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Hydrogène vert et EMR : une solution d’avenir pour la transition écologique

Prise de parole de Jean-Luc Stanek devant la commission hydrogène de l'Assemblée Nationale le 3 février 2021

C’est aussi une opportunité stratégique incontournable...

...avec l’enjeu du passage rapide à grande échelle, afin d’ancrer savoir-faire et compétitivité dans les territoires, pour cette filière en évolution rapide au plan mondial, ou Chine, Corée et japon veulent imposer leur leadership.
Les prochaines années sont un point de bascule pour le marché mondial de l’hydrogène, et la France doit dès à présent avoir une politique volontariste dans l’accélération de cette mutation, pour préserver son avenir dans la filière mondiale de l’hydrogène, vecteur-clé de la décarbonation.
Peser dans cette course mondiale impose une réaction rapide et forte de la France et de l’Europe, avec le développement à grande échelle de nouvelles EMR compétitives vers le seuil critique de centaines de mégawatts, au niveau de la concurrence internationale. Cela implique une augmentation du soutien financier public (comme en Chine, Japon, Corée du Sud, États-Unis), avec des approches partenariales privés/public démultipliant les investissement, et soutenant les initiatives des collectivités territoriales vers l’hydrogène, dans le cadre de la loi de transition énergétique, pour participer aux sociétés de projets d’énergie renouvelable d’ampleur, afin de rapidement massifier de nouveaux usages de l’hydrogène et fédérer les acteurs de la filière à l’international.
Une impulsion politique volontariste avec soutien financier est indispensable autour d’innovations de rupture pour favoriser l’éclosion de nouveaux champions industriels dont certains ont le potentiel à devenir des « Apple » de l’hydrogène vert.
En lien avec le déploiement des EMR, de véritables opportunités multiusages démontrant l’excellence française seraient la mise en œuvre de projets fédérateurs s’appuyant sur des « hubs hydrogène » pour mutualiser les usages de l’hydrogène à l’échelle du territoire, et consolider la filière... Les complexes portuaires présentent à cet égard le double avantage d’avoir des besoins industriels existants d’hydrogène et de nouveaux, très immédiats et significatifs, en mobilité portuaire et de proximité de type logistique. Ils sont interconnectés aux réseaux de transports lourds et aux centres urbains, ouvrant ainsi la voie à la création rapide de hubs multiusages d’hydrogène pouvant également servir à terme les usages fluviaux et maritimes. Les axes de transport lourds, les bassins d’échanges, et la périphérie des agglomérations offrent également ces mêmes atouts déterminants pour ancrer la croissance des nouveaux usages de l’hydrogène dans les territoires…
De tels projets doivent s’appuyer sur les atouts des territoires, comme les ZEE maritimes pour les EMR qui sont un atout stratégique pour l’UE (19 millions de km2) et la France, détentrice du premier domaine maritime du monde avec 11 691 000 km2, devant les USA (11 351 000 km2).
HACE est l’innovation de rupture capable d’accélérer le déploiement rapide et massif de l’hydrogène vert. C’est l’énergie la plus compétitive (LCOE < 20€/MWh), et la plus décarbonée au monde (< 0,5 geqCO2/KWh), pour produire l’Hydrogène vert le plus compétitif du monde (< 2 €/Kg H2).
La nouvelle turbine de HACE ouvre de superbes opportunités : elle a été testée en décembre 2020 à 91% de rendement électrique mesurée par rapport à la puissance aéraulique mesurée, avec une pression de démarrage de seulement 2 mb (2cm de hauteur d’eau) : toute surface d’eau légèrement agitée peut ainsi produire de l’énergie propre. 
Les façades maritimes françaises et les DOM TOM sont naturellement prédisposés à développer de tels projets innovants, et sont même motivés pour les accueillir comme la Bretagne et la Réunion.  
Exemple de port multifonction territorial qui intègre des activités maritimes (viviers, port multi-usages, …) la production d’hydrogène vert en mer grâce à l’énergie des vagues, et la distribution d’hydrogène aux bateaux de pêche rétrofités, et le port hydrogène alimentant l’usage H2 à terre.

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Bretagne et Réunion pourraient ainsi devenir les premières flottes de pêche bleue du monde.

