L'énergie éolienne offshore est rapidement apparue comme l'un des piliers les plus prometteurs de la transition mondiale vers les énergies renouvelables. L'énergie éolienne offshore est vaste, cohérente et puissante, les vents qui soufflent dans le monde entier ont assez d'énergie pour alimenter des économies entières à plusieurs reprises. Alors que les nations intensifient leurs engagements à l'égard des émissions nettes nulles, le mariage de l'énergie éolienne offshore avec la production d'hydrogène vert a capté l'imagination des décideurs, des ingénieurs et des investisseurs.

La synergie entre le vent offshore et l'hydrogène vert

À son cœur, le concept est élégamment simple : prendre l'électricité produite par les éoliennes offshore et l'alimenter en électrolyzeur, qui utilise le courant pour diviser l'eau (H2O) en hydrogène (H2) et en oxygène (O2). Lorsque l'électricité provient d'une source renouvelable comme le vent offshore, l'hydrogène résultant est appelé hydrogène vert. . Aucun combustible fossile n'est consommé dans le processus, et le seul sous-produit est l'oxygène, qui peut être ventilé ou capté pour une utilisation industrielle. La puissance réelle de ce couplage se situe dans deux attributs : à l'échelle et à l'échelle. Les parcs éoliens offshore peuvent être construits à l'échelle gigawatt, beaucoup plus grande que les réseaux terrestres, et ils atteignent souvent des facteurs de capacité plus élevés (35-60%) que les installations terrestres (25–35%), parce que les vents océaniques sont à la fois plus forts et plus constants.

Les deux technologies dominantes, l'électrolyse par électrolyse et l'électrolyse par membrane de proton (EMP), ont chacune des forces. Les systèmes d'électrolyse par électrolyse sont matures et coût relativement bas, tandis que les électrolyseurs PEM offrent des taux de rampe plus rapides et une empreinte plus petite, ce qui les rend idéales pour l'appariement avec une puissance renouvelable variable. Une troisième technologie, l'électrolyse par oxyde solide, fonctionne à des températures élevées et peut atteindre des rendements très élevés lorsque la chaleur résiduelle est disponible. Aucune solution n'a encore gagné en importance, et l'innovation continue entraîne une baisse des coûts d'investissement, améliore la durabilité et augmente l'efficacité de la conversion (actuellement de 65 à 80 % pour les systèmes commerciaux).

Avantages du vent en mer pour la production d'hydrogène

Bien que les énergies renouvelables terrestres puissent également être utilisées pour l'électrolyse, l'éolien offshore apporte des avantages uniques qui le rendent particulièrement adapté à la production d'hydrogène vert à grande échelle.

  • Ressource abondante et de haute qualité:[ Les vitesses du vent en mer sont généralement de 20 à 40 % supérieures à celles du sol et sont beaucoup moins variables.Cela signifie que les éoliennes en mer peuvent produire de l'électricité pendant plus d'heures par année, souvent plus de 4 000 heures à pleine charge.
  • Potentiel d'échelle de masse:[ L'océan offre un espace presque illimité, sans contrainte par les conflits d'utilisation des terres, les restrictions de zonage, ou les problèmes d'impact visuel.Les parcs éoliens offshore peuvent être conçus avec des capacités de 1 à 10 GW, bien au-delà des limites de la plupart des projets terrestres.
  • Près de la demande côtière et des pôles d'exportation:[ Beaucoup de grandes grappes industrielles du monde – raffineries, aciéries, usines chimiques, ports – se trouvent près des côtes.Les parcs éoliens offshore peuvent être construits relativement près de ces centres de demande, minimisant les pertes de transmission et la nécessité de transport d'énergie à longue distance.
  • Complétant d'autres énergies renouvelables:[ Le vent en mer atteint souvent des pics à des moments différents de l'énergie solaire, et dans de nombreuses régions sa production est plus élevée pendant les mois d'hiver lorsque la demande d'énergie est la plus forte.

