Comprendre la production d'hydrogène vert

L'hydrogène vert est produit par division de l'eau en hydrogène et en oxygène par électrolyse, alimenté exclusivement par des sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie éolienne, solaire ou marémotrice. Contrairement à l'hydrogène conventionnel dérivé du gaz naturel (hydrogène gris) ou des combustibles fossiles avec capture de carbone (hydrogène bleu), l'hydrogène vert génère zéro émission directe de carbone. Le processus repose sur un électrolyzeur, qui passe un courant électrique dans l'eau pour séparer les molécules.

La densité énergétique de l'hydrogène est élevée, soit environ trois fois plus que celle de l'essence en poids, ce qui en fait un combustible idéal pour l'industrie lourde, le transport maritime, l'aviation et le stockage d'énergie de longue durée. Toutefois, les défis pratiques de la production, du stockage et du transport ont permis de maintenir l'hydrogène vert plus cher que les combustibles fossiles.

Hydrogène vert offshore : le paysage actuel

La production d'hydrogène vert en mer en est encore à ses débuts, mais un nombre croissant de projets pilotes et d'études de faisabilité démontrent sa viabilité. Actuellement, la plupart des concepts d'hydrogène en mer associent des parcs éoliens offshore à grande échelle avec des unités d'électrolyse installées sur des plates-formes ou des installations terrestres reliées par des câbles sous-marins.

Un exemple notable est le projet H2Mare, qui fait partie de l'initiative phare allemande sur l'hydrogène, qui vise à développer des technologies de production d'hydrogène en mer directement à partir d'éoliennes. De même, le projet North Wind aux Pays-Bas explore des éoliennes flottantes intégrées à des électrolyseurs.

Principaux défis technologiques

Plusieurs obstacles techniques doivent être surmontés avant que l'hydrogène vert offshore ne puisse concurrencer les combustibles conventionnels:

  • La durabilité des électrolyseurs en mer: Les environnements offshore exposent les électrolyseurs à la pulvérisation de sel, à l'humidité, aux oscillations de température et à la contrainte mécanique des vagues et du vent.
  • Intermittence de l'énergie renouvelable: La puissance éolienne et solaire varie selon les conditions météorologiques et l'heure de la journée. Les électrolyseurs fonctionnent le plus efficacement sous des charges stables, de sorte que l'énergie variable peut réduire l'efficacité et augmenter l'usure.
  • La purification de l'eau pour l'électrolyse:[ Désaliniser l'eau de mer dans l'eau ultra pure requise par les électrolyseurs ajoute de l'énergie et des coûts. L'électrolyse directe de l'eau de mer, qui évite la dessalement, est un domaine de recherche actif mais pas encore commercialement viable.
  • Stockage et transport d'hydrogène:[ L'hydrogène a une faible densité d'énergie volumétrique. Le stockage en mer comme gaz comprimé ou liquide nécessite des conteneurs lourds et coûteux.
  • L'intégration et les obstacles réglementaires majeurs:[ Les installations d'hydrogène offshore fonctionnent souvent en dehors des cadres réglementaires existants en matière d'énergie.

Innovations pour l'avenir

Les percées technologiques accélèrent la transition des projets pilotes à la production d'hydrogène en mer à l'échelle commerciale.

Électrolyzeurs de prochaine génération

Les électrolyseurs conventionnels – alcalins et PEM – sont remplacés par des conceptions plus efficaces qui peuvent gérer des environnements de puissance et de salinité variables. Les électrolyseurs à membrane d'échange d'ions combinent le faible coût des systèmes alcalins avec le rendement élevé des cellules PEM, et ils peuvent fonctionner sans catalyseurs de métaux précieux. ]Les électrolyseurs à oxydes solides (SOEC) fonctionnent à des températures élevées (700–850°C), ce qui permet une efficacité électrique de plus de 80% tout en permettant la co-électrolyse de la vapeur et du dioxyde de carbone pour les combustibles synthétiques.

Intégration vent-hydrogène flottant

Au lieu de transmettre l'électricité à la rive, la turbine produit directement de l'hydrogène, qui est ensuite envoyé par un riser flexible vers un pipeline sous-marin ou un navire de stockage, ce qui élimine la nécessité de sous-stations offshore coûteuses et de câbles sous-marins longs. Les plates-formes flottantes ouvrent également des eaux plus profondes avec des vents plus forts et plus constants.Le projet POSEIDON en France et le concept Dolphyn au Royaume-Uni sont les pionniers de cette approche, avec EDF et Technip Energies collaborant sur des conceptions intégrées.

