Les carburants à base d'hydrogène devraient être principalement utilisés dans des secteurs tels que l'aviation ou les procédés industriels qui ne peuvent pas être électrifiés, trouve une équipe de chercheurs. La production de ces carburants est trop inefficace, coûteux et leur disponibilité trop incertaine, pour remplacer largement les combustibles fossiles, par exemple dans les voitures ou le chauffage des maisons. Pour la plupart des secteurs, l'utilisation directe de l'électricité, par exemple dans les voitures électriques à batterie ou les pompes à chaleur, est plus rentable. Le recours universel à des carburants à base d'hydrogène et le maintien des technologies de combustion menacent d'entraîner une dépendance accrue aux combustibles fossiles et des émissions de gaz à effet de serre.

« Les carburants à base d'hydrogène peuvent être un excellent vecteur d'énergie propre, mais leurs coûts et les risques associés sont également importants, ", déclare l'auteur principal Falko Ueckerdt de l'Institut de Potsdam pour la recherche sur l'impact climatique (PIK). "Les carburants basés sur l'hydrogène en tant que solution climatique universelle pourraient être un peu de fausses promesses. Bien qu'ils soient merveilleusement polyvalents, il ne faut pas s'attendre à ce qu'ils remplacent largement les combustibles fossiles. Les carburants à base d'hydrogène seront probablement rares et non compétitifs pendant au moins une autre décennie. Parier sur leur large utilisation augmenterait probablement la dépendance aux combustibles fossiles :si nous nous accrochons aux technologies de combustion et espérons les alimenter avec des carburants à base d'hydrogène, et ceux-ci s'avèrent trop coûteux et rares, alors nous finirons par brûler davantage de pétrole et de gaz et émettre des gaz à effet de serre. Cela pourrait mettre en danger les objectifs climatiques à court et à long terme. »

Priorité aux applications telles que l'aviation et les productions sidérurgiques

« Il faut donc privilégier ces précieux carburants à base d'hydrogène aux applications pour lesquelles ils sont indispensables :aviation longue distance, matières premières dans la production chimique, la production d'acier et potentiellement certains procédés industriels à haute température, " explique Ueckerdt. " Ce sont des secteurs et des applications que nous pouvons difficilement électrifier directement. " Les chercheurs identifient un " ordre de mérite de la demande en hydrogène et en e-carburant " :une priorisation de l'utilisation de ces nouveaux carburants.

L'hydrogène dit vert est produit par un processus appelé électrolyse. Pour casser les molécules d'eau H2O stables en hydrogène et oxygène, il faut beaucoup d'électricité. L'hydrogène peut ensuite être utilisé pour synthétiser des carburants hydrocarbonés en ajoutant du carbone à partir de CO 2 . Les électrocarburants ou e-carburants qui en résultent sont plus faciles à stocker et à transporter que l'électricité ou l'hydrogène pur. "Le plus important, les e-carburants peuvent être brûlés dans des procédés de combustion et des moteurs conventionnels et ainsi se substituer directement aux combustibles fossiles, " dit Gunnar Luderer, co-auteur de l'article. "Toutefois, vu leur disponibilité limitée, il serait faux de penser que les fossiles peuvent être entièrement remplacés de cette façon."

Conduire une voiture avec des carburants à base d'hydrogène nécessite cinq fois plus d'énergie qu'une voiture électrique à batterie

« Nous sommes actuellement loin du 100 % d'électricité renouvelable, il est donc essentiel de l'utiliser efficacement. si nous utilisons des carburants à base d'hydrogène au lieu d'alternatives d'électrification directe, deux à quatorze fois la quantité d'électricité nécessaire, selon l'application et les technologies respectives, " déclare le co-auteur Romain Sacchi de l'Institut Paul Scherrer. " Les pertes d'efficacité se produisent à la fois du côté de l'offre, dans le processus de production des carburants à base d'hydrogène, et du côté de la demande, un moteur à combustion gaspille beaucoup plus d'énergie qu'un moteur électrique."

