Pendant des décennies, le gouvernement et l’industrie ont considéré l’hydrogène comme un outil potentiellement révolutionnaire dans la quête d’une énergie propre. Dès les premiers jours de l’administration Clinton, les observateurs du secteur de l’énergie et les experts en politique publique ont vanté les vertus de l’hydrogène – au point que certaines personnes ont plaisanté en disant que l’hydrogène est l’énergie du futur, “et le sera toujours”.
Même si l’énergie éolienne et solaire est devenue monnaie courante ces dernières années, l’hydrogène a été freiné par des coûts élevés et d’autres défis. Mais le carburant pourrait enfin avoir son moment. Lors du Symposium de printemps de l’Initiative énergétique du MIT – intitulé “Le rôle de l’hydrogène dans un système énergétique décarboné” – des experts ont discuté des voies de production d’hydrogène, des marchés de consommation d’hydrogène, de la voie vers une infrastructure d’hydrogène robuste et des changements de politique nécessaires pour parvenir à un “avenir de l’hydrogène”.
Au cours d’un panel, “Options pour produire de l’hydrogène à faible émission de carbone à grande échelle”, quatre experts ont présenté les efforts existants et prévus pour tirer parti de l’hydrogène pour la décarbonisation.
“La course est lancée”
Huyen N. Dinh, scientifique principal et chef de groupe au Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL), est le directeur d’HydroGEN, un consortium de plusieurs laboratoires nationaux du Département américain de l’énergie (DOE) qui accélère la recherche et le développement de solutions innovantes et avancées pour l’eau. séparer les matériaux et les technologies pour une production d’hydrogène propre, durable et à faible coût.
Au cours des 14 dernières années, Dinh a travaillé sur les piles à combustible et la production d’hydrogène pour NREL. “Nous pensons que les années 2020 sont la décennie de l’hydrogène”, a-t-elle déclaré. Dinh estime que le vecteur énergétique est sur le point de prendre son envol au cours des prochaines années, soulignant plusieurs activités nationales et internationales entourant le carburant et citant un rapport du Conseil de l’hydrogène qui prévoyait les impacts futurs de l’hydrogène – dont 30 millions d’emplois et 2,5 billions de dollars du chiffre d’affaires mondial d’ici 2050.
“Le moment est venu pour l’hydrogène, et la course mondiale est lancée”, a-t-elle déclaré.
Dinh a également expliqué les paramètres du Hydrogen Shot – le premier des « Energy Earthshots » du DOE visant à accélérer les percées pour des solutions d’énergie propre abordables et fiables. Le carburant hydrogène coûte actuellement environ 5 dollars par kilogramme à produire, et l’objectif déclaré d’Hydrogen Shot est de le réduire de 80 % à 1 dollar par kilogramme d’ici une décennie.
L’Hydrogen Shot sera facilité par un financement de 9,5 milliards de dollars pour au moins quatre hubs d’hydrogène propre situés dans différentes parties des États-Unis, ainsi que par une recherche et un développement approfondis, la fabrication et le recyclage de la loi bipartite sur les infrastructures de l’année dernière. Pourtant, Dinh a noté qu’il a fallu plus de 40 ans pour que l’énergie solaire et éolienne devienne compétitive, et maintenant les dirigeants de l’industrie, du gouvernement, des laboratoires nationaux et universitaires espèrent obtenir des réductions similaires des coûts de l’hydrogène sur une période beaucoup plus courte. À court terme, a-t-elle déclaré, les parties prenantes devront améliorer l’efficacité, la durabilité et l’abordabilité de la production d’hydrogène par électrolyse (utilisant l’électricité pour séparer l’eau) en utilisant les sources d’énergie renouvelables et nucléaires d’aujourd’hui. À long terme, l’accent pourrait être mis sur la séparation plus directe de l’eau par la chaleur ou l’énergie solaire, a-t-elle déclaré.
“Le délai est court, la concurrence est intense et un effort coordonné est essentiel pour la compétitivité nationale”, a déclaré Dinh.
L’hydrogène à travers les continents
Wambui Mutoru, ingénieur principal pour le développement commercial international, l’exploration et la production internationale chez la société énergétique mondiale norvégienne Equinor, a déclaré que l’hydrogène est un élément important dans les ambitions de la société d’être neutre en carbone d’ici 2050. La société, en collaboration avec des partenaires, a plusieurs projets d’hydrogène en cours, et Mutoru a présenté le projet Hydrogen to Humber de la société dans le nord de l’Angleterre. Actuellement, la région de Humber émet plus de dioxyde de carbone que tout autre cluster industriel au Royaume-Uni – 50% de plus, en fait, que le deuxième plus grand émetteur de carbone.