Électrolyse directe de l'eau de mer

L'électrolyse traditionnelle souffre de corrosion du chlorure et de l'évolution indésirable du chlore à l'anode. De nouveaux catalyseurs, tels que les doubles hydroxydes en fer nickelé et les phosphures bimétalliques, favorisent sélectivement l'évolution de l'oxygène par rapport à la production de chlore. Des chercheurs de l'Université de Stanford et d'autres institutions ont démontré des cellules d'eau de mer directe à l'échelle de laboratoire avec une grande efficacité et stabilité.

Stockage et transport d'énergie avancés

Le stockage et le transport de l'hydrogène sont réinventés pour utilisation en mer. Les transporteurs d'hydrogène chimiques, tels que les transporteurs d'ammoniac, de méthanol ou d'hydrogène organique liquide (LOHC), lient les molécules d'hydrogène pour un transport plus sûr et plus énergétique. Ils peuvent être synthétisés en mer à l'aide de CO2 capturés ou d'azote, puis expédiés à terre pour la conversion. Le stockage souterrain de l'hydrogène dans les cavernes de sel et les champs de gaz appauvris près des côtes est une autre option pour le stockage saisonnier à grande échelle.

Le cadre de politique et d'investissement

L'aide gouvernementale est essentielle pour déprécier les projets d'hydrogène vert offshore et réduire les coûts.L'Union européenne REPowerEU plan cible 10 millions de tonnes d'hydrogène renouvelable domestique d'ici 2030, avec une part importante attendue de sources offshore.L'Allemagne, les Pays-Bas, le Danemark et le Royaume-Uni ont tous alloué des milliards de subventions pour l'infrastructure hydrogène, y compris des zones offshore dédiées.En Asie, le Japon Stratégie pour l'hydrogène basique et la Corée du Sud Hydroken plan de promouvoir des chaînes d'approvisionnement internationales qui pourraient propulser de l'hydrogène offshore de l'Australie, du Chili et du Moyen-Orient.

Le Hydrogène Council estime que les investissements cumulatifs en hydrogène pourraient atteindre 500 milliards de dollars d'ici 2030, avec une part croissante consacrée à la production offshore.Les grandes compagnies pétrolières et gazières – Shell, BP, TotalEnergies – réussitent leur expertise en génie offshore pour les plates-formes hydrogène. L'Agence internationale de l'énergie (AIE) note que pour que l'hydrogène offshore atteigne la parité des coûts avec l'hydrogène gris, les prix du carbone et les subventions à la production doivent augmenter, tandis que les coûts des électrolyseurs tombent sous 400 $/kW.

Développements et projets régionaux

L'hydrogène vert extracôtier n'est pas une solution unique; différentes régions poursuivent des stratégies distinctes fondées sur la disponibilité des ressources et les environnements politiques.

Europe du Nord

Le projet H2 Sea Project vise à construire une plateforme d'électrolyse de 5 GW d'ici 2030, alimentée par des parcs éoliens adjacents. DanemarkLe concept Energy Island combine vent en mer, production d'hydrogène et puissance-à-x. Le consortium North Sea Wind Power Hub, impliquant TenneT, Energinet, et d'autres, prévoit de relier plusieurs pays avec un réseau offshore en mésure qui alimente également les électrolyseurs.

Asie-Pacifique

L'Australie exploite ses vastes ressources éoliennes et solaires pour produire de l'hydrogène dans les zones côtières, avec des projets comme HyEnergy et Pilbara Green Hydrogen Hub.Le Japon et la Corée du Sud sont des partenaires importateurs, tandis que la Chine a lancé des projets à grande échelle d'hydrogène offshore dans la mer de Bohai et la mer de Chine du Sud, souvent liés à des installations éoliennes offshore.

Amérique du Nord

Le programme H2Hubs (Hydrogène Hubs) comprend des soumissions axées sur les activités extracôtières dans le golfe du Mexique et l'Atlantique. Le Canada explore la production d'hydrogène provenant de l'éolien extracôtier au large de la Nouvelle-Écosse. En Amérique latine, au Brésil et au Chili, on étudie les exportations d'hydrogène extracôtier à l'aide de plates-formes éoliennes flottantes.

Conclusion

La production d'hydrogène vert en mer passe du concept à la réalité, propulsée par une innovation technologique rapide, des objectifs stratégiques ambitieux et des investissements croissants. Bien que des défis de coût et d'ingénierie subsistent, la convergence des électrolyseurs de prochaine génération, l'intégration éolienne flottante, le fractionnement direct de l'eau de mer et les méthodes de transport avancées réduisent constamment les obstacles.

Pour que cette vision se concrétise pleinement, la collaboration continue entre les gouvernements, l'industrie et les instituts de recherche est essentielle. L'hydrogène offshore peut compléter d'autres technologies renouvelables dans la poussée mondiale pour des émissions nettes nulles, en particulier dans les secteurs difficiles à électrifier.