L'hydrogène est depuis longtemps considéré comme un vecteur d'énergie prometteur pour l'avenir. Ses propriétés uniques lui permettent de stocker et de fournir de l'énergie avec une grande efficacité, ce qui en fait un élément inestimable dans les systèmes de distribution modernes et futurs.Lors de la transition de l'économie mondiale vers des sources d'énergie renouvelables comme l'énergie solaire et éolienne, l'hydrogène peut jouer un rôle crucial dans l'équilibre de l'offre et de la demande, permettant une décarbonisation profonde de secteurs difficiles à électrifier directement.

Pourquoi l'hydrogène compte dans la distribution d'énergie

L'hydrogène offre une solution en convertissant l'électricité renouvelable excédentaire en énergie chimique stockable. Cette énergie stockée peut ensuite être libérée par des piles à combustible ou par combustion pour produire de l'électricité, de la chaleur ou du transport d'électricité. Selon l'Agence internationale de l'énergie (AIE), l'hydrogène pourrait représenter 10 % de la consommation finale totale d'énergie d'ici 2050 dans un scénario net-zéro. Sa capacité à être transporté par pipelines, navires ou camions, semblable au gaz naturel, le place comme vecteur énergétique polyvalent qui peut relier les pôles de production aux centres de demande dans toutes les régions.

Avantages de l'hydrogène en tant que transporteur d'énergie

Densité de haute énergie

L'hydrogène possède une densité énergétique gravimétrique d'environ 120 MJ/kg, soit près de trois fois celle de l'essence.Cette teneur élevée en énergie par unité de masse rend l'hydrogène extrêmement efficace pour le transport à longue distance et les applications lourdes, pour lesquelles le poids est préoccupant.

La polyvalence dans les secteurs

Au-delà de la production d'électricité, l'hydrogène sert de matière première pour la production d'ammoniac, le raffinage, la fabrication d'acier et la fabrication de produits chimiques. Il peut être mélangé au gaz naturel dans les pipelines existants pour réduire les émissions de carbone dues au chauffage et aux procédés industriels.

Zéro émission au point d'utilisation

L'hydrogène, consommé dans une pile à combustible, se combine avec l'oxygène pour produire uniquement de l'eau et de l'électricité, sans dioxyde de carbone, NOx, SOx ou particules. Cet attribut zéro émission est particulièrement utile pour la qualité de l'air urbain et les applications à l'intérieur.

Capacités de stockage flexibles

L'hydrogène peut être stocké sous plusieurs formes : gaz comprimé dans des réservoirs à haute pression (350 à 700 bar), liquide cryogénique à -253 °C, ou lié chimiquement dans de l'ammoniac, des transporteurs d'hydrogène organique liquide (LOHC) ou des hydrures métalliques.Ces options permettent de stocker l'hydrogène pendant des jours, des semaines ou même des saisons, ce qui en fait un milieu idéal pour le stockage d'énergie saisonnière, une capacité que les systèmes de batteries actuels ne peuvent pas satisfaire économiquement.

Les défis de la distribution de l'hydrogène

Malgré sa promesse, le déploiement généralisé de la distribution de l'hydrogène se heurte à des obstacles considérables, qui doivent être relevés par la technologie, les politiques et les investissements pour libérer tout le potentiel de l'hydrogène.

Développement des infrastructures

La mise en place d'un réseau de distribution d'hydrogène nécessite des dépenses en capital considérables.Les pipelines doivent être construits ou réaménagés à partir de lignes de gaz naturel (avec des modifications pour l'embuage et les fuites d'hydrogène).Les installations de stockage, les stations de compression et les stations de ravitaillement doivent également être construites à l'échelle.

Coûts de production et efficacité

L'hydrogène vert produit par électrolyse à partir d'électricité renouvelable est actuellement deux à trois fois plus cher que l'hydrogène gris produit par le gaz naturel (avec émissions de CO2). Le coût de l'hydrogène vert est généralement de 4 à 7 $ par kg comparativement à 1 à 2 $ par kg pour l'hydrogène gris. L'électricité représente 50 à 70 % du coût de production, ce qui rend essentielle l'énergie renouvelable bon marché.