« Les faibles rendements énergétiques entraînent une efficacité climatique fragile, " dit Sacchi. " Si produit avec les mix électriques actuels, les carburants à base d'hydrogène augmenteraient, et non pas diminueraient, les émissions de gaz à effet de serre. Pour le mix électrique allemand en 2018, utiliser des carburants à base d'hydrogène dans les voitures, les camions ou les avions produiraient environ trois à quatre fois plus d'émissions de gaz à effet de serre que l'utilisation de combustibles fossiles. les voitures ou camions électriques génèrent des émissions de gaz à effet de serre comparables ou inférieures à celles des voitures diesel ou essence déjà basées sur les mix électriques actuels dans la plupart des pays, les chercheurs montrent sur la base d'une analyse complète du cycle de vie du berceau à la tombe qui inclut également les émissions associées à la production de la batterie.

« Ce n'est que pour les systèmes électriques véritablement renouvelables que les carburants à base d'hydrogène deviennent un moyen efficace d'aider à stabiliser notre climat, " explique le co-auteur Jordan Everall. " Les carburants à base d'hydrogène nécessitent donc clairement la construction de charges d'installations de production d'énergie renouvelable supplémentaires. "

Les coûts de réduction des gaz à effet de serre des carburants à base d'hydrogène sont actuellement d'environ 1000 euros par tonne de CO 2

Même en supposant 100 % d'électricité renouvelable, les coûts pour éviter une tonne de CO 2 les émissions en utilisant des carburants à base d'hydrogène seraient actuellement de 800 euros pour les carburants liquides et de 1200 euros pour les carburants gazeux, les chercheurs ont calculé. C'est beaucoup plus élevé que le CO actuel 2 par exemple dans le système européen d'échange de quotas d'émission, qui sont actuellement inférieurs à 50 euros par tonne. Cependant, s'il y a un progrès technologique continu tiré par le CO 2 les prix ainsi que les subventions et les investissements dans l'hydrogène et les industries connexes, d'ici 2050, ces CO 2 les coûts de dépollution pourraient chuter à environ 20 euros pour les carburants liquides et 270 euros pour les e-carburants gazeux.

D'où, avec l'augmentation du CO 2 les prix des carburants à base d'hydrogène pourraient devenir compétitifs probablement d'ici 2040. C'est trop tard pour les secteurs où des alternatives d'électrification directe existent, étant donné l'urgence de réduire les émissions de gaz à effet de serre pour stabiliser notre climat.

La tarification du carbone est nécessaire pour rendre les carburants à base d'hydrogène compétitifs

"Malgré les incertitudes sur les coûts futurs, les carburants à base d'hydrogène ont le potentiel de devenir une technologie de soutien pour remplacer tous les combustibles fossiles restants vers 2040-2050. Cependant, la réalisation dépend d'un soutien politique substantiel à grande échelle et en fait de subventions pendant environ deux décennies avant que les analyses de rentabilisation ne soient garanties uniquement par l'augmentation de la tarification du carbone, " déclare Falko Ueckerdt. " Une stratégie politique globale pourrait reposer sur deux piliers :un large soutien technologique pour favoriser l'innovation et la mise à l'échelle initiale, y compris l'électrification directe. Seconde, une tarification substantielle du carbone et une réforme de la taxe sur l'énergie qui, ensemble, créent des conditions de concurrence équitables pour toutes les technologies et donc un équilibre judicieux entre l'électrification directe et indirecte. »

« La vision à long terme des carburants à base d'hydrogène est prometteuse, ", explique Gunnar Luderer. "En puisant dans l'énorme potentiel d'énergie éolienne et solaire des ceintures solaires mondiales, Les e-carburants peuvent être commercialisés à l'échelle mondiale et ainsi résoudre les goulets d'étranglement liés aux énergies renouvelables dans les pays densément peuplés comme le Japon ou en Europe. Cependant, étant donné que les objectifs climatiques internationaux et nationaux nécessitent des réductions immédiates des émissions, d'un point de vue climatique, l'électrification directe devrait passer en premier pour assurer un avenir sûr pour tous. »

L'étude est publiée dans Nature Changement Climatique .