MÉGATENDANCE DE L'HYDROGÈNE : L'HYDROGÈNE VERT, CARBURANT DE L'AVENIR ?

L'HYDROGÈNE - UNE SOLUTION POLYVALENTE

De grands espoirs sont placés dans l'hydrogène en tant que vecteur énergétique. L'hydrogène semble être la solution, notamment pour les secteurs économiques et industriels qui sont encore difficiles à décarboniser aujourd'hui et qui sont grevés d'importantes émissions de gaz à effet de serre. L'hydrogène est un produit polyvalent qui peut être utilisé de nombreuses façons. Il n'est pas seulement un vecteur d'énergie, mais il est également utilisé comme matière première à des fins industrielles. Cependant, sa production actuelle est très gourmande en énergie et associée à des émissions élevées.

À l'avenir, l'hydrogène pourrait être produit en grande quantité grâce à l'utilisation d'énergies renouvelables. Les procédés techniques qui rendent cela possible ont été testés et sont déjà utilisés. Ainsi, l'hydrogène neutre sur le plan climatique pourrait devenir le moteur d'une économie de l'hydrogène en plein essor. Nous souhaitons nous pencher sur ses nombreuses utilisations et applications et inviter des experts à contribuer à un dialogue objectif sur le thème de l'hydrogène.

Le thème de l'hydrogène n'est pas nouveau. Les recherches sur les technologies correspondantes se poursuivent depuis longtemps. Depuis sa découverte au XVIIIe siècle, les applications ont été nombreuses. Mais où en est la technologie de l'hydrogène aujourd'hui et quelles sont les applications en cours de réalisation ? Ce sont les questions que nous abordons dans ce thème spécial. L'accent est mis sur la contribution de l'hydrogène neutre sur le plan climatique à la transition énergétique.

WHY USE HYDROGEN FOR THE ENERGY TRANSITION ?

L'hydrogène, ou H2 en abrégé, n'est pas seulement l'élément le plus abondant de l'univers. Il se caractérise par un large éventail de propriétés utiles. Ces éléments rendent l'hydrogène intéressant pour l'utilisation énergétique. Il a une densité énergétique élevée, peut être stocké et transporté sous forme liquide ou gazeuse. Sa combustion ne produit aucune émission.

Le seul inconvénient est que l'hydrogène n'existe pas sur terre sous forme pure, mais seulement sous forme liée. Pour l'utiliser comme vecteur énergétique, il faut d'abord le produire. Cela est possible grâce à différents processus de production. L'un d'entre eux est le processus de conversion de l'énergie en gaz en combinaison avec l'électrolyse. Sous l'effet d'une tension électrique, l'eau (H2O) peut être séparée en ses composants, l'hydrogène (H2) et l'oxygène (O2), à l'aide d'un électrolyseur.

Cependant, ce processus et l'électrolyseur nécessitent de l'énergie - beaucoup d'énergie ! Et c'est là que les énergies renouvelables entrent en jeu, car elles peuvent fournir l'énergie nécessaire, mais sans produire d'émissions.

QUE DIT LA COLORATION DE L'HYDROGÈNE ?

L'hydrogène en lui-même est un élément incolore. Néanmoins, l'hydrogène produit par le processus de conversion de l'énergie en gaz est qualifié de "vert". Cette coloration se fait en fonction de la source d'énergie, c'est-à-dire des sources d'où provient l'énergie nécessaire pour produire l'hydrogène. Si l'hydrogène est vert, de l'électricité verte, c'est-à-dire une énergie renouvelable, est utilisée pour le produire. Dans le cas de l'hydrogène "gris" et "bleu", l'énergie requise provient de sources d'énergie fossiles, c'est-à-dire que le charbon, le pétrole ou le gaz sont utilisés comme vecteurs énergétiques. Cela entraîne des émissions lors de sa production.

Contrairement à l'hydrogène gris, les émissions de l'hydrogène bleu ne doivent pas s'échapper librement dans l'atmosphère. En revanche, d'autres étapes de stockage sont prévues pour lier les émissions de CO2 et les injecter dans les couches profondes de la terre, par exemple. Avec l'hydrogène "turquoise", les résidus de carbone restent sous forme solide et doivent également être stockés temporairement.

La production d'hydrogène bleu et turquoise est controversée au regard de la transition énergétique. D'après les critiques, les deux ne conduisent pas à un abandon des combustibles fossiles, mais plutôt à une poursuite de leur utilisation. Alors que l'hydrogène vert est alimenté par des énergies renouvelables et que l'on peut donc utiliser une énergie propre pour l'électrolyse. Elle pourrait donc être produite de manière neutre sur le plan climatique.

