L'hydrogène vert, élément clé de la transition énergétique
Aujourd’hui, environ 85% de la consommation finale d’énergie en Europe est basée sur les combustibles fossiles. Pour permettre la transition énergétique, une expansion massive de la production d’énergie renouvelable est nécessaire. L’hydrogène vert a besoin d’électricité renouvelable comme base. Le développement d’usines de production d’hydrogène créera la sécurité nécessaire pour permettre des investissements importants dans des installations d’énergie renouvelable telles que les parcs éoliens en mer. L’hydrogène vert deviendra un moteur essentiel de la croissance de la production d’énergie renouvelable dans toute l’Europe.
Qu'est-ce que l'hydrogène vert ?
L’hydrogène vert est produit par électrolyse de l’eau en utilisant de l’électricité renouvelable pour diviser la molécule H2O en oxygène (O2) et en hydrogène gazeux (H2). L’hydrogène gazeux peut ensuite être comprimé et acheminé vers des pipelines ou des conteneurs de stockage mobiles en vue de sa distribution.
Aujourd’hui, la majeure partie de l’hydrogène est produite à partir de gaz naturel qui émet du CO2, un gaz responsable du réchauffement climatique. Cependant, il existe plusieurs façons de produire de l’hydrogène à faible teneur en carbone en utilisant des sources d’énergie fossiles et non fossiles. Voici un aperçu des types d’hydrogène les plus courants.
De l'hydrogène vert grâce à l'électrolyse de l'eau
L'arc-en-ciel de l'hydrogène
Les types de production d’hydrogène les plus courants.
Gris
Hydrogène dérivé du gaz naturel par un processus connu sous le nom de reformage du méthane à la vapeur ou SMR. Plus de 99% de l'hydrogène utilisé aujourd'hui est gris ou dérivé d'autres combustibles fossiles comme le pétrole ou le charbon.
Bleu
L'hydrogène est produit à partir du gaz naturel, mais le CO2 est capturé et stocké au lieu d'être rejeté dans l'atmosphère. Dans les régions où les réserves de gaz sont abondantes, de grands projets de production d'hydrogène bleu sont en cours de développement.
Turquoise
L'hydrogène est produit par un processus appelé pyrolyse du méthane, qui produit de l'hydrogène et du carbone solide. Cette méthode de production d'hydrogène en est encore aux premiers stades de la commercialisation.
Vert
L'hydrogène vert est produit par électrolyse de l'eau en utilisant de l'électricité provenant de sources d'énergie renouvelables telles que l'eau, le vent ou l'énergie solaire.
Jaune
Produit par électrolyse mais utilisant l'électricité du réseau comme source d'énergie. Comme la plupart des réseaux contiennent de l'électricité dérivée de combustibles fossiles, cet hydrogène n'est pas vert par définition.
Rose
L'hydrogène est produit par électrolyse en utilisant l'énergie nucléaire comme source d'électricité. Dans les pays où la part de l'énergie nucléaire est élevée, comme la France, ce type d'hydrogène pourrait jouer un rôle important à l'avenir.
L'hydrogène comme moyen de transport et de stockage de l'énergie
Quelle que soit la manière dont l’hydrogène est produit, il a un rôle majeur à jouer dans le futur système énergétique.
L’énergie n’est généralement pas nécessaire là où elle est produite et doit donc être transportée et, si nécessaire, stockée temporairement. Aujourd’hui, environ 85% de l’énergie finale nécessaire en Europe est transportée sous forme de combustibles fossiles. Le pétrole et le gaz représentent la part la plus importante, soit plus de 50%. Les grandes installations de stockage de gaz naturel en Europe peuvent couvrir la totalité de la consommation d’énergie européenne pendant des mois et constituent un puissant tampon entre la production et la consommation.
Avec l’élimination progressive prévue de ces sources d’énergie établies, il faut non seulement remplacer la production d’énergie elle-même, mais aussi résoudre le problème du transport de l’énergie jusqu’au consommateur, ainsi que celui du stockage de l’énergie. L’hydrogène est une molécule et, contrairement à l’électricité, il convient parfaitement au stockage de l’énergie et peut être transporté soit dans des conteneurs de stockage mobiles, soit, comme le gaz naturel, par des pipelines.
Pour permettre le stockage et le transport efficaces de l’énergie produite à partir de sources renouvelables, l’hydrogène doit être déployé à grande échelle.
Cas d'utilisation de l'hydrogène
Aujourd’hui, l’hydrogène est principalement utilisé dans le raffinage des produits pétrochimiques, la production d’ammoniac et de méthanol et la réduction directe du fer. L’économie de l’utilisation de l’hydrogène dans ces industries est basée sur la structure des coûts de l’hydrogène gris, dérivé du gaz naturel. Afin de décarboniser ces industries, l’hydrogène gris doit être remplacé par de l’hydrogène vert ou d’autres types d’hydrogène à faible teneur en carbone.