Préoccupations en matière de sécurité et perception du public

L'hydrogène est très inflammable, avec une large gamme d'inflammabilité (4 à 74 % dans l'air) et une faible énergie d'inflammation. Comme sa flamme est presque invisible et inodore, des systèmes standard de détection et de ventilation des fuites sont nécessaires. Bien que l'hydrogène se disperse rapidement en plein air, le confinement dans les espaces clos nécessite une conception soignée.

Pertes de transport et de stockage

La compression à 700 bar consomme environ 10 à 15 % de la teneur énergétique de l'hydrogène. La liquéfaction perd environ 30 à 40 % en raison de l'énergie nécessaire au refroidissement. Le transport par pipeline provoque une baisse de pression et une fuite potentielle (les molécules d'hydrogène sont les plus petites, ce qui les rend sujettes à l'évasion).

Innovations et perspectives d'avenir

Les progrès technologiques, politiques et commerciaux évoluent rapidement pour relever les défis de l'hydrogène. Au cours de la prochaine décennie, des percées seront probablement réalisées qui abaisseront considérablement les coûts et amélioreront la sécurité et l'efficacité.

Technologies avancées d'électrolyseur

Deux types principaux d'électrolyseurs dominent le marché : les électrolysers à membrane alcaline et à membrane échangeuse de protons (PEM).Les électrolysers à oxyde solide (SOEC) et les électrolysers à membrane échangeuse d'anion (AEM) sont en train de se développer, offrant une efficacité et des coûts plus faibles.

Réaménagement des pipelines et nouveaux réseaux

Au Royaume-Uni, le projet HyDeploy a démontré avec succès jusqu'à 20% de mélange d'hydrogène dans un réseau de gaz public. Des pipelines d'hydrogène dédiés sont prévus dans des grappes industrielles, comme l'épine dorsale H2 en Europe (initiative européenne sur les os de l'hydrogène). La remise en état des pipelines existants est moins coûteuse que la nouvelle construction, à condition que les matériaux puissent résister à l'embrasement de l'hydrogène. Explorer l'initiative européenne sur les os de l'hydrogène.

Stockage souterrain : Cavernes, aquifères et réservoirs épuisés

Les cavernes de sel, en particulier, offrent des taux d'injection/retrait élevés et de faibles fuites. Des projets comme HyStock aux Pays-Bas et Advanced Clean Energy Storage en Utah (qui permet de stocker 300 GWh d'énergie propre) sont à l'avant-garde de cette approche.

Systèmes intégrés d'énergies renouvelables

Le rôle de l'hydrogène en tant que charge flexible peut améliorer l'économie des énergies renouvelables. Lorsque les énergies renouvelables génèrent de l'énergie excédentaire, les électrolyseurs peuvent fonctionner pour produire de l'hydrogène, stocké et ensuite utilisé pour la production d'électricité ou la chaleur industrielle. Ce système appelé énergie au gaz permet de réduire la réduction et l'équilibrage du réseau.

Innovations et règlements en matière de sécurité

Les normes internationales pour les stations de ravitaillement en hydrogène (ISO 19880) et les réservoirs de véhicules (ISO 19881) évoluent. Au Japon, les premiers systèmes de piles à combustible résidentielles hybrides à hydrogène (Ene-Farm) ont été commercialisés avec de nombreux tests de sécurité. Les programmes d'acceptation publique et les bases de données sur les incidents contribuent à renforcer la confiance.

Projets mondiaux et momentum politique

La stratégie de l'Union européenne en matière d'hydrogène vise 40 GW de capacité d'électrolyseur d'ici 2030. Le Japon vise à devenir une société de l'hydrogène, avec des plans d'importation d'hydrogène liquéfié en provenance d'Australie et de Brunei. La feuille de route de l'économie de l'hydrogène de Corée du Sud prévoit 15 GW de capacité de piles à combustible d'ici 2040. Aux États-Unis, la loi sur la réduction de l'inflation comprend un crédit d'impôt pour la production d'hydrogène propre (45V), qui pourrait réduire les coûts de l'hydrogène vert à 0,60 $–1,20 $ le kg.

Conclusion

Bien que les défis tels que le coût des infrastructures, l'efficacité de la production et la sécurité demeurent importants, les progrès technologiques en cours et les niveaux d'investissement sans précédent comblent rapidement ces lacunes. La polyvalence de l'hydrogène lui permet de décarboner les secteurs que l'électrification à elle seule ne peut atteindre – l'industrie lourde, le transport long-courrier et le stockage saisonnier de l'énergie.