BRAS ÉTENDU DE LA CRÉATION DE VALEUR RÉGIONALE

L'hydrogène produit à partir d'électricité verte est considéré comme le vecteur énergétique du futur et constitue un élément important de la transition énergétique. Cependant, sa production a été jusqu'à présent coûteuse et complexe, c'est pourquoi son utilisation doit se faire de préférence dans les zones où l'électrification et l'utilisation directe des énergies renouvelables ne sont pas possibles.

Certains projets de démonstration ont déjà été mis en œuvre. Ceux-ci ont apporté la preuve technique qu'il est possible de produire de l'hydrogène vert par le biais de la conversion en gaz et du processus d'électrolyse. Les aspects économiques font également l'objet de recherches. Les projets de démonstration jettent souvent les bases d'autres projets visant à orienter les nouvelles technologies vers l'économie de marché au niveau des infrastructures et à plus grande échelle.

Les régions qui ont déjà investi dans l'expansion des énergies renouvelables pourraient bénéficier du développement de nouvelles infrastructures d'hydrogène. Pour eux, l'hydrogène vert apporterait un plus dans la création de valeur régionale. En installant et en exploitant des centrales d'énergie renouvelable, on pourrait générer des revenus au-delà de la "récolte d'électricité" grâce au développement d'une infrastructure d'hydrogène.

QUELLES SONT LES APPLICATIONS DE L'HYDROGÈNE VERT ?

Gamme d'applications pour l'hydrogène vert et pour le couplage des secteurs :

L'hydrogène vert peut être utilisé comme vecteur énergétique et ressource dans les domaines de la production d'énergie et de chaleur, de l'industrie, des transports et des bâtiments. En particulier, il offre un large éventail d'utilisations possibles pour ce que l'on appelle le couplage des secteurs. Le spectre de ses applications est brièvement décrit ici, mais sans entrer dans les détails.

De l'hydrogène vert pour l'industrie

De grandes quantités d'hydrogène sont déjà utilisées dans l'industrie. Aucun nouveau champ d'application ne devrait être développé pour ces secteurs. Au contraire, l'hydrogène gris pourrait être remplacé par de l'hydrogène vert. Cela permettrait à de nombreux secteurs industriels à fortes émissions de réduire leurs émissions.

Produire de l'électricité avec des piles à combustible

Une autre option consiste à reconvertir l'hydrogène vert en électricité. Il peut être converti en électricité à l'aide de piles à combustible. De cette façon, l'hydrogène vert pourrait être utilisé comme carburant, mais aussi pour produire de la chaleur dans les bâtiments. En particulier pour la fourniture d'énergie décentralisée et en remplacement des générateurs diesel, les piles à combustible auraient un potentiel en combinaison avec le photovoltaïque et d'autres technologies renouvelables. Cependant, une grande partie de l'énergie est perdue lors de la reconversion en électricité.

Véhicules fonctionnant à l'hydrogène vert

Des véhicules alimentés par des piles à combustible sont déjà sur le marché. Leur diffusion n'est que faible, car elle est similaire à l'émergence de l'électromobilité. Les véhicules sont coûteux à l'achat et à l'exploitation. En outre, l'utilisation directe de l'électricité dans les véhicules électriques est plus efficace et nécessite moins de centrales pour produire de l'électricité. En outre, il n'existe actuellement aucun réseau national de stations-service à hydrogène. Toutefois, ce système est progressivement étendu. D'ici à la fin de 2021, une centaine de stations-service à hydrogène devraient être prêtes à être utilisées en Allemagne.

Alors que l'utilisation des véhicules à hydrogène dans les transports est encore limitée, les véhicules à pile à combustible sont davantage utilisés dans le domaine des camions dits industriels. Par exemple, les chariots élévateurs à fourche et les tracteurs de traction sont alimentés par la technologie de propulsion à l'hydrogène. Les autobus à pile à combustible ont également atteint un haut niveau de maturité technique et sont utilisés par les entreprises de transport urbain. Il s'agit souvent d'hybrides combinés à un moteur électrique.