L'économie des exportations d'hydrogène vert

Contrairement à l'électricité, qui est difficile à transmettre sur les continents, l'hydrogène peut être transporté par pipeline sous forme de gaz comprimé, de liquide cryogénique à -253 °C ou en le convertissant en un transporteur d'hydrogène comme l'ammoniac (NH3) ou de transporteurs d'hydrogène organique liquide (LOHC), ce qui permet le transport à longue distance, l'ouverture des routes commerciales entre les régions riches en vent et les pays importateurs d'énergie.

Régions d'exportation clés et marchés d'importation

L'Europe est la première source de la charge. La stratégie européenne pour l'hydrogène vise 10 millions de tonnes d'hydrogène renouvelable produit au pays et 10 millions de tonnes d'importations d'ici 2030. La mer du Nord, avec ses eaux peu profondes et ses vents forts, est l'épicentre : le centre éolien de la mer du Nord, en Allemagne, propose de construire une île artificielle pour relier les parcs éoliens offshore avec des électrolyseurs et des infrastructures de transmission, en envoyant de l'hydrogène directement aux utilisateurs industriels.

Exigences en matière d'infrastructure pour l'exportation

Pour réaliser un marché d'exportation fonctionnel, plusieurs infrastructures doivent être construites simultanément. D'abord, des câbles sous-marins à haute tension ou des gazoducs d'hydrogène offshore sont nécessaires pour amener l'énergie des turbines à des électrolyseurs – soit sur terre, soit sur des plates-formes offshore dédiées. Ensuite, les installations d'électrolyse doivent être éparpillées à des centaines de mégawatts ou de gigawatts, nécessitant des investissements dans la capacité de fabrication et l'intégration du réseau. Troisièmement, l'hydrogène doit être conditionné : comprimé, liquéfié ou transformé en ammoniac. Liquefaction est à forte intensité énergétique (consommant environ 30 % de la teneur énergétique de l'hydrogène), tandis que la conversion en ammoniac ajoute une étape supplémentaire mais permet le stockage et le transport à des températures plus gérables (−33 °C). Enfin, des terminaux d'importation doivent être construits pour recevoir l'hydrogène ou ses transporteurs, le cas échéant, le reconvertir et le distribuer aux utilisateurs finaux.

Surmonter les défis de la viabilité commerciale

Malgré cette promesse, plusieurs obstacles importants se dressent entre les projets en début de phase et une industrie offshore entièrement commerciale du vent à l'hydrogène.

Voies de réduction des coûts

Le coût de l'hydrogène vert (LCOH) à la hauteur des niveaux de l'eau de mer reste supérieur à celui de l'hydrogène gris (produit à partir de gaz naturel avec captage du carbone) ou même de l'hydrogène vert à base solaire à terre. Aujourd'hui, les estimations varient de 3 à 7 € par kg, contre 1 à 2 € par kg pour l'hydrogène gris, selon l'emplacement, l'échelle du projet et le prix de l'électricité. Toutefois, les coûts devraient diminuer fortement à mesure que les turbines et les électrolysers arriveront à maturité. Le COFE moyen pondéré mondial du vent en mer a chuté de plus de 50 % au cours de la dernière décennie, et une nouvelle réduction de 40 % est prévue d'ici 2030.

Les obstacles technologiques

L'électrolyse de fonctionnement sur une plate-forme offshore est non triviale. L'équipement doit résister à la brume de sel, à la corrosion, aux ondes de tempête et au mouvement de la plate-forme. L'entretien est coûteux et logistique complexe. De nombreux projets précoces mettent des électrolyseurs à terre, plus près des bases d'entretien et des connexions de réseau, mais la vision ultime comprend la production d'hydrogène en mer pour éviter le coût et la perte de l'envoi d'électricité à terre. Les progrès dans ]l'électrolyse à haute pression (qui élimine une étape de compression distincte) et le dessalement de l'eau de mer[ (pour fournir de l'eau pure pour l'électrolysseur) sont critiques.

Cadres de politique et de réglementation

L'Union européenne a fixé le rythme avec ses lois déléguées définissant --l'hydrogène renouvelable d'origine non biologique (RFNBO) et exigeant l'additionnalité de l'approvisionnement en électricité renouvelable. Les États membres ont introduit des contrats de carbone pour la différence (CCfD) pour couvrir la prime verte, garantissant essentiellement un prix de grève fixe pour l'hydrogène vert. La loi américaine sur la réduction de l'inflation offre un crédit d'impôt à la production pouvant atteindre 3 $/kg pour l'hydrogène propre, ce qui a suscité des dizaines d'annonces de projets, dont beaucoup sont jumelées au vent offshore. Toutefois, les politiques ne sont pas encore harmonisées au niveau mondial; les systèmes internationaux de certification de l'hydrogène vert, qui tiennent compte de l'intensité carbone et de l'origine renouvelable, sont encore en cours d'élaboration.

