L’hydrogène vert et bas carbone dans la transition énergétique

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07-10-2024 |
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Qu’entend-on par hydrogène vert et à faible teneur en carbone et pourquoi il joue un rôle central dans la transition vers un modèle de croissance durable ?Découvrons ses applications

L’intérêt pour le potentiel de l’hydrogène est désormais élevé, mais il semble que son utilisation soit particulièrement favorisée par le moment historique.La volonté politique, institutionnelle et industrielle d’accélérer la transition vers des économies plus durables attentif à l'utilisation et à la consommation des ressources, à l'impact sur l'environnement et sur les personnes.

L'hydrogène est un vecteur, pas une source d'énergie.Cela signifie qu'il n'est pas présent dans la nature, sauf lié à d'autres éléments comme l'eau, mais doit être produit par d'autres sources d'énergie.Pour mieux comprendre comment il peut jouer un rôle véritablement stratégique dans la décarbonation de nos sociétés, nous devons comprendre comment l’hydrogène peut être produit et quelles peuvent être ses utilisations.

Comment est produit l’hydrogène

L'hydrogène peut être produit de plusieurs manières et chacun correspond à une part différente des émissions.Vous trouverez ci-dessous un vocabulaire utile :

Hydrogène produit avec de l'électricité ou faible teneur en carbone (hydrogène à base d’électricité ou hydrogène à faible teneur en carbone) :dans ce cas l'hydrogène est obtenu à partir de l'eau par électrolyse utilisant l’électricité, désormais produite principalement à partir de combustibles fossiles.Ce processus se déroule en présence de températures très élevées, nous parlons de centaines de degrés, et la consommation d'énergie est donc très élevée.L'hydrogène à faible teneur en carbone est également obtenu par reformage du biogaz, c'est-à-dire lorsqu'un mélange gazeux de monoxyde de carbone et d'hydrogène est obtenu à partir de la transformation d'un hydrocarbure à haut pouvoir calorifique.Enfin, grâce à la conversion biochimique de la biomasse.
Si l'énergie est produite à partir de sources renouvelables, on parle de hydrogène renouvelable ou hydrogène vert (hydrogène renouvelable ou hydrogène propre).Dans ce dernier cas, les émissions de gaz à effet de serre sont proches de zéro.
Hydrogène produit à partir de déchets (hydrogène circulaire):Produit par la synergie entre le secteur dédié à la gestion et à l’élimination des déchets et celui de l’industrie chimique, l’hydrogène circulaire fait partie des formes d’hydrogène bas carbone.Grâce à la technologie des déchets en chimie, processus d'oxydation partielle des déchets non recyclables, il est possible d'obtenir un gaz de synthèse, également appelé gaz circulaire.Ce dernier peut servir de base à la production d'hydrogène, dit « circulaire » car issu de la conversion chimique de matières post-consommation qui sont ainsi valorisées, tout en évitant leur mise en décharge ou par incinération.
Hydrogène produit à partir de sources fossiles (hydrogène fossile) :indique la production d'hydrogène à partir de combustibles fossiles, par le reformage du gaz naturel ou la gazéification du charbon.Ce sont les deux formes d’hydrogène les plus fortement émissives, classiquement connues respectivement sous le nom d’hydrogène gris et d’hydrogène noir.
Hydrogène produit à partir de fossiles avec captage du carbone ou faible teneur en carbone (hydrogène d’origine fossile avec captage du carbone ou hydrogène bleu) :si le procédé décrit ci-dessus est combiné à un système permettant de capter jusqu'à 90 % du carbone, on obtient une forme d'hydrogène moins émissive que l'hydrogène gris, mais pas aussi vertueuse que l'hydrogène vert.Des technologies de production d’hydrogène bleu électrique sont disponibles sur le marché.Leur architecture est similaire à celle du reformage à la vapeur traditionnel, à laquelle s'ajoute cependant l'utilisation de l'électricité pour alimenter les réactions endothermiques du reformage à la vapeur du méthane et un système de captage du CO2.
Carburants synthétiques dérivés de l'hydrogène (carburants synthétiques dérivés de l'hydrogène) :il s'agit de carburants de synthèse dérivés de l'hydrogène, comme le kérosène de synthèse pour l'aviation, le diesel de synthèse pour les automobiles ou encore diverses molécules utilisées dans la chimie et les engrais.

