques années, un tel objectif semblait totalement utopique. Mais le vent a tourné. En juin 2019, l’Agence internationale de l’énergie (AIE) a soutenu pour la première fois l’utilisation de ce gaz dans un rapport crucial sobrement baptisé « The future of Hydrogen ». « L’hydrogène connaît aujourd’hui un élan sans précédent. Le monde ne devrait pas manquer cette chance unique de faire de ce gaz un élément important de notre avenir énergétique propre et sécurisé », écrit Fatih Birol, directeur exécutif de l’AIE, en préambule. La raison de ce revirement ? Les coûts de l’hydrogène produit à partir d’énergie renouvelable chutent plus vite que prévu et l’AIE estime que son utilisation sera compétitive dès 2030.

 

« L’hydrogène n’est pas un effet de mode »

Hubert Girault, professeur d’électrochimie physique et analytique à l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)

 

« En fait, ce sera bien avant, juge Thierry Lepercq. Dans cinq ans, nous devrions atteindre 1 dollar par kilo. Certains fabricants annoncent un prix de 1,5 dollar dès la fin de l’année 2020. » Deux raisons expliquent cette chute des prix. D’abord, pour produire de l’hydrogène vert, il faut de l’électricité totalement propre, c’est-à-dire provenant de sources renouvelables, et peu chères. Or entre 2009 et 2019, le coût de l’électricité produite dans des centrales solaires a été divisé par 9 à 40 dollars le mégawattheure, selon une étude de la banque Lazard publiée fin 2019, tandis que celui de l’éolien est passé de 135 à 41 dollars du mégawattheure. « Et les prix vont continuer de baisser dans les prochaines années, pour atteindre 10 dollars le mégawattheure en 2025 avec le solaire, ce qui, mécaniquement, va diminuer le prix de l’hydrogène vert », prédit Thierry Lepercq.

Ensuite, la deuxième évolution vient des électrolyseurs, ces machines qui permettent de transformer l’eau en hydrogène, grâce à l’électricité. « Ces dernières années, le secteur est passé de petites unités pilotes, c’est-à-dire des démonstrateurs dont la puissance n’excédait pas 1 mégawatt, à de vrais projets industriels qui peuvent atteindre 10, 20 et même plusieurs centaines de MW, raconte Xavier Regnard, analyste pour la banque d’affaires Bryan Garnier & Co. Ce changement d’échelle va conduire à une industrialisation de la filière et à une baisse des prix. »

Dans le port de Rotterdam, par exemple, les compagnies BP et Nouryon projettent de construire un électrolyseur de 250 MW, qui devrait voir le jour en 2025. Évidemment, cette industrialisation de la filière va être facilitée par les plans d’investissement des gouvernements. L’Allemagne prévoit ainsi de produire 5 gigawatts (5000 MW) d’hydrogène vert d’ici à 2030 et 10 gigawatts d’ici à 2040. « Nous posons les jalons pour devenir le numéro un mondial des technologies de l’hydrogène, a résumé le ministre de l’Économie Peter Altmeier. L’Allemagne va jouer un rôle de pionnier, comme nous l’avons fait il y a vingt ans avec la promotion des énergies renouvelables. » Quant à la Commission européenne, elle vise 6 gigawatts en 2024 et 40 gigawatts en 2030.

« L’hydrogène n’est pas un effet de mode, souligne Hubert Girault, professeur d’électrochimie physique et analytique à l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Il suffit de regarder ce qu’il se passe en Chine : il y a deux-trois ans, le gouvernement a apporté son soutien à ce vecteur énergétique. Or lorsque Pékin supporte un secteur, le pays ne tarde pas à devenir le leader mondial, comme on l’a vu avec les batteries lithium-ion ou les panneaux solaires. » Dès 2017, le Japon a également adopté un plan hydrogène, imité par la Corée du Sud en 2019. Des conglomérats comme Hyundai, Kawasaki ou Toyota investissent depuis des années et proposent des solutions que l’on trouve déjà sur le marché.

Face à la perspective que l’hydrogène vert devienne la norme, les acteurs historiques – qui eux carburent à l’hydrogène gris – réagissent. En 2019, Air Liquide a pris une participation de 18,6% dans le capital de la société canadienne Hydrogenics Corporation, un spécialiste des piles à combustible et des équipements de production d’hydrogène par électrolyse. Quant à l’allemand Linde, il est entré au capital du fabricant d’électrolyseur britannique ITM Power, également en 2019. Même les pétroliers, comme BP, Total et Shell se penchent réellement sur le sujet et ont créé des filiales dédiées. « Que des géants comme Linde et Air Liquide prennent des positions constitue un bon signal, souligne Xavier Regnard. Cela montre qu’ils croient, eux aussi, au potentiel de l’hydrogène vert. »

À l’horizon 2050, l’hydrogène pourrait couvrir 18 à 20% de la consommation énergétique mondiale. La raison ? Ce gaz peut être utilisé dans de nombreux domaines, sans émissions de CO2.

LES DIFFÉRENTES SOURCES D’HYDROGÈNE

Hormis au fond des océans dans les zones inter-plaques, le dihydrogène n’existe pas à l’état naturel sur la planète. À la différence des énergies fossiles comme le pétrole, il faut donc le fabriquer – son exploitation très loin des côtes n’étant pas économiquement rentable. Plusieurs techniques existent, mais toutes ne sont pas propres.

HYDROGÈNE NOIR
L’hydrogène est produit à partir de charbon ou de lignite, par un processus appelé gazéification. Il s’agit de la méthode la plus polluante mais, heureusement, elle est assez peu utilisée de nos jours. L’hydrogène produit revient entre 1 et 2 dollars le kilo.

HYDROGÈNE GRIS
Le dihydrogène est fabriqué à partir de gaz naturel, par une réaction chimique appelée reformage du gaz à la vapeur d’eau. Cette méthode est la plus utilisée actuellement en raison de son faible coût (1 à 3 dollars le kilo), mais elle dégage beaucoup de CO2.

HYDROGÈNE BLEU
L’hydrogène est fabriqué par reformage du gaz naturel comme l’hydrogène gris, mais le CO2 dégagé lors de la production est capturé par des filtres, puis réutilisé ou stocké et non relargué dans l’atmosphère. L’hydrogène bleu coûte 1,5 à 3 dollars le kilo.

HYDROGÈNE VERT
L’hydrogène est produit par électrolyse de l’eau, c’est-à-dire en cassant des molécules d’eau (H2O) en dihydrogène (H2) et oxygène (O), via un courant électrique fournit par des énergies renouvelables (solaire, éolien, barrage hydroélectrique). La méthode possède l’avantage de ne dégager aucun gaz à effet de serre, mais elle reste chère (3 à 7,5 dollars le kilo).

 
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