Enquête Les premiers pas du bio-hydrogène

Pour éliminer le gaz naturel de la production d’hydrogène (hydrogène « gris »), la voie la plus connue est celle de l’e-hydrogène issu de l’électrolyse de l’eau. Autrement dit, celle de la filière électrique qui veut développer un hydrogène « jaune » (nucléaire) ou « vert » (renouvelable), pour répondre aux industries fortement consommatrices d’hydrogène aujourd’hui (p. ex. engrais) et potentiellement demain (p. ex. aéronautique). Mais les filières agricoles, et plus largement de la biomasse, n’ont pas dit leur dernier mot, et veulent faire une place au bio-hydrogène.

Trois procédés sont sur la table. L’hydrogène produit par thermolyse à partir de biomasse est le plus prometteur. Il sort actuellement des laboratoires pour déboucher sur des projets commerciaux. La thermolyse consiste à porter à haute température (plus de 800°C) un intrant organique hydrocarboné (biomasse), pour qu’il en ressorte de l’hydrogène d’un côté et du carbone de l’autre. En France, elle est principalement portée par la société Haffner Energy.

Basée à Vitry-le-François (Marne) et introduite en Bourse début 2022, Haffner Energy conduit deux projets de production de biohydrogène. Celui de Montmarault (Allier) doit ouvrir en 2024. Haffner y est actionnaire à 10 %, l’actionnaire majoritaire étant la SARL Roussel (60 %), un négociant en bois de chauffage. Les autres investisseurs sont le distributeur de carburants Avia (20 %) et un particulier, Jean-Paul Fargheon (10 %).

Bientôt des stations-service de biohydrogène

Le site de Montmarault inclura une station autoroutière équipée du procédé Hynoca (« hydrogen no carbon »), avec une production de 720 kg d’hydrogène par jour, « soit l’équivalent de 30 à 35 t de biomasse quotidiennement », indique Kévin Roussel, patron de l’entreprise éponyme. La station-service alimentera des véhicules lourds à moteur à hydrogène. « L’objectif est de distribuer le maximum d’hydrogène sur son lieu de production, pour éviter de transporter le produit », précise-t-il. Les quantités non distribuées à la station seront transférées par Avia à ses stations ou à des industriels.

L’autre station-service sera située à Chambœuf (Côte-d’Or), « près de notre siège social, avec les mêmes volumes », ajoute Kévin Roussel. Elle entrera en fonctionnement quelques mois plus tard. Sans surprise, au vu de l’actionnariat, l’approvisionnement sera essentiellement issu de la filière bois : « Sur les 200 000 tonnes de biomasse ligneuse que nous commercialisons chaque année, 95 % sont des résidus. Nos produits, criblés, sont les parties fines des résidus de scieries. » Le prix de vente de l’hydrogène devrait ressortir à 10 €/kg, selon lui.

La filière bois est pour l’instant la mieux placée pour répondre aux besoins de cette technologie, mais l’agriculture aurait son mot à dire. « La production conjointe d’hydrogène et de biochar pour les cultures par thermolyse est faisable avec des fumiers, car ils sont secs et contiennent de la paille ou des résidus ligneux », assure Christian Bestien, directeur du développement d’Haffner Energy. L’entreprise conduit plusieurs projets de recherche sur le sujet (voir notre entretien dans ce dossier).

Le biochar, coproduit intéressant pour les sols

L’hydrogène n’est pas le seul produit intéressant de la thermolyse. Dans ce procédé, le carbone de la biomasse est transformé en biochar, un charbon à usage agricole. Du fait de sa porosité, ce coproduit est reconnu pour ses propriétés d’amendement du sol et de rétention d’eau. « Nous estimons pouvoir commercialiser le biochar de résidus fins à 100-150 €/t, assure Kévin Roussel. Un biochar plus raffiné et avec des particules plus grosses peut être vendu à 500-550 €/t ».

