L'hydrogène: peut-il être l'énergie de transition de demain ?

Publié le 02.02.2023 dans le Quotidien d’Oran
par Mohamed Rachid Cheriti*

L'hydrogène prend de l'ampleur dans l'actuelle scène de la transition énergétique nationale et mondiale, il est considéré comme vecteur de transition rapide vers une énergie propre et peut contribuer efficacement à l'objectif de neutralité carbone. En sus, l'hydrogène vert a le potentiel de créer un cycle vertueux pour les futurs réseaux électriques basés sur les énergies renouvelables, car il peut fournir la flexibilité indispensable aux systèmes électriques, agissant comme un tampon pour la production d'énergie renouvelable non dispatchable.

En bref, l'hydrogène n'est pas une source d'énergie primaire, mais produit de différentes manières et chacune l'identifie avec une couleur différente. Quand l'hydrogène est produit à partir de sources renouvelables par l'électrolyse est appelé hydrogène vert, lorsqu'il provient de la gazéification du charbon avec de la vapeur d'eau, on parle d'hydrogène brun, s'il est produit à partir d'un combustible fossile générique (par exemple, le gaz naturel), il est appelé hydrogène gris, lorsqu'il est produit à partir de méthane avec un procédé de captage et de stockage du CO2 (CCS - Carbon Capture and Storage), il est appelé hydrogène bleu, si l'électricité utilisée pour alimenter l'électrolyseur provient du nucléaire, l'hydrogène est dit jaune (il est rose pour certains, ou violet pour d'autres). L'hydrogène noir est l'hydrogène obtenu par gazéification du charbon, tandis que l'hydrogène turquoise est formé à partir de méthane qui alimente un réacteur.

L'hydrogène est déjà utilisé dans l'industrie, environ 94 Mt est la demande d'hydrogène en 2021 selon l'AIE. Actuellement 96% de tout l'hydrogène est produit à partir de combustibles fossiles (gaz naturel 48%, pétrole 30%, charbon 18%) et le reste 4% de l'électrolyse. Cela signifie que la production d'hydrogène associé provoque encore des émissions importantes de CO2, générant environ 630 Mt de CO2, soit 7% des émissions industrielles de CO2 en 2021.

L'hydrogène peut être vraiment durable s'il est produit par électrolyse alimentée par des énergies renouvelables. Il pourrait remplacer les combustibles fossiles conventionnels et réduire leurs émissions de carbone, surtout dans les secteurs difficiles à réduire tels que les usines du ciment, la production de fer et d'acier, etc. Quant au secteur des transports, l'hydrogène peut être utilisé dans les véhicules électriques à pile à combustible, et principalement pour le transport de marchandises plus lourdes, ou pour produire des carburants synthétiques pour le transport maritime ou l'aviation. Tandis qu'au secteur du bâtiment, l'hydrogène peut être mélangé au gaz naturel ou utilisé pour produire du méthane de synthèse et injecté dans les réseaux de gaz naturel. De plus, l'hydrogène offre une solution au stockage saisonnier problème lié à la production d'électricité renouvelable qui culmine en été, alors que la demande culmine en hiver, et pendant les périodes de surproduction.

Ce qui concerne le stockage qui est un point dur de la technologie d'hydrogène, il existe différentes manières de le stocker, le stockage dans des réservoirs comprimés sous forme de gaz montre une limite puisque l'hydrogène se caractérise par une densité d'énergie élevée en masse, mais pas en volume par rapport aux carburants conventionnels. Par conséquent, une pression élevée et de grands vaisseaux sont nécessaires, certes, le stockage sous pression (typiquement 350 ou 700 bars) apparaît comme le mode le plus utilisé actuellement. En aval c'est de restituer l'hydrogène aux réseaux de transport d'énergie, soit sous forme hydrogène H2, soit sous forme méthane CH4, plus rarement sous forme d'électricité (moindre rendement) pour répondre à une demande diffuse aux fins de mobilité ou d'applications stationnaires. En effet, l'énergie excédentaire, fournie par les centrales électriques conventionnelles et renouvelables, peut être stockée sous forme d'hydrogène puis l'utiliser pour produire de l'électricité (piles à combustible ou systèmes électriques), de la chaleur (combustion) ou les deux (cogénération), réduisant considérablement la production de gaz à effet de serre. Multiples sont les technologies de production d'hydrogène, mais la plus utilisée c'est l'électrolyse de l'eau qui utilise l'électricité pour séparer l'eau en hydrogène et oxygène. En 2021, l'électrolyse de l'eau ne représentait qu'environ 0,1% de production mondiale d'hydrogène. Mais la capacité installée des électrolyseurs se développe rapidement et a atteint 510 mégawatts (MW) à fin 2021, une augmentation de 210 MW, soit 70% par rapport à 2020. La quantité d'hydrogène produite via l'électrolyse de l'eau, bien que très faible, a augmenté de près de 20% par rapport à 2020. Cela reflète un déploiement croissant des électrolyseurs. Néanmoins, plusieurs méthodes de production d'hydrogène sont en phase d'études.

L'expérience mondiale :

L'IRENA s'attend à une pénétration considérable de l'hydrogène dans notre futur mix énergétique : environ 3900 TWh de l'hydrogène renouvelable serait consommé dans le secteur industriel en 2050, principalement dans la sidérurgie, dans la chimie et aussi pour production d'ammoniac, le secteur des transports serait le deuxième plus grand utilisateur d'hydrogène renouvelable avec 1100 TWh consommés par an d'ici 2050. Tandis que l'AIE prévoit que la demande industrielle sur l'hydrogène augmentera de 11 Mt d'ici 2030 par rapport aux niveaux de 2021.