Les utilisations à court terme de l’hydrogène comprennent la mobilité des poids lourds, la production d’énergie mobile, la recharge rapide des véhicules électriques, la navigation intérieure, les trains et les bâtiments. Il s’agit principalement d’applications où l’hydrogène et les piles à combustible sont en concurrence directe avec le diesel, ce qui implique souvent des taxes et autres prélèvements. Nombre de ces cas d’utilisation sont déjà économiquement viables aujourd’hui sans subventions.
À moyen et long terme, nous devons également décarboniser les industries lourdes et les transports à longue distance, et c’est là que l’hydrogène et les vecteurs énergétiques dérivés de l’hydrogène joueront un rôle décisif. Malheureusement, les aspects économiques de l’utilisation de l’hydrogène dans ces cas d’utilisation sont très complexes et ne deviendront réalisables que lorsque la technologie de production et de distribution de l’hydrogène à grande échelle sera parvenue à maturité.
Pourquoi les écosystèmes à hydrogène vert sont la clé
En commençant par des applications à forte valeur ajoutée telles que la mobilité et le remplacement des générateurs diesel par des systèmes d’alimentation à pile à combustible, les cas d’utilisation non subventionnés peuvent créer la base d’investissements privés attractifs. Les technologies de base liées à la production, à la distribution et à l’utilisation de l’hydrogène vert sont ainsi totalement dépourvues de risques avant d’être mises à l’échelle pour répondre à la demande de l’industrie.
Comme pour tout changement, le plus difficile est toujours de commencer. La création et l’exploitation d’écosystèmes de l’hydrogène à petite échelle, mais autonomes et à croissance organique, sont essentielles pour permettre la révolution des énergies renouvelables.
Facteurs clés de succès pour les écosystèmes d'hydrogène vert :
Mobilité HD
Les poids lourds représentent un volume de consommation important et régulier, essentiel pour garantir les investissements dans la production d’hydrogène et l’infrastructure de ravitaillement. En outre, en concurrençant directement le diesel, le consentement à payer du client est le plus élevé pour toutes les applications.
Une logistique intelligente, efficace et sûre
Les solutions de stockage et de logistique, ainsi que les interfaces et les paramètres opérationnels associés, doivent tenir compte de la maximisation du temps de fonctionnement et de l’évolutivité au fur et à mesure que les réseaux se développent.
Le pragmatisme technologique
Les décisions relatives à l’architecture et à la section des composants sont cruciales. Se concentrer sur la fiabilité la plus élevée au coût le plus bas permet de maximiser le retour sur investissement.
Approche coopérative
Le fait de travailler en étroite collaboration avec des acteurs qui partagent les mêmes idées et qui peuvent apporter une valeur ajoutée spécifique à un écosystème permet de minimiser les besoins d’investissement et les risques associés pour chaque partie prenante.
Idées reçues sur l'hydrogène :
Trop inefficace
Lors de la production d’hydrogène par électrolyse, environ 1/3 de l’énergie est transformée en chaleur. Lorsqu’elle est reconvertie en électricité dans une pile à combustible, environ la moitié de l’énergie est transformée en chaleur. Si la chaleur n’est pas utilisée, cela signifie qu’environ 2/3 de l’énergie renouvelable initiale est perdue. Ce raisonnement simple ne tient pas compte du fait que la transition énergétique nécessitera des quantités massives d’énergie renouvelable, dont une grande partie sera perdue si nous ne pouvons pas la stocker.
Trop dangereux
Lorsqu’il est libéré dans l’environnement, l’hydrogène se disperse rapidement en concentrations ininflammables et non explosives. Les véhicules électriques à pile à hydrogène sont conçus et certifiés pour répondre aux mêmes normes de sécurité que les véhicules électriques à essence, diesel ou à batterie.
Trop cher
De nombreuses études sur l’économie des applications de l’hydrogène ne s’intéressent qu’à une partie du système, comme le véhicule. Ce qu’elles oublient d’inclure, c’est l’investissement dans la construction de l’infrastructure de recharge ainsi que la capacité supplémentaire du réseau nécessaire pour recharger tous les véhicules électriques à batterie. Au niveau du système global, le déploiement à grande échelle des énergies renouvelables et de l’hydrogène comme moyen de stocker et de transmettre cette énergie là où elle est nécessaire fait partie intégrante de notre futur système énergétique. Les solutions de stockage et de logistique, ainsi que les interfaces et les paramètres opérationnels associés, doivent tenir compte de la maximisation du temps de fonctionnement et de l’évolutivité au fur et à mesure que les réseaux se développent.
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