Études de cas et projets pilotes

Plusieurs projets novateurs mettent fin au risque technologique et fournissent des données réelles :

  • Hywind Tampen (Norvège):[ Bien que principalement construit pour alimenter les plates-formes pétrolières et gazières, ce parc éolien flottant en mer comprend un petit pilote de production d'hydrogène pour tester l'intégration.
  • AquaVentus (Allemagne):[ Une vision à grande échelle pour 10 GW de vent en mer du Nord entièrement dédié à la production d'hydrogène, avec des pipelines apportant de l'hydrogène à terre. Il comprend une phase pilote de 30 MW qui devrait commencer ses activités en 2025.
  • PosHYdon (Pays-Bas):[ Un projet de Neptune Energy, Gasunie, et d'autres pour mettre l'électrolyse sur une plate-forme gazière offshore existante et tester la production d'hydrogène dans de réelles conditions offshore.
  • H2Mare (Allemagne):[ Ce projet, qui fait partie du programme phare du gouvernement allemand sur l'hydrogène, porte sur la production d'hydrogène en mer grâce à un couplage direct de l'énergie éolienne, à l'électrolyse de l'eau de mer et au stockage de l'hydrogène dans les champs de gaz appauvris.

Ces initiatives, ainsi que des dizaines d'autres au Japon, au Royaume-Uni et au Danemark, développent l'expérience nécessaire pour augmenter l'échelle.

Perspectives et projections du marché

Selon la revue mondiale de l'hydrogène 2023, les projets d'hydrogène renouvelable pourraient atteindre 38 GW de capacité d'électrolyse d'ici 2030, bien que beaucoup en soient encore à leurs débuts. La part des projets dédiés au vent en mer augmente, surtout en Europe. D'ici 2050, l'Agence internationale des énergies renouvelables (IRENA) prévoit[ que jusqu'à 30 % de l'hydrogène vert mondial pourrait être produit à partir de l'éolien en mer, ce qui représenterait des centaines de gigawatts de capacité et des millions de tonnes d'hydrogène par an. Cela nécessiterait une expansion massive de la production d'éoliennes, d'électrolysers et d'infrastructures de transport, mais il est techniquement et économiquement possible de satisfaire aux conditions d'investissement et de politique.

Considérations environnementales et sociales

Les grands parcs éoliens modifient les écosystèmes marins, affectent les routes de migration des oiseaux et créent du bruit sous-marin pendant la construction. La production d'hydrogène elle-même consomme de l'eau douce; l'utilisation de l'eau de mer nécessite des dessalement, ce qui ajoute des coûts et de l'énergie. Les études doivent évaluer les avantages climatiques nets par rapport à ces impacts locaux. En tout, les émissions de gaz à effet de serre du cycle de vie de l'hydrogène vert sont une fraction de celles provenant de l'hydrogène fossile et la décarbonisation de l'industrie lourde est une priorité sociétale.

Conclusion

L'énergie éolienne offshore pour la production d'hydrogène et les marchés d'exportation est au coeur de deux tendances puissantes : l'expansion rapide des énergies renouvelables offshore et la poussée mondiale à décarboner les secteurs difficiles à réduire. Avec ses facteurs de capacité élevés, son potentiel d'échelle énorme et sa proximité avec la demande industrielle et les routes maritimes internationales, l'énergie éolienne offshore offre une voie unique pour produire de l'hydrogène vert aux volumes nécessaires pour réduire de façon significative les émissions mondiales.Les défis – coûts élevés, complexité technologique et cadres réglementaires immatures – sont redoutables mais non insurmontables. Les projets en phase initiale prouvent déjà le concept; l'innovation continue, les économies d'échelle et l'appui politique soutenu peuvent ramener les coûts à des niveaux compétitifs.