Le biochar aurait d’ailleurs des vertus climatiques. « La thermolyse de biomasse combine production d’énergies renouvelables avec une solution de séquestration du carbone, le biochar. L’ensemble du procédé piège plus de carbone qu’il n’en émet, assure Claire Chastrusse, directrice générale de la start-up Carbonloop, qui va exploiter la technologie d’Haffner. Le biochar est à la fois un puits de carbone, reconnu par le Giec comme solution qui retire du CO₂ durablement de l’atmosphère, et également un substrat pour l’agriculture qui permet de restaurer les sols et améliorer les cultures. »

Un projet en Île-de-France pour 2023

Start-up basée à Paris, Carbonloop travaille sur deux projets de production d’hydrogène en Île-de-France, dont l’un pour 2023. Le plus avancé est un projet de production d’électricité et de chaleur sur un site situé dans les Yvelines, « qui devrait être mis en service mi-2023, indique Claire Chastrusse. Un second projet est également en cours d’étude pour produire de l’hydrogène directement sur une station de distribution d’hydrogène de son partenaire Hyliko (constructeur de camions à hydrogène).

Dans les modalités de fonctionnement, la start-up propose à ses clients un service totalement intégré : elle pilotera le financement des opérations, l’installation et l’exploitation des unités de production chez ses clients, la gestion de l’approvisionnement en biomasse, la récupération du biochar et sa commercialisation pour fertiliser des terres agricoles. « Nous prendrons aussi en charge la certification des tonnes de carbone séquestrées par le biochar pour générer des crédits de carbone à nos clients », précise Claire Chastrusse.

Enfin, dans la voie de la gazéification de la biomasse à haute température, il existe une autre technique, cousine de la thermolyse : la pyrolyse. Un projet d’usine de coproduction d’hydrogène et de biochar est en cours chez l’entreprise Etia, qui conçoit et fabrique des pyrolyseurs. Des essais sont en cours dans son laboratoire pilote de Compiègne. Ses clients sont implantés en Suisse, un autre en Allemagne, un autre encore en Suède, pour à chaque fois un volume de 800 tonnes de biochar par an, distribué sous la marque Biogreen, qui est aussi le nom de la technologie d’Etia, signale Olivier Lepez, fondateur de l’entreprise. « Un projet, le plus grand (2 000 tonnes), est en construction en Norvège. »

Coupler hydrogène et biométhane

La deuxième grande voie de fabrication de bio-hydrogène, c’est la voie fermentaire. Le procédé est proche de la méthanisation par les intrants qu’elle mobilise et par les synergies possibles dans les unités de production. Cette technologie aussi appelée "biologique" est expérimentée à l’Inrae de Narbonne. Dans ce procédé, la production d’hydrogène représente 20 % de la production de gaz renouvelable à l’échelle du laboratoire, le reste étant du biométhane. « L’objet de nos recherches est de faire que la production d’hydrogène n’entame pas celle de biométhane », indique Éric Trably, directeur de recherche à l’Inrae de Narbonne et coordinateur du programme Probhym.

Les intrants peuvent être les mêmes pour l’hydrogène que pour le biométhane : résidus humides des industries agroalimentaires (conserveries de légumes, viande, poissons, laiteries, résidus gras des huileries), déchets de cuisine, poussières de céréales. Le facteur limitant risque d’être la compétition d’usage avec la méthanisation, car ces matières premières fortement méthanogènes sont convoitées par les méthaniseurs. « La voie fermentaire ne pourra pas produire de l’hydrogène massivement, parce que les ressources de biomasse ne seront jamais suffisantes. Mais elle pourra permettre une production locale », commente Éric Trably. Autre avantage : « Les analyses de cycle de vie (ACV) de la voie fermentaire sont très bonnes sur le plan environnemental », ajoute-t-il.

Enfin la dernière grande voie explorée est de transformer du biométhane en biohydrogène. C’est ce que l’on appelle la pyrolyse du méthane. Elle produit d’un côté de l’hydrogène, et de l’autre du noir de carbone, pour la fabrication de pneus, d’encre ou de plastiques noirs. Une nouvelle technologie de pyrolyse du méthane est actuellement en cours de développement dans un pilote préindustriel construit à Mons (Belgique), et entré en fonctionnement en 2022.