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Comment la baisse des coûts solaires a renouvelé les espoirs d'hydrogène propre

Le monde mise de plus en plus sur l'hydrogène vert pour combler certaines des pièces manquantes critiques du puzzle de l'énergie propre.

Le plan climatique du candidat à la présidentielle américaine Joe Biden appelle à un programme de recherche pour produire une forme propre de gaz suffisamment bon marché pour alimenter des centrales électriques en une décennie. De même, le Japon, la Corée du Sud, l'Australie, la Nouvelle-Zélande et l'Union européenne ont tous publié des feuilles de route sur l'hydrogène qui en dépendent pour accélérer la réduction des gaz à effet de serre dans les secteurs de l'énergie, des transports ou de l'industrie. Pendant ce temps, un nombre croissant d'entreprises à travers le monde construisent des usines d'hydrogène vert de plus en plus grandes, ou explorent son potentiel pour produire de l'acier, créer du carburant aviation neutre en carbone ou fournir une source d'alimentation de secours pour les fermes de serveurs.

L'attraction est évidente: l'hydrogène, l'élément le plus abondant de l'univers, pourrait alimenter nos véhicules, alimenter nos centrales électriques et fournir un moyen de stocker de l'énergie renouvelable sans pomper le dioxyde de carbone à l'origine du changement climatique ou d'autres polluants (son seul sous-produit voitures et camions est de l'eau). Mais alors que les chercheurs annoncent la promesse d'une «économie de l'hydrogène» depuis des décennies, elle a à peine entamé la demande de combustibles fossiles, et la quasi-totalité est encore produite par un processus de pollution par le carbone impliquant le gaz naturel.

La grande vision de l'économie de l'hydrogène a été freinée par les coûts élevés de création d'une version propre, les investissements massifs dans les véhicules, les machines et les tuyaux qui pourraient être nécessaires pour l'utiliser, et les progrès dans les alternatives de stockage d'énergie concurrentes comme les batteries.

Alors, qu'est-ce qui motive le regain d'intérêt?

D'une part, l'économie change rapidement. Nous pouvons produire de l’hydrogène directement en divisant simplement l’eau, dans un processus connu sous le nom d’électrolyse, mais le coût est prohibitif en grande partie parce qu’il nécessite beaucoup d’électricité. Cependant, comme le prix de l'énergie solaire et éolienne continue de baisser rapidement, cela commencera à sembler beaucoup plus faisable.

Dans le même temps, alors que de plus en plus de pays font des calculs difficiles sur la façon d'atteindre leurs objectifs d'émissions agressifs dans les décennies à venir, une forme verte d'hydrogène semble de plus en plus cruciale, déclare Joan Ogden, directrice du programme de voie énergétique des transports durables à l'Université de Californie, Davis. C'est un outil flexible qui pourrait aider à nettoyer un éventail de secteurs dans lesquels nous ne disposons toujours pas de solutions abordables et prêtes, comme l'aviation, le transport maritime, la production d'engrais et le stockage d'énergie de longue durée pour le réseau électrique.

Baisse des coûts des énergies renouvelables

Pour l'instant, cependant, l'hydrogène propre est beaucoup trop cher dans la plupart des situations. Un article récent a révélé que le fait de compter sur l'énergie solaire pour faire fonctionner les électrolyseurs qui divisent l'eau peut fonctionner six fois plus haut que le processus au gaz naturel, connu sous le nom de reformage du méthane à la vapeur.

Il y a beaucoup de experts en énergie qui soutiennent que les coûts supplémentaires et la complexité de la production, du stockage et de l'utilisation d'une version propre signifient qu'elle ne décollera jamais vraiment au-delà des cas d'utilisation marginaux.

Mais la bonne nouvelle est que l'électricité elle-même représente une part énorme du coût – plus de 60% ou plus – et, encore une fois, les coûts des énergies renouvelables chutent rapidement. Pendant ce temps, les coûts des électrolyseurs eux-mêmes devraient baisser fortement à mesure que les fabricants augmentent la production et que divers groupes de recherche développent des versions avancées de la technologie.

Un article de Nature Energy au début de l'année dernière a révélé que si les tendances du marché se poursuivent, l'hydrogène vert pourrait être économiquement compétitif à l'échelle industrielle d'ici une décennie. De même, l'Agence internationale de l'énergie prévoit que le coût de l'hydrogène propre diminuera de 30% d'ici 2030.