Intégration des ENR et résilience des réseaux : l’hydrogène produit par électrolyse permet de stocker l’énergie, puis de la libérer en la convertissant de nouveau en électricité en réponse à la demande. Ceci permet d’accroître la flexibilité opérationnelle et la résilience des futurs systèmes énergétiques. Hydrogène et pile à combustible ouvrent ainsi la voie à des systèmes énergétiques bas carbone, répondant aux défis climatiques en apportant une flexibilité aux réseaux favorisant les ENR.

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Valorisation des renouvelables 

Les régions présentant un fort potentiel ENR et bénéficiant d’un prix de l’électricité favorable peuvent développer d’ambitieux projets d’hydrogène bas carbone, à l’instar de l’Australie qui met en place des investissements visant à la fois le marché domestique et l’export d’hydrogène. L’enjeu des stratégies nationales de développement de l’hydrogène est le développement de systèmes hydrogène complets de l’amont à l’aval : elles soutiennent à la fois la démonstration de technologie, son passage à l’échelle et l’optimisation des coûts. Il s’agit donc à la fois de mécanismes d’amorçage de la demande et d’accompagnement de la commercialisation, en vue de faciliter la mise sur le marché de nouvelles solutions pour de nouveaux usages. 

La course au développement du marché de l’hydrogène est engagée : 

• Le Japon veut devenir la première « société hydrogène » au monde, avec l’objectif d’atteindre à la parité coût avec l’essence et le GNL. Cette vision fixe des objectifs quantifiés mais aussi tarifaires au développement de l’hydrogène. Le Japon a investi près de 1,5 milliard d’euros en six ans en R & D pour baisser l’empreinte carbone de l’hydrogène, renforcer les infrastructures d’importation/ distribution, et développer ses nouveaux usages (mobilité, cogénération, power-to-gas). 
• En Chine, l’hydrogène est un domaine prioritaire intégré au 13e Plan Quinquennal (2016-2020) et à l’initiative « Made in China 2025 ». La « China Hydrogen Alliance » regroupe tous les acteurs du secteur, avec un fort soutien gouvernemental. La Chine est déjà le premier producteur mondial d’hydrogène, avec vingt-deux millions de tonnes par an essentiellement issues des hydrocarbures et du charbon, et destinées à la chimie et au raffinage. C’est aussi le premier fabricant mondial d’électrolyseurs, et sa stratégie hydrogène vise notamment ses nouveaux usages (transport, énergie, matières premières alternatives) et la décarbonation progressive du vecteur. 
• En Corée du Sud, gouvernement et secteur privé vont investir conjointement plus de deux milliards d’euros dans l’économie hydrogène, avec la mobilité pour axe principal, pour conserver les avances du pays dans l’industrie de l’automobile à pile à combustible, en accroissant la production de véhicules de piles à combustible, et en standardisant la fabrication de stations de recharge. 
• Les États-Unis, précurseurs de l’économie hydrogène, ont favorisé l’émergence de leaders mondiaux des électrolyseurs et piles à combustible. Leurs efforts fédéraux de R & D ont cependant connu une baisse substantielle à partir de 2008. La Californie y demeure un centre majeur de déploiement des technologies hydrogène, pour la mobilité et les applications stationnaires. 
• L’Union européenne, associant pouvoirs publics et industriels, vise un investissement total de 1,33 milliard d’euros pour améliorer performances et compétitivité des équipements, ainsi que le déploiement des technologies dans le cadre d’un Partenariat européen pour l’hydrogène propre.  
• L’Allemagne a annoncé le 18 juillet 2019 un financement de 100 millions d’euros par an dans le développement des technologies hydrogène pour la transition énergétique, avec l’ambition de faire du pays « le numéro un mondial des technologies hydrogène ». 
• Aux Pays-Bas, entreprises gouvernements des provinces de Groningue et de Drenthe ont élaboré un plan de 2,8 milliards d’euros pour transformer leur région en une « vallée de l’hydrogène ». 
En France, la loi Énergie-Climat promulguée le 8 novembre 2019 facilite et encadre le déploiement de l’hydrogène, ouvrant la voie à un cadre législatif et réglementaire spécifique à l’hydrogène, et prévoyant notamment de développer l’hydrogène bas-carbone/ENR et ses usages (industriel, énergétique, mobilité) ; avec HACE et ses ZEE, la France a l’opportunité de viser une place le leader mondial de la production d’hydrogène vert.

