"L'économie de l'hydrogène arrivera, tôt ou tard"

L'hydrogène est une invention ancienne, mais dont on parle de plus en plus aujourd'hui. Dans le futur mix énergétique, l'hydrogène pourra aider à compenser les fluctuations de la production et de la consommation d'énergie, et permettra de développer les énergies solaire et éolienne dans notre système énergétique.

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Dans le cadre de mon travail en tant qu'expert en technologie solaire, j'ai étudié différentes méthodes de stockage de l'énergie. Il est évident que l'énergie doit être disponible même lorsqu'il n'est pas possible de produire suffisamment d'énergies éolienne et solaire. L'hydrogène est l'une des solutions qui peuvent offrir un stockage saisonnier de l'énergie et ainsi faire avancer la transition énergétique. Mais comment cela se fait-il techniquement, et quels types de défis se présentent sur le chemin qui mène du discours à la réalité ?

Une ressource énergétique ancienne

L'hydrogène est une source d'énergie connue depuis plus de deux siècles, et l'économie de l'hydrogène est également considérée comme l'une des pierres angulaires du futur système énergétique. En tant que combustible flexible, l'hydrogène peut remplacer le gaz naturel.

L'hydrogène joue également un rôle dans la décarbonation de l'industrie, car il peut permettre le raffinage et la production d'acier ou de produits chimiques sans émission de carbone, et constitue une deuxième voie vers des transports sans carbone.

Hydrogène renouvelable

Hydrogène produit à partir de sources d'énergie renouvelables, comme l'énergie solaire, éolienne ou hydraulique (appelé également "hydrogène vert")

Hydrogène décarboné

Hydrogène produit sans émission de CO2, c'est-à-dire avec des énergies renouvelables ou le nucléaire

Hydrogène bleu

Hydrogène produit à partir de combustibles fossiles avec réduction des émissions de CO2 grâce au captage et au stockage du carbone

Hydrogène turquoise

Hydrogène produit par pyrolyse avec du noir de carbone comme sous-produit

Hydrogène fossile ou hydrogène gris

Hydrogène produit à partir de combustibles fossiles, comme le gaz naturel, et qui crée des émissions de CO2

Énergie solaire et éolienne stockées sous forme d'hydrogène

Aujourd'hui, l'hydrogène est principalement utilisé dans l'industrie chimique, pour produire de l'ammoniac et du méthanol, et dans le raffinage du pétrole. Plus de 99 % de l'hydrogène utilisé est produit par le reformage des combustibles fossiles, qui est responsable d'environ 2 % des émissions annuelles mondiales de dioxyde de carbone.

Avec l'électrolyse, cependant, le processus de production d'hydrogène peut également être entièrement exempt d'émissions. Dans ce processus, l'électricité est utilisée pour décomposer les molécules d'eau en oxygène et en hydrogène, ce dernier étant stocké. C'est là que réside un aspect essentiel de l'avenir de l'hydrogène dans la production d'électricité : lorsque la production d'énergie solaire et éolienne dépasse les besoins du réseau électrique, l'électricité "excédentaire" peut être utilisée pour produire de l'hydrogène. L'hydrogène est stocké puis mis en service lorsque l'énergie solaire et éolienne n'est pas disponible.

L'hydrogène peut être utilisé pour alimenter des turbines à gaz spéciales qui peuvent le transformer en électricité. Une autre méthode consiste à utiliser l'hydrogène dans des piles à combustible. Pour l’instant cependant, il s'agit d'une alternative coûteuse. La combustion de l'hydrogène pur ne génère aucune émission ; le seul produit final, outre l'électricité, est l'eau.

Le coût de l'électrolyse diminue

Le coût de la production d'hydrogène à partir de sources d'énergies renouvelables ne cesse de diminuer, à mesure que les électrolyseurs deviennent plus courants et que la taille des unités augmente. Actuellement, il y a moins de 200 mégawatts de capacité d'électrolyseurs utilisés pour la production d'hydrogène dans le monde, et la majorité des électrolyseurs sont inférieurs à un mégawatt. Toutefois, plusieurs projets de 100 mégawatts sont actuellement en développement, ce qui fait que la capacité de production augmentera rapidement.