Usine d'hydrogène vert H2H2FUTURE de Voestalpine à Linz, Autriche.
Usine d'hydrogène vert H2FUTURE de Voestalpine à Linz, en Autriche.
VOESTALPINE

L'hydrogène vert peut déjà être presque abordable dans certains endroits où les périodes de production d'énergie renouvelable excessive font baisser les coûts de l'électricité à presque zéro. Dans une note de recherche le mois dernier, les analystes de Morgan Stanley ont écrit que la localisation d'installations d'hydrogène vert à côté de grands parcs éoliens dans le Midwest américain et au Texas pourrait rendre le coût du carburant compétitif d'ici deux ans.

Une étude de juin du US National Renewable Energy Laboratory a révélé qu'il est peut-être plus proche du milieu du siècle avant que l'hydrogène ne soit la technologie la plus abordable pour le stockage de longue durée sur le réseau. Mais comme les énergies renouvelables fluctuantes comme le solaire et l'éolien deviennent la principale source d'électricité, les services publics devront stocker suffisamment d'énergie pour que le réseau fonctionne de manière fiable non seulement pendant quelques heures, mais pendant des jours et même des semaines pendant certains mois lorsque ces ressources diminuent.

L'hydrogène brille dans ce scénario par rapport à d'autres technologies de stockage, car l'ajout de capacité est relativement bon marché, explique Joshua Eichman, ingénieur de recherche principal au laboratoire et co-auteur de l'étude. Pour augmenter la durée pendant laquelle les batteries peuvent fournir de l'électricité de manière fiable, vous devez en empiler de plus en plus, multipliant le coût de chaque composant coûteux qu'elles contiennent. Avec l'hydrogène, il vous suffit de construire un réservoir plus grand ou d'utiliser une caverne souterraine plus profonde, dit-il.

Utiliser l'hydrogène

Pour que l'hydrogène remplace complètement les carburants émettant du carbone, nous devons revoir notre infrastructure pour la distribuer, la stocker et l'utiliser. Nous devrons produire des véhicules et des navires dotés de piles à combustible qui transforment l'hydrogène en électricité, ainsi que des stations de ravitaillement le long des ports et des routes. Et nous devrons empiler des piles à combustible ou construire ou moderniser des centrales électriques pour utiliser le carburant pour alimenter directement le réseau.

Tout cela prendra beaucoup de temps et d'argent.

Mais il existe un autre scénario qui évite, ou retarde, une grande partie de cette refonte de l’infrastructure. Une fois que vous avez de l'hydrogène, il est relativement simple de le combiner avec du monoxyde de carbone pour produire des versions synthétiques des carburants qui alimentent déjà nos voitures, camions, navires et avions. Le processus industriel pour ce faire est vieux d'un siècle et a été utilisé à plusieurs reprises par des pays à court de pétrole pour fabriquer des combustibles à partir du charbon ou du gaz naturel.

Usine pilote Direct Air Capture
Usine pilote de Carbon Engineering à Squamish, Colombie-Britannique.
INGÉNIERIE CARBONE

Carbon Engineering, basée à Squamish, en Colombie-Britannique, développe des installations qui captent le dioxyde de carbone de l'air. L'entreprise prévoit de l'associer à de l'hydrogène sans carbone pour fabriquer des carburants synthétiques. L'idée est que le carburant sera neutre en carbone, n'émettant pas plus de dioxyde de carbone que ce qui a été éliminé ou produit dans le processus.

Lors d'une présentation lors d'une conférence du Codex à la fin de l'année dernière, le fondateur de Carbon Engineering et professeur à Harvard, David Keith, a déclaré que la baisse des prix de l'énergie solaire devrait leur permettre de commercialiser «air-to-carburants» pour environ 1 $ le litre (environ 4 $ le gallon) en le milieu des années 2020 – et que le prix continuera de baisser à partir de là.

«La grande nouvelle ici est que cela pourrait être fait avec du matériel de base commençant bientôt», a-t-il déclaré. "Vous pourriez arriver à quelque chose comme un million de barils par jour de capacité d'hydrocarbures synthétiques air-carburant, je pense, peu après 2030, et après cela, il n'y a pas de limite de mise à l'échelle évidente."

En effet, le processus offre un moyen de convertir l'énergie solaire éphémère et fluctuante en combustibles stockables en permanence qui peuvent remplir les réservoirs de n'importe laquelle de nos machines. «Il s'agit d'une voie énergétique pour… traiter le problème de l'intermittence et le traiter d'une manière qui vous permette de répondre aux besoins de densité énergétique élevée dans le monde entier; vous permet de faire voler des avions à travers l'Atlantique Nord », a déclaré Keith.

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