UN MARCHÉ PORTÉ PAR LES NOUVEAUX USAGES 

Vers l’équilibre économique : Les stratégies d’amorçage du marché des nouveaux usages de l’hydrogène conduisent à l’adoption du vecteur sur plusieurs segments : transports, mobilité, industrie, réseaux, mais cet équilibre économique de l’hydrogène demeure néanmoins fragile. 
En matière de transports et de mobilité, le déploiement combiné des infrastructures et des véhicules en aval, avec de nouvelles productions d’hydrogène permet de sortir du « dilemme de l’œuf et de la poule ». 
Le soutien à la production d’hydrogène bas carbone, combiné aux incitations à la baisse des émissions et à la réglementation, permet de développer plus largement les usages dans l’industrie qui représente un débouché potentiel significatif, car elle bénéficie d’un important retour d’expérience, et l’hydrogène bas carbone s’implante là où les procédés hydrogène sont déjà largement incorporés à la production. 
Les principales utilisations d’hydrogène sont actuellement l’ammoniac (engrais), le méthanol (production de polymères), le raffinage du pétrole, et de nombreuses autres applications industrielles : métallurgie, verre, composants électroniques notamment. 
L’hydrogène actuel du secteur de la chimie provient majoritairement du gaz naturel (65 %) et du pétrole, à l’exception de l’Asie où le charbon est davantage utilisé (deux tiers de la production). L’Agence Internationale de l’Énergie estime que l’alimentation exclusive de l’ammoniac et du méthanol en hydrogène bas carbone en 2030 requerrait 323 milliards de mètres cube par an de gaz naturel combiné à du CCS-CCU ou 3020 térawattheures par an d’électricité renouvelable, plus un besoin accru d’hydrogène dans le raffinage de pétrole provient en raison des restrictions croissantes sur la teneur en soufre des carburants en Europe, États-Unis et en Chine
La production d’hydrogène industriel bas carbone par électrolyse se développe également chez les acteurs du raffinage, de la production d’ammoniac et méthanol, réduisant ainsi les surcoûts et émissions éventuelles du transport et améliorant la qualité de l’air des villes et territoires…
De nouvelles applications se préparent pour décarboner le secteur : 
• Sidérurgie : l’hydrogène peut remplacer le coke pour produire l’acier par réduction du minerai de fer, avec plusieurs procédés testés en Suède, Autriche et Allemagne. 
• Chaleur haute température
• Méthane de synthèse : L’hydrogène peut être combiné à du CO2 issu du captage du carbone pour produire du méthane de synthèse, qui devient alors une matière première pour l’industrie chimique. 
Le prix de la tonne de CO2 évitée et les capacités de stockage impactent directement la faisabilité économique des solutions d’hydrogène bas carbone.
Le soutien à la production d’hydrogène bas carbone, les incitations à la baisse des émissions et la réglementation, sont nécessaires pour favoriser les usages de l’hydrogène bas carbone.

LA MOBILITÉ hydrogène s’engage déjà sur des déploiements commerciaux, malgré le dilemme de « l’œuf et de la poule » (pas d’infrastructure de recharge sans véhicules, pas de véhicules sans stations de recharge). Dans l’automobile, les progrès significatifs des coûts de production font envisager un avenir bas carbone, et les investissements des pays leaders préfigurent une importante pénétration du parc mondial de véhicules. Corollaire de la mise en circulation des véhicules, le maillage en infrastructure de recharge accélère. Japon, Allemagne et Californie concentrent plus de la moitié des stations de recharge mondiales, car le modèle-type de développement de la filière s’appuie sur le financement conjoint de l’infrastructure et des véhicules. En Californie, industriels et équipementiers investissent conjointement dans la production d’hydrogène et dans un réseau de stations de recharge pour accompagner la politique de décarbonation des villes. 
Priorité au transport lourd, aux usages intensifs et à la longue distance : Le développement de services commerciaux de mobilité hydrogène, où le risque de l’utilisation est maîtrisé, constitue un levier de croissance majeur de la filière. 
Les entreprises françaises sont sur plusieurs segments de la mobilité hydrogène :
• Bus : les bus électriques à pile à combustible (FCEB) ont typiquement une autonomie de 300 à 450 km et une consommation de 8 à 9 kg aux cent kilomètres pour 2 PAC 100 kW, avec des conditions d’opération similaires au diesel. Testés depuis 30 ans, ils connaissent d’importants déploiements dans les grandes agglomérations Chinoises et dans une moindre mesure en Californie et en Europe. 
• Transport lourd : malgré des autonomies moindres que les poids lourds à motorisation conventionnelle, le transport lourd connaît de premières mises en service sur des parcours urbains (camions, bennes à ordure) ou la logistique de courte distance. 
• Ferroviaire : les piles à combustible sont avantageuses sur les lignes non électrifiées, ou à faible trafic. Le Land de Basse-Saxe en Allemagne a inauguré la première ligne commerciale de transport de passagers au monde, avec 14 autorails construits par Alstom. Des projets de déploiement sont prévus ou à l’étude en France, au Royaume-Uni, au Canada, au Japon et en Malaisie… 
• Navigation fluviale et maritime : l’utilisation de la pile à combustible est appliquée à la propulsion et ouvre la voie au « zéro émission » pour la navigation. Les déploiements-pilotes de navires hydrogène ont essentiellement lieu en Europe, les pêcheurs bretons visent la première flotte de pêche sans émission du monde.