Les estimations les plus optimistes prévoient qu'à l'avenir, jusqu'à un quart de la demande énergétique mondiale pourrait être satisfaite par la production d'hydrogène. Cela nécessiterait une croissance énorme de la capacité d'électrolyse et également une baisse significative des prix des électrolyseurs. Le fait que le coût des énergies solaire et éolienne ait continué à baisser entraînera également une baisse du coût de production de l'hydrogène. Actuellement, l'élément de coût le plus important de l'hydrogène produit par électrolyse est l'électricité.

Le défi du stockage et du transfert

Le stockage et le transfert constituent les plus grands défis auxquels l'hydrogène est confronté, en raison de sa nature chimique. Les cavernes de sel souterraines offrent le plus grand potentiel en tant que sites de stockage de l'hydrogène. Aujourd'hui, seules six d'entre elles sont utilisées à cette fin dans le monde, mais des milliers servent au stockage du gaz naturel. L'hydrogène peut également être stocké dans des cavernes rocheuses ou sous forme d'ammoniac, d'hydrogène liquide ou de transporteurs d'hydrogène organique liquide. Les réservoirs sous pression sont les mieux adaptés au stockage de petites quantités.

Le meilleur moyen de transférer de grands volumes d'hydrogène, ainsi que de gaz naturel, est le recours aux pipelines. Le type de gazoduc nécessaire pour le transfert à haute pression de grands volumes d'hydrogène est différent de celui utilisé pour le transfert de gaz naturel, mais il existe déjà des milliers de kilomètres de gazoducs adaptés au transfert d'hydrogène dans le monde. À l'avenir, les conduites d'hydrogène seront probablement fabriquées à partir de plastiques composites. L'hydrogène peut également être transporté par bateau ou par camion, mais cela est clairement plus coûteux que l'utilisation de pipelines.

La production combinée de chaleur et d'électricité améliore l'efficacité

Lors de la production d'hydrogène par électrolyse, le rendement est actuellement de 60 à 70 %, c'est-à-dire qu'environ un tiers de l'électricité utilisée est gaspillée sous forme de chaleur. Lorsque l'hydrogène est utilisé pour produire à nouveau de l'électricité, en utilisant une turbine à gaz ou une pile à combustible, le rendement est de 40 à 55 %. Ainsi, le rendement global de l'électricité à l'hydrogène et de l'hydrogène à l'électricité est de 24 à 38 %.

Cependant, l'efficacité peut être améliorée en récupérant la chaleur générée par l'électrolyse. La chaleur résiduelle récupérée dans les centrales de production combinée de chaleur et d'électricité peut être utilisée dans les réseaux de chauffage urbain. Dans ce cas, l'efficacité globale de l'électricité, de l'hydrogène et de l'énergie peut atteindre 60 à 80 %. Outre la production d'électricité et de chaleur, l'hydrogène sera utilisé à l'avenir dans le secteur des transports.

Fortum croit en l'économie de l'hydrogène

Chez Fortum, nous pensons que l'hydrogène jouera un rôle important dans le futur des entreprises du secteur de l’énergie, et nous avons récemment formé une équipe Développement Hydrogène pour nous positionner sur ce marché. Fortum a également rejoint Hydrogen Europe, la principale association industrielle et de recherche en Europe, qui promeut l'utilisation de l'hydrogène dans une société sans émissions. La filiale de Fortum, Uniper, est également membre de l'association et fait figure de pionnier parmi les entreprises du secteur de l'énergie en ce qui concerne l'hydrogène. Uniper possède deux usines de production d'hydrogène, l'une à Hambourg et l'autre à Falkenhagen, en Allemagne, où l'hydrogène produit par l'énergie éolienne peut également être méthanisé ou transféré directement dans le réseau de gaz naturel.

La filière hydrogène peut contribuer à compenser les fluctuations de la production et de la consommation d'énergie, et elle permet une augmentation rapide de l'énergie solaire et éolienne. Cette filière ouvre la voie vers un système énergétique totalement neutre en carbone.


L’article ci-dessus a été élaboré par Eero Vartiainen, Manager Senior pour la technologie solaire, en avril 2020. Eero Vartiainen représente Fortum et la Finlande au sein de la Plateforme européenne pour la technologie et l’innovation photovoltaïques (ETIP PV). Pour consulter sa version originale (en anglais), cliquez ici.