Classiquement, les termes sont utilisés hydrogène vert, bleu et gris pour indiquer respectivement l'hydrogène produit par énergie renouvelable, avec captage du carbone et de combustibles fossiles.

energie rinnovabili e idrogeno verde — Si l’électricité utilisée est produite à partir de sources renouvelables, l’hydrogène est dit vert © NanoStockk/iStockphoto

Pourquoi l’Union européenne se concentre sur l’hydrogène

Ce transporteur est considéré par Commission européenne un pilier de la relance économique durable de COVID 19.De plus, il est considéré comme un élément clé du chemin de la transition énergétique pour le respect des engagements pris en 2015 avec la signature duAccord de Paris et l’atteinte de la neutralité climatique d’ici 2050, c’est-à-dire l’équilibre entre les émissions et l’absorption de carbone.Dans le Perspectives mondiales des énergies renouvelables 2020, Irène estime que pour atteindre les objectifs fixés par l’Accord de Paris, 8 % de l’énergie consommée sur la planète devra être produite avec de l’hydrogène.

L'hydrogène vert, 3 phases pour la croissance

Pour qu’elle joue un véritable rôle stratégique dans la transition énergétique, sa production devra se faire via les énergies renouvelables.Le véritable objectif est donc d’augmenter la production d’hydrogène vert.Pour cela, préconise l'exécutif européen, il faudra développer des projets à grande échelle, de large portée, de manière à réduire le coût de production et à le rendre plus pratique.

Pour construire un écosystème dynamique, la Commission propose une croissance en trois phases :

première phase :installer 6 GW d'électrolyseurs par 2024 et produire jusqu'à 1 million de tonnes d'hydrogène vert ;
deuxième phase :installer 40 GW d'électrolyseurs par 2030 et produire jusqu'à 10 millions de tonnes ;
troisième phase :grâce au développement de projets à grande échelle, l’hydrogène vert devrait atteindre le maturité entre 2030 et 2050, en même temps que la production massive d’énergies renouvelables.

Les applications de l'hydrogène

Accélérer la recherche et l'application des technologies de l'hydrogène, dites vallée de l'hydrogène, un nom qui rappelle celui de la célèbre Silicon Valley.Ce sont des zones géographiques délimitées qui surgiront partout dans le monde pour mettre en œuvre et tester une infrastructure dédiée au transport d’électricité, au chauffage résidentiel et industriel et à l’équilibrage du réseau.Dans le cadre du projet européen Ipcei Hy2Utilisation, une contribution non remboursable de 194 millions d'euros a été accordée à la société italienne NextChem pour le développement d'une usine de valorisation des déchets à hydrogène.Dans la phase initiale, la production de 1 500 tonnes par an d'hydrogène et de 55 000 tonnes par an d'éthanol est attendue.La production d'hydrogène augmentera en fonction de l'évolution de la demande, jusqu'à 20 mille tonnes par an.Le projet constitue la vallée de l'hydrogène à Rome, qui sera le premier incubateur technologique à l'échelle industrielle pour le développement de la chaîne d'approvisionnement nationale pour la production, le transport, l'accumulation et l'utilisation de l'hydrogène.L’hydrogène circulaire a un coût compétitif par rapport à l’hydrogène gris, ce qui pourrait encourager son adoption plus large.

À court terme, l’hydrogène renouvelable et à faible teneur en carbone pourra trouver des applications faciles dans raffineries, dans les usines de production de ammoniac Et engrais.Parmi ceux-ci, citons le projet Madoqua, pour lequel NextChem a obtenu une pré-offre de services d'ingénierie, qui concerne la production d'ammoniac vert et son transport vers l'Europe du Nord.De plus, il peut également être appliqué dans industries à forte intensité énergétique, par exemple de l'acier ou des produits chimiques, dans transport maritime et lourd, sur le caoutchouc ou le fer, contribuant à la réduction des émissions.

Pour eux piles à combustible à hydrogène il faudra attendre, mais le programme de financement Horizon Europe et l'entreprise commune Piles à combustible et hydrogène visent à accélérer le leadership technologique de l'Europe.

Transport et accumulation

Le stockage de l’hydrogène peut être physique (dans des bouteilles sous pression) ou chimique, c’est-à-dire en liant l’hydrogène en composés chimiques liquides et stables pouvant être transportés plus facilement.L'hydrogène peut être transporté pur ou mélangé, ajuster gazeux ou liquide, le long du réseau gazier ou avec des camions ou des navires accostant aux terminaux méthaniers.Il convient de noter que le mélange diminue la valeur de l’hydrogène et modifie également la qualité du gaz naturel consommé.Cela risque alors de fragmenter le marché si des normes différentes sont acceptées dans la conception de l’infrastructure et des applications destinées à l’utilisateur final.En revanche, c’est la solution la plus pratique pour le moment :implique la reconversion des infrastructures gazières pour pouvoir distribuer, stocker et fournir de grands volumes d’hydrogène, potentiellement sur de longues distances.