STOCKAGE ET FLEXIBILITÉ DES RÉSEAUX 

Le Power-to-Hydrogen, par électrolyse de l’eau, transforme l’électricité des ENR en hydrogène injectable dans le réseau de gaz naturel ou utilisé dans différents secteurs. L’énergie peut aussi être de nouveau convertie en électricité via une pile à combustible : le Power-to-Gas-to-Power (PtP) permet de stocker les ENR et de les restituer au réseau électrique à la demande : L’hydrogène en solution de stockage de l’énergie complète ainsi d’autres technologies comme le stockage par batteries ou les centrales de pompage-turbinage (STEP). L’intégration massive des ENR dans les réseaux électriques (57 % de renouvelables dans la production mondiale d’énergie en 2030 : IRENA, scénario REmap) est donc une solution pour accompagner la forte pénétration des ENR : 
• Problématiques de gestion de congestion locales, auxquelles ce stockage pourrait répondre 
• A l’échelle du système interconnecté, les services de stockage ou de flexibilité que peut rendre l’hydrogène trouvent donc un intérêt naturel dans le maintien de l’équilibre offre demande. La pénétration des énergies renouvelables électriques variables augmente surtout à court terme le besoin de flexibilité infra-journalière et journalière, et le développement de l’hydrogène bas carbone est favorisé par les faibles coûts de l’électricité. Les marchés à fort développement des renouvelables sont donc porteurs pour l’hydrogène électrolytique : Chine, Inde, États-Unis, Brésil, Australie notamment, avec développement d’installations hydrogène de plusieurs centaines de mégawatts ; c’est une alternative aux groupes électrogènes par exemple pour les territoires isolés ou insulaires. Des systèmes énergétiques plus résilients et intégrant des ENR répondent à des problématiques de coûts de production électrique élevés, de décarbonation et d’indépendance énergétique. Plusieurs démonstrateurs associant ENR et stockage hydrogène sont mis en œuvre, dans les Orcades au large de l’Écosse, à Porto Santo dans l’archipel de Madère mais aussi dans les zones non interconnectées en France (Corse, La Réunion)
L’électrolyse est un procédé par lequel un courant électrique est utilisé pour séparer les deux composants de l’eau, l’hydrogène et l’oxygène. Plusieurs types d’électrolyseurs existent :

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Le mixage des ENR et EMR, dans une logique de préservation des biotopes, des terres et des usages (pas de consommation de terre, pas de fondation ni de câble) est aussi une opportunité unique pour accélérer les énergies bas carbones grâce à une grande acceptabilité sociale et sans conflit d’usage.
Au moment où l’UE introduit la notion d’écocide, l’absence de fondations et de câbles sous-marins évite des dégâts potentiellement irréversibles pour l’environnement : cela évite les nuisances sonores, qui peuvent aller jusqu’à 220 dB pendant des années dans le cas du granit rose.
Imaginons, au large loin de tout conflit d’usage, des éoliennes offshores flottantes supportées par des houlomoteurs abritant du photovoltaïque flottant : Aux problèmes de coût et résistance des ancrages, HACE gomme les impédances mécaniques et apporte à l’éolien offshore flottant la seule solution efficace, élégante, moins coûteuse et doublant le productible.

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Plus au large, le vent est plus puissant et plus régulier, augmentant le facteur de charge, mais la grande profondeur implique des fondations flottantes.

Quand le soleil se couche et que le vent faiblit, HACE continue à produire votre énergie propre

© Created by Hace

Tous droits réservés

Quand le soleil se couche et que le vent faiblit, HACE continue à produire votre énergie propre

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