L'hydrogène vert transforme la production d'acier

La sidérurgie représente environ 7 à 9 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone. Cette part en fait l'un des secteurs industriels les plus difficiles à décarboner. L'hydrogène vert, produit par électrolyse de l'eau à partir d'électricité renouvelable, est présenté comme une alternative crédible au charbon dans la réduction du minerai de fer.

Le principe de la réduction directe par l'hydrogène

La fabrication classique de l'acier repose sur le haut-fourneau. Le minerai de fer y est réduit, c'est-à-dire débarrassé de son oxygène, grâce au coke, un dérivé du charbon. Cette réaction produit du dioxyde de carbone. L'hydrogène peut remplacer le coke dans cette fonction de réduction. En réagissant avec l'oxygène du minerai, il ne forme que de la vapeur d'eau.

Le procédé industriel correspondant s'appelle la réduction directe du fer. Il se déroule dans un réacteur à la place du haut-fourneau. Le produit obtenu est du fer réduit, souvent appelé éponge de fer, qui est ensuite fondu dans un four électrique avec des ferrailles pour devenir de l'acier. Ce changement de procédé ne modifie pas la qualité finale du métal pour la majorité des usages courants, comme la construction ou l'automobile.

Les usages concrets et les projets industriels en cours

Plusieurs installations pilotes et projets commerciaux ont vu le jour en Europe du Nord. La Suède, l'Allemagne et l'Italie concentrent une partie des initiatives. Le principe commun consiste à coupler un électrolyseur de grande capacité à une usine de réduction directe. L'électricité provient de parcs éoliens ou hydrauliques situés à proximité, afin de limiter les pertes liées au transport.

L'acier issu de ce procédé est destiné à des secteurs où l'empreinte carbone du produit final devient un critère commercial. Des constructeurs automobiles européens ont annoncé des accords d'approvisionnement pour des tôles d'acier bas-carbone. Des fabricants d'électroménager et d'emballages métalliques explorent également cette voie. Dans tous ces cas, l'acheteur accepte de payer un surcoût, car la production par hydrogène vert reste plus chère que la filière classique.

Les limites techniques et économiques de la filière

La première limite tient au coût de l'électricité renouvelable. Produire une tonne d'acier par cette voie nécessite une quantité d'électricité très supérieure à celle de la filière classique. Le prix de l'hydrogène vert dépend directement de celui du mégawattheure. Tant que l'électricité renouvelable n'est pas abondante et bon marché, l'acier vert reste plus onéreux.

La deuxième limite concerne l'infrastructure. Les sites de production doivent être reliés à des réseaux électriques capables de fournir des puissances très élevées. Les délais de raccordement et les coûts de renforcement des réseaux sont souvent sous-estimés dans les annonces de projets. De plus, le stockage de l'hydrogène à grande échelle pose des problèmes techniques, notamment de fuites et de fragilisation des matériaux.

Il faut enfin noter que la réduction directe par hydrogène ne fonctionne pas avec tous les minerais. Certains minerais, dits pauvres ou phosphatés, nécessitent un traitement préalable. Une partie des gisements encore exploités dans le monde ne convient pas directement à ce procédé, ce qui oblige à repenser la chaîne logistique d'approvisionnement en minerai.

Les conditions de déploiement à grande échelle

Le passage à l'échelle industrielle dépend de la construction de très grands électrolyseurs. Leur fabrication mobilise des métaux et des composants rares, comme certaines membranes. Les capacités de production mondiales d'électrolyseurs restent limitées et les délais de livraison s'allongent. Une montée en charge rapide se heurte à ces contraintes d'approvisionnement.

Le cadre réglementaire joue un rôle déterminant. La définition de l'hydrogène vert, les critères de traçabilité de l'électricité utilisée et les mécanismes de soutien public varient selon les pays. Ces différences créent des distorsions de concurrence entre producteurs européens, mais aussi vis-à-vis de pays tiers qui exportent de l'acier conventionnel.

La disponibilité de ferrailles de recyclage constitue un facteur complémentaire. Le four électrique peut fonctionner avec une part importante de ferrailles. L'hydrogène vert ne sert alors qu'à compenser le déficit de fer primaire. Le développement de la filière dépend donc aussi des politiques de collecte et de recyclage des métaux, qui diffèrent fortement d'un territoire à l'autre. À consulter également : https://gloeckner-nbg.de.

Enfin, la durée de vie des actifs industriels existants ralentit la transition. Un haut-fourneau a une durée d'exploitation de plusieurs décennies. Les opérateurs hésitent à immobiliser des capitaux dans de nouvelles installations tant que les anciennes ne sont pas amorties. Les décisions d'investissement prises dans les prochaines années détermineront la part réelle de l'hydrogène vert dans la production d'acier à l'horizon des années 2040.