Le transporteur peut être stocké pour couvrir les pics de demande et garantir approvisionnement sécurisé d'énergie.En plus de donner flexibilité au réseau et privilégier ce qu'on appelle sexe de secteur, c’est-à-dire l’intégration entre les réseaux d’électricité et de gaz.La conception des infrastructures pour le passage de l'hydrogène ne sera possible qu'après avoir analysé le type de production, la demande et les coûts de transport, également à la lumière de la révision en cours de la réglementation sur réseaux énergétiques transeuropéens (Dix-E).

Combien coûte l’hydrogène vert

Pour être plus largement utilisé, l’hydrogène vert devra devenir plus pratique.Aujourd'hui, ce n'est pas le cas :il coûte entre 2,5 et 5,5 euros le kilo contre 2 euros le kilo pour le bleu et 1,5 euros pour le gris.Les valeurs sont rapportées dans le rapport L'avenir de l'hydrogène de l'Agence internationale de l'énergie (AIE) et sont basés sur un coût de l'électricité compris entre 35 et 87 euros par mégawattheure (MWh).Des chiffres qui reflètent la suite fluctuation des prix des matières premières avec laquelle l'hydrogène est produit, a grimpé en flèche en raison du fort climat d'incertitude dicté par les changements continus affectant le scénario géopolitique et énergétique.

En tout cas, un point reste ferme :le prix de l’hydrogène renouvelable baissera si la production d’électricité augmente électrolyseurs et l'accès à énergie renouvelable à faible coût.L'objectif communautaire est d'atteindre 1,8 euro par kilogramme d'ici 2030.Pouvoir calibrer le investissements des entités privées sera donc une priorité.S'engagent dans ce sens les 190 PDG d'autant d'entreprises de renommée mondiale qui font partie duConseil international de l'hydrogène et les nombreux représentants des institutions, des industries, de la société civile qui rejoignent leAlliance européenne pour l’hydrogène propre (Alliance pour l’hydrogène propre), lancée le même jour que la Stratégie pour mettre en œuvre ses objectifs.

Aujourd'hui, dans l'Union européenne, environ 280 entreprises, dont 60 % sont des petites et moyennes entreprises, travaillent à la production et à la fourniture d'électrolyseurs, et plus d'un gigawatt (GW) est en préparation.La capacité totale de production européenne est actuellement inférieure à 1 GW par an.La volonté de l'industrie européenne est de parvenir 40 GW d’électrolyseurs d’ici 2030 en Europe et le même nombre dans les zones d'exportation de l'UE.Pour donner un exemple pratique, avec 1 MW d'électrolyse, 400 kg d'hydrogène vert sont produits en 24 heures et avec un kg d'hydrogène, une voiture peut parcourir 100 km.

Une étude interne de l'exécutif européen, Production d'hydrogène en Europe :Aperçu des coûts et des principaux avantages, explique que d'ici 2030 la construction d'électrolyseurs devra absorber entre 24 et 42 milliards d'euros.Ceux-ci devront être connectés à 80 à 120 GW de capacité de production éolienne et solaire photovoltaïque avec 220 à 340 milliards d'euros supplémentaires. 11 milliards ils seront utilisés pour la modernisation, terme technique désignant l'adaptation, d'usines dotées de systèmes de captage et de stockage du carbone.Autres 65 milliards ils seront destinés au transport, à la distribution et au stockage du transporteur.L'installation de 400 nouvelles stations de ravitaillement, contre une centaine environ aujourd'hui, pourrait nécessiter des ressources allant de 850 et 1 000 millions d'euros.

Comment stimuler la demande d'hydrogène

La Commission européenne souhaite accompagner l’augmentation de l’offre d’hydrogène renouvelable et à faible teneur en carbone par une augmentation de demande.Cela nécessitera une large disponibilité des matières premières, conformément au Plan d'Action sur les Matières Premières Critiques (Plan d'action matières premières) qui veut réduire la dépendance de l'Europe à l'égard des pays tiers et diversifier son approvisionnement.Et cela nécessitera la mise en œuvre du nouveau Plan d'action pour l'économie circulaire (Plan d'action pour l'économie circulaire), pour stimuler un modèle économique plus circulaire et respectueux de l’environnement et de la santé humaine.

Ils seront donc nécessaires politiques de soutien.L'exécutif envisage diverses options, dont l'introduction de quotas minimaux d’hydrogène renouvelable (y compris bas carbone), ou ses dérivés, dans des filières spécifiques.Ou l'adoption d'un seuil ou d'un norme commune sur les émissions de carbone pour promouvoir la production d’hydrogène à impact faible ou nul.

Un cadre politique favorable trouvera un terrain fertile dans le Directive européenne sur les énergies renouvelables et dans leSystème d'échange de droits d'émission, le système d'échange de quotas d'émission de l'Union.A ceux-ci s'ajoutent les Plan objectif climat 2030, le plan visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre de 55 pour cent par rapport aux niveaux préindustriels, et le Politique industrielle, l’intrigue de la stratégie industrielle.Prêts à le soutenir, il y aura les instruments financiers de Nouvelle génération européenne.