Selon l'AIE toujours, 25 pays ont annoncé des stratégies intégrant l'hydrogène comme vecteur d'énergie propre dans leurs plans de transition vers les énergies propres. Le Japon a été l'un des premiers partisans de l'hydrogène et a déjà traduit sa stratégie en objectifs réels de coût et d'efficacité pour chaque application, il est impliqué dans différents projets de commerce international d'hydrogène avec son premier navire à hydrogène liquide livré en 2019. Le Japon s'attend à ce que les technologies de l'hydrogène deviennent rentables d'ici 2030.

L'Allemagne a été un partisan clé de l'hydrogène ayant déjà investi environ 700 millions d'euros entre 2006 et 2016 dans le cadre du Programme National d'Innovation dans l'Hydrogène. Elle prévoit de déployer jusqu'à 5 GW de capacité de production d'hydrogène à l'aide d'électrolyseurs d'eau couplés à des parcs éoliens terrestres et offshore d'ici 2030, pour atteindre 10 GW au total d'ici 2035-2040.

Le Portugal se concentre une stratégie particulièrement sur l'hydrogène vert, les objectifs pour 2030, explicite les électrolyseurs (2 - 2,5 GW) et divers mélanges qui peuvent stimuler l'absorption de la demande : 10 - 15% de mélange dans le réseau de gaz, 2 à 5% d'hydrogène vert pour l'industrie, 1 à 5% pour le transport, 3 à 5% pour le transport maritime et 1,5 à 2% pour la demande finale d'énergie. Cette stratégie prévoit des investissements de l'ordre de 7 milliards d'euros d'ici 2030.

De son côté, l'Italie a présenté son plan national hydrogène stratégique, qui vise à atteindre 2% de pénétration d'hydrogène dans la demande énergétique d'ici 2030 et prévoit des investissements allant jusqu'à 10 milliards d'euros entre 2020 et 2030 pour lancer le bas carbone.

Pour la France, la société française Lhyfe a inauguré récemment une plateforme flottante de 330 tonnes pour la production de l'hydrogène renouvelable offshore avec un électrolyseur de 1MW, cette technique est la première dans le monde, cette plateforme utilise la mer pour la production de l'hydrogène (convertir la tension électrique provenant de l'éolienne flottante, pomper l'eau de mer, la désaliniser et la purifier et ensuite casser cette molécule d'eau via l'électrolyse), cette entreprise ambitionne d'installer trois gigawatts de capacités offshore de production d'hydrogène à horizon 2030-2035.

La situation algérienne :

L'Algérie a évoqué sa stratégie en matière d'énergies renouvelables, notamment le développement de l'hydrogène, cette stratégie est inscrite parmi les objectifs prioritaires du gouvernement. De ce fait, un protocole d'entente était signé entre le groupe Sonatrach et la société gazière allemande VNG AG, permettra de lancer «le premier projet pilote» de production de l'hydrogène vert en Algérie d'une capacité de 50 MW. Cette coopération permettra d'assurer davantage la maîtrise technologique relative à l'hydrogène vert avant 2030.

En revanche la meilleure méthode de produire l'hydrogène en Algérie est par l'électrolyse d'eau en utilisant l'eau de la mer à travers les unités de dessalement existantes, et la seconde est la production de l'hydrogène à partir d'énergie solaire compte tenu que l'Algérie a un potentiel solaire élevé, et des ressources en eaux souterraines qui sont contenues dans les aquifères du Sahara. De plus, l'utilisation de pipelines du réseau de Gaz naturel (GN) présente aujourd'hui une voie prometteuse principale pour le transport d'hydrogène produit via les sources renouvelables en mixture avec le GN vers l'Union européenne.

L'hydrogène, l'énergie de demain :

De nos jours, l'idée principale pour favoriser la pénétration de l'hydrogène consiste à utiliser le réseau de gaz naturel existant en y ajoutant de l'hydrogène. Cette solution permet non seulement une réduction des coûts d'investissement de l'infrastructure, mais peut également contribuer à la réduction des émissions de gaz à effet de serre, surtout si l'hydrogène ajouté est un hydrogène vert. Pour les problèmes techniques des mélanges H2/CH4 concernant le fonctionnement, la gestion et la sécurité des réseaux et selon des études, un mélange allant de 5 à 10% en volume d'hydrogène est considéré comme un bon compromis pour les réseaux de gaz naturel.

En dépit que l'objectif commun primordial de nombreux pays qui est la réduction des émissions des gaz à effet de serre et l'accès à une énergie propre, la pénétration de l'hydrogène dans notre future énergétique doit être traitée avec beaucoup de prudence, en pensant aux effets négatifs tels que les problèmes environnementaux, sécurité et pénurie d'eau pour l'électrolyse. En sus la baisse des coûts de l'électricité produite à partir d'énergies renouvelables et les investissements considérables par les pays suscitent l'enthousiasme dans le domaine de la recherche pour trouver de nouvelles solutions pour obtenir une production d'hydrogène à faible coût et à faible émission de carbone. Ce sont des défis qui doivent pousser tous les acteurs impliqués à mener à bien ce projet et à poursuivre les recherches dans les technologies de pointe afin d'atteindre des niveaux toujours plus élevés en matière de durabilité énergétique.

*Ingénieur spécialisé dans le domaine énergétique