La problématique de « l’hydrogène vert » (2/3)

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L’hydrogène est un carburant « magique » dont la combustion ne produit que de l’eau, c’est le seul carburant dont la combustion n’émet pas de CO2. C’est en raison de cette propriété que l’hydrogène est actuellement l’objet de toutes les attentions.

Sur terre, l’hydrogène n’existe pratiquement pas sous forme libre à l’état naturel. Il existe principalement sous forme d’hydrocarbures et d’eau qui sont actuellement les deux sources pour produire l’hydrogène.

Dans cette 2ème partie nous vous proposons de mieux comprendre les problématiques qui concernent la production de l’hydrogène vert en grandes quantités par électrolyse de l’eau.

 

Problèmes technologiques de la production d’hydrogène vert

Le premier sujet concerne la construction de grands électrolyseurs de puissance. De nombreux acteurs industriels se sont emparés de ce sujet dans le monde, deux technologies matures sont disponibles [1] et de nombreux projets de très grandes usines de construction d’électrolyseurs (appelées « gigafactories ») sont en train de voir le jour. Dans les technologies matures d’électrolyse les rendements de production sont très voisins. Ainsi un très grand électrolyseur de 100 MW [2] produit environ 40 tonnes par jour d’hydrogène. Grace à l’effet d’échelle des gigafactories, les coûts des électrolyseurs de grande taille vont ainsi probablement baisser, mais cette baisse sera modeste étant donné que les technologies pour construire de telles machines sont déjà bien connues.

Le véritable sujet concerne plutôt la disponibilité d’électricité renouvelable en très grande quantité. Les grands sites de barrage pour produire de l’électricité sont déjà la plupart du temps exploités dans le monde et il semble ainsi très difficile de construire de nouveaux grands barrages. L’électricité renouvelable à prendre en compte sera donc principalement d’origine éolienne ou photovoltaïque. A ce stade de notre raisonnement il faut prendre en compte une caractéristique très importante des énergies éoliennes et photovoltaïques : leur intermittence. Ainsi pour produire en moyenne 100 MW avec une centrale photovoltaïque dans le midi de la France, il faut construire une installation d’environ 630 MW crête [3]. Cela représente ainsi une surface au sol d’environ 600 ha [4].

Ainsi apparait clairement une des premières contraintes de la production d’hydrogène vert : la disponibilité de grands espaces pour construire de très grandes installations photovoltaïques. Le problème se pose de façon un peu différente pour l’éolien mais la conclusion est la même : il faut de très grands espaces à terre ou en mer pour construire ces fermes éoliennes destinées à produire de grandes quantités d’hydrogène vert.

Un autre sujet d’importance pour les grands projets d’hydrogène vert, particulièrement dans les zones arides, est la disponibilité d’eau, ressource appelée à devenir de plus en plus rare dans ces régions en raison du changement climatique.

Ces très grands espaces indispensables à la production d’hydrogène vert ne se trouvent généralement pas au voisinage des futurs grands centres de consommation d’hydrogène, c’est-à-dire les grandes agglomérations, pour alimenter les véhicules en hydrogène ou les grandes zones industrielles qui pourront utiliser cet hydrogène vert, et donc remplacer l’hydrogène gris utilisé actuellement dans l’industrie du raffinage ou de l’ammoniac [5].

Deux schémas de production se dessinent donc clairement :

  • Soit on implante les électrolyseurs près des zones de consommation et on fait transiter l’électricité verte produite par les installations photovoltaïques ou éoliennes vers ces électrolyseurs à travers le réseau de distribution électrique déjà existant. On transporte ainsi des « électrons verts ». Ce transport a bien sur un coût et ne peut se réaliser économiquement au-delà d’environ 500 km.
  • Soit on implante les électrolyseurs au plus près des installations éoliennes ou photovoltaïques et on transporte l’hydrogène vert produit vers les utilisateurs. La technologie de transport de l’hydrogène sous pression par canalisation est bien connue. Plus de 4.000 km de canalisations d’hydrogène [6] existent déjà dans le monde. Ce transport présente aussi un coût très important en particulier lié au coût de construction de ces nouvelles canalisations d’hydrogène [7]. Par ailleurs la question de l’acceptation sociétale de ces nouvelles canalisations sera à prendre en compte.

 

Article rédigé par : Xavier DRAGO – Consultant ARCLÈS, expert Hydrogène

 

 

[1] : Électrolyse dite alcaline utilisant un mélange d’eau et de potasse et électrolyse par membrane échangeuses d’ions (en anglais Proton Exchange Membrane ou PEM)
[2] : Taille typique des grands projets de production d’hydrogène vert actuellement à l’étude dans le monde
[3] : C’est dire une production de 630 MW quand le soleil est à son maximum (puissance crête) au cours de l’année. Il faut aussi que la puissance des électrolyseurs soit augmentée dans les mêmes proportions soit ici des électrolyseurs de 630 MW !
[4] : Il n’est pas ainsi facile de trouver en France un espace de 600 ha disponible pour un tel projet qui ne prenne pas la place de terres agricole ou de forêts
[5] : La sidérurgie pourrait aussi devenir un grand consommateur d’hydrogène vert. En remplaçant les dérivés du charbon (notamment le coke) comme réducteur du mirerai de fer, l’hydrogène pourrait ainsi permettre de fabriquer de « l’acier vert »
[6] : Dont environ la moitié appartiennent au Groupe Air Liquide principalement en Europe et aux USA
[7] : Environ 1,5 M€ du km

 

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