L'hydrogène est principalement utilisé pour fabriquer des produits chimiques tels que des engrais et dans les raffineries de pétrole. La majeure partie de l'hydrogène dans le monde aujourd'hui est fabriquée à partir de gaz naturel ou de charbon, des méthodes associées à d'importantes émissions de dioxyde de carbone. Les pays développés se tournent donc plutôt vers «l'hydrogène vert», produit à partir d'électricité renouvelable comme l'énergie solaire et éolienne. Les experts en énergie Rod Crompton et Bruce Young expliquent les avantages et les défis potentiels de l'hydrogène vert.

À quoi sert l'hydrogène ?

La demande mondiale d'hydrogène a atteint 94 millions de tonnes en 2021 et contenait une énergie égale à environ 2,5 % de la consommation énergétique finale mondiale. Environ 0,1 % seulement de la production mondiale actuelle d'hydrogène est verte, mais de grandes expansions sont prévues.

De nouvelles applications de l'hydrogène vert sont également envisagées.

La classification de Liebreich est un indicateur utile des marchés potentiels pour l'hydrogène vert.

Puisque l'objectif de l'utilisation de l'hydrogène vert est vraiment de réduire le dioxyde de carbone, les applications à cibler en priorité devraient être celles qui permettront les plus grandes réductions d'émissions. L'échelle de Liebreich montre qui ils sont. Les applications de la rangée supérieure (verte) sont une utilisation efficace de l'hydrogène vert précieux.

Mais l'hydrogène vert coûte actuellement beaucoup plus cher à fabriquer que les types d'hydrogène moins propres. L'utiliser pour produire les 180 millions de tonnes par an d'ammoniac nécessaires à la production d'engrais dans le monde aurait un effet d'entraînement important sur les prix des denrées alimentaires.

Il est donc difficile de voir comment cette transition va se produire.

Comment est fabriqué l'hydrogène vert ?

L'hydrogène vert est fabriqué à partir d'eau. Utilisant de l'électricité renouvelable ("verte"), des équipements appelés électrolyseurs séparent l'hydrogène de l'oxygène de l'eau (H₂O). Le processus s'appelle l'électrolyse.

La production d'hydrogène vert n'émet pas de dioxyde de carbone, mais la construction d'infrastructures d'électricité renouvelable utilise actuellement des combustibles fossiles, qui émettent du dioxyde de carbone.

L'hydrogène est traditionnellement fabriqué à partir de sources d'énergie non renouvelables comme le charbon (« hydrogène noir ») et le gaz naturel (« hydrogène gris »). Lorsque ces méthodes sont combinées avec la capture et le stockage du carbone, l'hydrogène produit est appelé « hydrogène bleu ».

Quels défis l'hydrogène vert présente-t-il ?

Bien que les coûts de production d'énergie renouvelable aient baissé, le coût de l'électrolyse n'est toujours pas compétitif sur le plan commercial.

Aujourd'hui, l'hydrogène vert a un coût énergétique équivalent estimé entre 250 et 400 dollars américains par baril de pétrole à la sortie de l'usine, selon l'Agence internationale des énergies renouvelables. Des réductions de coûts futures sont prévues, mais elles sont incertaines. Les prix actuels du pétrole sont d'environ 100 dollars le baril, soit bien moins que ce qu'il en coûterait pour utiliser de l'hydrogène vert au lieu des produits pétroliers conventionnels.

Les coûts de transport de l'hydrogène doivent également être pris en compte.

Malheureusement, la physique de l'hydrogène s'oppose au transport d'hydrogène à faible coût. C'est beaucoup plus difficile que les carburants liquides à base de pétrole, le gaz de pétrole liquéfié ou le gaz naturel liquéfié. Le transport océanique de l'hydrogène doit se faire à très basse température (-253℃). L'essence ou le diesel n'ont pas besoin d'une réfrigération coûteuse :ils sont transportés à température ambiante.

