Le terme d'économie hydrogène est utilisé pour évoquer une hypothétique future société dans laquelle l'hydrogène (H2) servirait à stocker l'énergie pour toutes les applications mobiles (essentiellement la voiture) et stationnaires réparties, à l'instar du pétrole aujourd'hui.
L'hydrogène suscite beaucoup d'espoirs dans le contexte actuel, où on prend conscience de la nécessité de trouver des alternatives à la consommation d'énergies fossiles, et où on s'interroge sur la pollution locale des véhicules. Le principal atout de l'hydrogène est sa capacité à produire de l'énergie, et en particulier de l'électricité. On l'utilise par combustion, dans un moteur thermique pour produire directement du mouvement, ou dans une pile à combustible pour obtenir de l'électricité. Les rendements énergétiques obtenus sont bons, de l'ordre de 60% pour certaines piles. En outre, cette combustion est propre, elle ne rejette que de l'eau. On pense alors tout de suite à l'automobile, qui nécessite trop d'énergie pour qu'elle soit stockée dans des batteries, et dont on cherche à diminuer les émissions nocives. L'hydrogène permet d'envisager un véhicule totalement non polluant, à l'autonomie importante, et au rendement énergétique intéressant. Comme on peut en outre le produire par hydrolyse avec de l'électricité, on peut alors concevoir toute une filière propre pour alimenter les véhicules. D'où le terme d'économie hydrogène.
Une première façon de produire de l'hydrogène est de l'obtenir par combustion de carburants fossiles ou végétaux : d'éthanol, charbon ou hydrocarbures. Ceci est possible de manière localisée, dans une voiture par exemple. Les rendements énergétiques obtenus sont assez intéressants. L'hydrogène n'est alors qu'un intermédiaire entre le moteur thermique le produisant et la pile à combustible, produisant l'électricité elle-même utilisée par un moteur électrique. Cette structure peut sembler totalement inutile par rapport au moteur à explosion, produisant directement l'énergie cinétique à partir du carburant; en comparant les rendements énergétiques de ces deux solutions, on s'aperçoit que la solution hydrogène est une alternative réaliste. Le rendement énergétique de la paire production d'hydrogène-pile à combustible est comparable à celui du moteur à explosion, et les pertes au niveau du moteur électrique sont quasi nulles. En outre, l'utilisation de l'intermédiaire électrique permet d'envisager des économies d'énergies par récupération au freinage, et pour l'équipement embarqué : une partie de l'énergie du moteur est aujourd'hui retransformée en électricité, ce qui entraîne d'autres pertes. L'électricité serait directement disponible dans le moteur à pile à combustible. Autre raison d'être optimiste, le moteur à explosion est une technologie très éprouvée, dont le rendement est optimisé depuis des décennies par toute l'industrie automobile, alors que le véhicule à hydrogène n'a été que beaucoup moins étudié. On pense donc que les progrès à faire sont encore beaucoup plus importants dans cette filière.
Cependant, cette production embarquée ne résout pas le problème de la consommation d'énergies fossiles, et de la pollution embarquée. Les partisans de l'économie hydrogène vont beaucoup plus loin, et prônent une production à grande échelle en usine, puis une filière d'approvisionnement pour le stocker à bord des véhicules.
Actuellement, on produit l'hydrogène en usine par deux procédés principalement.
Le plus utilisé reste la combustion de carburants, hydrocarbures ou charbon. C'est actuellement la solution la plus économique, et celle offrant le meilleur rendement énergétique. Néanmoins, cette solution ne fait que reporter le problème de la consommation d'énergies fossiles. L'autre solution mise en œuvre à grande échelle est l'électrolyse de l'eau. Elle est beaucoup plus onéreuse et offre un rendement plus faible que la solution énoncée plus haut. Mais puisqu'elle ne consomme que de l'électricité, et que l'on sait produire l'électricité proprement, elle permet d'envisager une filière entièrement propre.
L'objection principale est que si on sait produire de l'électricité proprement, les capacités de production par moyens écologiques restent limitées. Concevoir ainsi toute une économie entièrement sur l'électricité reviendrait à en multiplier la consommation, ce qui ne pourrait se faire que par le nucléaire et les centrales thermiques. On en revient finalement à une filière polluante.
Certaines solutions sont actuellement à l'étude, telles que des centrales nucléaires produisant en parallèle électricité et hydrogène, mais n'apportent pas de réponse à cette question pour l'instant.
La question du stockage : très peu dense, l'hydrogène doit être comprimé à des pressions très importantes pour être transportable dans un volume raisonnable. Outre les problèmes de sécurité qu'elle comporte, cette compression demande beaucoup d'énergie. D'autres solutions sont envisagées mais non maîtrisées pour l'instant; le stockage sous forme liquide à très basse température est envisagé, mais non maîtrisé à bord d'un véhicule. Une solution suscite de l'espoir, même si pour l'instant elle reste à l'état d'étude fondamentale : le "piégeage" de l'hydrogène par le carbone.
Le transport : il faudrait mettre en place des infrastructures gigantesques pour produire et transporter l'hydrogène à travers le territoire. Il s'agit d'un effort comparable au développement des filières de distribution du pétrole, qui a demandé plusieurs dizaines d'années. Le coût du déploiement d'un système complet de distribution pourrait demander de 10 à 15 milliards de dollars pour les seuls États-Unis. Ce frein économique implique que le passage à l'hydrogène ne peut résulter que d'un choix généralisé, et nécessite donc l'aplanissement de toutes les difficultés existantes
Si l'économie hydrogène est pour l'instant une perspective lointaine, voire carrément une vue de l'esprit, certaines applications moins ambitieuses pourraient voir le jour dans un avenir beaucoup plus proche, telles que des piles à combustibles fonctionnant à l'éthanol pour portables à la place des batteries, avec un gain d'autonomie considérable.
Cependant, bien qu'imparfaite et loin d'être au point, la solution de l'hydrogène est l'une des seules qui peut actuellement répondre à la question : "comment maintenir notre mode de vie sans pétrole?". Si cette théorie a donc de quoi séduire, les sceptiques, tels que les tenants de la décroissance, rappellent que la fin du pétrole est prévue dans les prochaines décennies; il serait donc risqué de croire aveuglément en cette solution, dont on ne connaîtra peut-être pas la viabilité avant plusieurs dizaines d'années. La perspective d'une économie hydrogène ne doit donc pas nous faire perdre de vue la nécessité de se lancer dès aujourd'hui dans une réduction importante de nos consommations énergétiques.