L'hydrogène vert dans le transport ferroviaire et le transport de marchandises lourdes

Pour les longues distances, comme le transport routier de marchandises lourdes, mais aussi pour le transport ferroviaire, les carburants à base d'électricité, comme l'hydrogène, conviennent également. Les premiers trains à hydrogène ont déjà été testés sur des pistes d'essai. Mais leur nombre est gérable. Bien qu'ils soient considérés, comme les poids lourds, comme ayant de bonnes chances d'utiliser la technologie de l'hydrogène vert.

L'hydrogène vert dans le transport maritime et l'aviation

Des travaux tout aussi intensifs sont menés sur des avions et des navires hybrides basés sur la technologie de l'hydrogène. Dans le domaine du vol, les premiers prototypes ont prouvé leur fonctionnalité. L'interaction du moteur électrique et de la pile à combustible a été testée.

Les systèmes de propulsion hybride-électrique pour les navires pourraient également être utilisés de manière respectueuse du climat. Par exemple, les cargos et les bateaux de croisière pourraient utiliser des piles à combustible pour couvrir leurs besoins en électricité et en chauffage pendant leur séjour dans les ports. Les villes portuaires sont exposées à des charges environnementales et à des émissions élevées causées par les navires. Les technologies de l'hydrogène vert pourraient offrir une alternative propre aux générateurs diesel et libérer les villes portuaires des émissions.

QU'EST-CE QUI FREINE ACTUELLEMENT LE DÉCOLLAGE DU MARCHÉ DE L'ÉCONOMIE VERTE DE L'HYDROGÈNE ?

Comme on le voit, les applications possibles de l'hydrogène vert sont nombreuses. Toutefois, il y a encore peu de signes d'une montée en puissance des applications de l'hydrogène sur le marché. Qu'est-ce qui freine le développement d'une économie de l'hydrogène ?

Un certain nombre d'obstacles pourraient être cités ici. En effet, malgré les progrès technologiques réalisés ces dernières années, par exemple dans le domaine de la production de piles à combustible, de la recherche sur les matériaux ou des gains d'efficacité dans la production d'hydrogène vert, cette technologie reste coûteuse. Les coûts de fabrication élevés constituent un obstacle majeur au déploiement de cette technologie.

Dans le même temps, d'autres technologies et applications vertes font leur apparition sur le marché. Les applications de l'hydrogène doivent leur faire concurrence. D'autant plus que nombre de ces technologies sont déjà matures - mots clés : électromobilité, systèmes de stockage d'énergie basés sur le lithium-ion ou systèmes numériques d'efficacité énergétique. Les réserves concernant la technologie constituent également un obstacle majeur.

Ainsi, les facteurs technologiques et financiers ne sont pas les seuls à compter. Des acteurs, des structures, des marchés et un cadre juridique sont nécessaires pour qu'une économie verte de l'hydrogène puisse s'établir. Des analyses de rentabilité pour les applications de l'hydrogène vert et une expansion accrue des énergies renouvelables sont également nécessaires pour pouvoir produire de l'hydrogène vert à partir de sources d'énergie propres.

Dans le même temps, des investissements dans une infrastructure de l'hydrogène sont nécessaires, c'est-à-dire qu'en plus des centrales de conversion de l'électricité en gaz, des investissements sont nécessaires pour la logistique, le stockage et le transport. Sans financement de démarrage, comme cela s'est produit pour les énergies renouvelables, le stockage de l'énergie, l'électromobilité et les technologies d'efficacité énergétique, l'économie de l'hydrogène ne pourra pas se développer suffisamment.

PROGRAMMES DE FINANCEMENT

Ces dernières années, le gouvernement allemand a lancé des programmes de financement pour la technologie de l'hydrogène. Plus récemment, à l'été 2020, elle a lancé sa "stratégie nationale pour l'hydrogène" et, avec elle, la promotion la plus complète des technologies de l'hydrogène à ce jour. Avec un catalogue de 38 mesures au total, des projets proches du marché seront financés par le programme dans les années à venir.

De plus amples informations sur les projets financés peuvent être trouvées sous le lien suivant :

Programme de financement de l'hydrogène du BMBF

CONCLUSION

En ce qui concerne l'hydrogène vert, on peut identifier de nombreuses applications qui rendent la technologie attrayante pour une utilisation accrue des énergies renouvelables. Seulement, pour en arriver là, il reste actuellement un certain nombre d'obstacles à surmonter. Celles-ci rendent la diffusion difficile et font obstacle au développement du marché d'une économie verte de l'hydrogène. Toutefois, un échange d'expériences et l'identification de voies viables peuvent contribuer à la diffusion de la technologie de l'hydrogène.

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