Globalement, cette structure réglementaire complexe vise à offrir un soutien différencié, tenant compte du type d’hydrogène produit, à la maturité technologique des différents États membres.Sans oublier de garantir l'interopérabilité des marchés d'hydrogène pur, pour lequel des règles opérationnelles transfrontalières ou des normes de qualité communes, concernant la pureté ou les seuils de contaminants, peuvent être nécessaires.

Garantie d'origine de l'hydrogène renouvelable

En juin 2020, l'Union européenne a lancé un programme pour attestation et le garantie d'origine de l'hydrogène produit avec des énergies renouvelables.LE'annonce du commissaire européen à l'énergie Kadri Simson, lors de l'événement numérique du 12 février dernier « Conférence sur l'hydrogène en Europe centrale et orientale », confirme les engagements pris jusqu'à présent.Certaines mesures sont également attendues en juin Convient pour 55, un paquet avec lequel l'Europe vise à réduire les émissions de gaz à effet de serre de 55 pour cent d'ici 2030, parmi les piliers du Pacte vert européen.

L'hydrogène dans le Pnrr

Presque tous les États membres ont inclus l'hydrogène dans leur Plan national énergie et climat (Pniec), avec lesquels ils établissent des objectifs d'efficacité énergétique, sources renouvelables et la réduction des émissions de dioxyde de carbone.Partager des idées sur la plateforme est utile en ce sens HyNet élaboré par la Direction générale de l'énergie de l'exécutif européen.

Dans le Plan national de relance et de résilience (Pnrr) l’hydrogène est considéré comme un élément clé pour aider à décarboner les secteurs difficiles à réduire, comme sont appelés les secteurs caractérisés par une forte intensité énergétique et sans options d’électrification évolutives.Il s'agit notamment des secteurs de la chimie de base, comme l'ammoniac et le méthanol, ainsi que du raffinage du pétrole, de l'acier et du verre.Plus précisément, l’hydrogène entre dans la catégorie Mission 2, Composante 2 M2C2 – Énergies renouvelables, hydrogène, réseaux et mobilité durable, à laquelle le gouvernement a alloué un total de 59,46 milliards d'euros.Concrètement, les ressources les plus élevées sont destinées à promouvoir l'utilisation de l'hydrogène dans les secteurs difficile à réduire (2 milliards d'euros), à la production d'hydrogène en zones industrielles abandonnées (500 millions) et l'expérimentation de l'hydrogène pour le transports ferroviaires (300 millions).

110 millions des 160 millions attendus pour l'investissement dans la recherche et le développement de l'hydrogène ont été alloués, à l'été 2022, par le ministère de la Transition écologique à Plan de recherche opérationnelle (Por).Le plan est élaboré par l'ENEA, qui a droit à l'essentiel des fonds (75 millions) en collaboration avec la CNR et le RSE, et portera sur l'ensemble de la chaîne de valeur du transporteur :la production, le stockage, la distribution et les utilisations finales, auxquels une quantité différente de ressources sera allouée.D'ici 2025, les résultats attendus des activités de recherche liées à la production d'hydrogène à partir de sources renouvelables et d'électricité du réseau pour réduire les émissions de gaz modifiant le climat seront transférés à l'industrie italienne pour promouvoir la transition verte du pays.

Pour 14 pays, l’hydrogène est une solution à envisager pour des infrastructures alternatives.26 ont signé le document politique Initiative hydrogène, lors de la réunion informelle des ministres de l'énergie qui s'est tenue à Linz, en Autriche, déjà en septembre 2018.

De 2021 à 2027, ils pourront bénéficier des moyens mis en place avec leFonds européen de développement régional et le Fonds de cohésion, qui stimulent le transfert de technologie, les partenariats public-privé et les projets pilotes pour développer des solutions innovantes dans le domaine des énergies renouvelables et de l'hydrogène bas carbone.

En conclusion, l'hydrogène offrira un belle opportunité restaurer la santé de l’Union européenne et forger des alliances pour diversifier et sécuriser les approvisionnements énergétiques.Les partenaires possibles incluent Australie, Canada, Norvège, Corée du Sud et surtout, Afrique du Nord en raison de sa proximité géographique et de son riche potentiel en termes de croissance des technologies renouvelables.Sans oublier l'innovation promue dans Japon ou dans le États-Unis, Par exemple.L’hydrogène étant un marché naissant, la Commission développera un système pour les transactions en euros sur l’hydrogène, contribuant ainsi à consolider le rôle de la monnaie dans le commerce de l’énergie durable.

Autorisé sous: CC-BY-SA