Et l'hydrogène ne transporte que 25 % de l'énergie d'un litre d'essence, ce qui rend beaucoup plus coûteux le transport et le stockage de la même quantité d'énergie.

Des moyens alternatifs de transport de l'hydrogène ont été étudiés. Parce que l'ammoniac (NH₃) est beaucoup plus facile et moins cher à transporter que l'hydrogène, l'Agence internationale des énergies renouvelables a recommandé de "stocker" l'hydrogène dans l'ammoniac pour l'expédition. Mais cela nécessite un équipement supplémentaire pour mettre l'hydrogène dans l'ammoniac et l'extraire à destination. Selon l'agence, ces processus ajoutent des coûts d'environ 2,50 à 4,20 USD/kg (équivalent à 123 à 207 USD par baril de pétrole).

L'hydrogène est plus difficile à gérer que les combustibles fossiles conventionnels. C'est un gaz incolore, inodore et insipide, contrairement aux hydrocarbures conventionnels. Cela rend la détection des fuites plus difficile et augmente le risque d'incendie ou d'explosion. Les feux d'hydrogène sont invisibles à l'œil humain.

Historiquement, l'hydrogène a été contrôlé dans les périmètres des usines et géré par des personnes formées. L'introduction généralisée de l'hydrogène dans la société nécessitera de nouvelles mesures et compétences, notamment en matière d'assurance, de manutention, de lutte contre les incendies et de gestion des catastrophes.

Où sont les premiers mégaprojets hydrogène susceptibles d'être construits ?

La construction du premier projet d'hydrogène vert à l'échelle du gigawatt en Arabie saoudite a déjà commencé. Bon nombre des projets pionniers seront construits dans l'hémisphère sud, principalement dans les pays en développement. En effet, ils sont moins densément peuplés et disposent de meilleures ressources en énergies renouvelables (solaire et éolienne) pour produire l'électricité nécessaire.

Bien que cela puisse sembler positif pour les pays en développement, le développement de mégaprojets hydrogène comporte de gros risques. D'une part, la « loi d'airain » des mégaprojets stipule :« Dépassement de budget, dépassement de temps, sous-avantages, encore et encore ». Les propriétaires de projet supportent le risque d'exécution du projet.

Les risques comprennent également le risque de taux de change, les sites éloignés, les technologies pionnières et le manque de compétences. Les pays d'accueil potentiels devront équilibrer ces risques avec les tentations d'amélioration de l'investissement, de l'emploi et de la balance des paiements. Ils seraient avisés d'obtenir des garanties de leurs pays clients afin d'éviter l'injustice de l'hémisphère sud qui subventionne l'hémisphère nord lors de sa transition vers une énergie plus propre.

L'Afrique du Sud dispose désormais d'une "feuille de route pour l'hydrogène" après de nombreuses années de financement gouvernemental. La société d'énergie Sasol et le constructeur automobile Toyota parlent d'une « vallée de l'hydrogène », un corridor géographique d'industries de fabrication et d'application d'hydrogène concentré. Et le gouvernement sud-africain et Sasol parlent d'établir un nouveau port sur la côte ouest à Boegoebaai pour la fabrication et l'exportation d'hydrogène vert. À Nelson Mandela Bay, Hive Hydrogen prévoit une usine d'ammoniac vert de 4,6 milliards de dollars américains.

La Namibie a également de grands projets pour un projet d'hydrogène vert de 10 milliards de dollars américains.

La clé de la réduction des coûts de l'hydrogène vert à l'avenir réside principalement dans les améliorations technologiques et les réductions de coûts liées à la fabrication de masse et à la mise à l'échelle de l'électrolyse. Et dans une moindre mesure, des réductions de coûts supplémentaires dans le transport et la manutention. + Explorer plus loin

Générer de l'hydrogène vert à partir de la biomasse, une source d'énergie renouvelable abondante

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article d'origine.