“L’ambition ici est que nous déployions la première chaîne de valeur de l’hydrogène à grande échelle au monde pour décarboner le cluster industriel de Humber”, a déclaré Mutoru.
Le projet se compose de trois éléments : une installation de production d’hydrogène propre, un réseau terrestre de transport d’hydrogène et de dioxyde de carbone, et des opérations de transport et de stockage de dioxyde de carbone en mer. Mutoru a souligné l’importance du captage et du stockage du carbone dans la production d’hydrogène. Equinor, a-t-elle dit, a capturé et séquestré le carbone offshore pendant plus de 25 ans, stockant plus de 25 millions de tonnes de dioxyde de carbone pendant cette période.
Mutoru a également évoqué les efforts d’Equinor pour construire un centre énergétique décarboné dans la région des Appalaches aux États-Unis, couvrant le territoire de l’Ohio, de la Virginie-Occidentale et de la Pennsylvanie. D’ici 2040, a-t-elle déclaré, l’ambition de l’entreprise est de produire environ 1,5 million de tonnes d’hydrogène propre par an dans la région, soit environ l’équivalent de 6,8 gigawatts d’électricité, tout en stockant 30 millions de tonnes de dioxyde de carbone.
Mutoru a reconnu que le plus grand défi auquel sont confrontés les producteurs potentiels d’hydrogène est le manque actuel de modèles commerciaux viables. “Résoudre ce défi nécessite une collaboration intersectorielle et des cadres politiques de soutien afin que le marché de l’hydrogène puisse être construit et soutenu à long terme”, a-t-elle déclaré.
Affronter les barrières
Gretchen Baier, responsable exécutive de la stratégie externe et des communications pour Dow, a noté que l’entreprise produit déjà de l’hydrogène de multiples façons. D’une part, Dow exploite le plus grand craqueur d’éthane au monde, au Texas. Un craqueur d’éthane chauffe l’éthane pour briser les liaisons moléculaires pour former de l’éthylène, l’hydrogène étant l’un des sous-produits du processus. De plus, Baier a montré une diapositive du brevet de 1891 pour l’électrolyse de l’eau salée, qui produit également de l’hydrogène. L’entreprise s’engage toujours dans cette pratique, mais Dow ne dispose pas d’un moyen efficace d’utiliser l’hydrogène résultant pour son propre carburant.
“Prenez juste un moment pour y penser”, a déclaré Baier. « Nous avons parlé de la production d’hydrogène et de son coût, et il s’agit essentiellement d’hydrogène gratuit. Et c’est encore trop un obstacle pour recycler cela et l’utiliser pour nous-mêmes. L’environnement est clairement en train de changer, et nous avons des plans pour cela, mais je pense que cela pose en quelque sorte certains des défis auxquels l’industrie est confrontée ici.
Cependant, a déclaré Baier, l’hydrogène devrait jouer un rôle important dans l’avenir de Dow alors que l’entreprise tente de se décarboner d’ici 2050. L’entreprise, a-t-elle déclaré, prévoit d’optimiser l’allocation et la production d’hydrogène, de moderniser les turbines pour le ravitaillement en hydrogène et d’acheter de l’hydrogène propre. D’ici 2040, Dow s’attend à ce que plus de 60 % de ses sites soient prêts pour l’hydrogène.
Baier a noté que le carburant hydrogène n’est pas une « panacée », mais plutôt l’un des nombreux contributeurs potentiels alors que l’industrie tente de réduire ou d’éliminer les émissions de carbone dans les décennies à venir. “L’hydrogène a un rôle important, mais ce n’est pas la seule réponse”, a-t-elle déclaré.
“C’est réel”
Colleen Wright est vice-présidente de la stratégie d’entreprise de Constellation, qui s’est récemment séparée d’Exelon Corporation. (Exelon est désormais propriétaire des services publics réglementés de l’ancienne société, tels que Commonwealth Edison et Baltimore Gas and Electric, tandis que Constellation est propriétaire des parties compétitives de production et d’approvisionnement de l’entreprise.) Wright a souligné les avantages de l’énergie nucléaire dans la production d’hydrogène, qui, selon elle, comprennent une qualité supérieure économie, faibles obstacles à la mise en œuvre et évolutivité.
“Un quart des émissions dans le monde proviennent actuellement de secteurs difficiles à décarboner – le secteur industriel, la sidérurgie, les transports lourds, l’aviation”, a-t-elle déclaré. «Ce sont des secteurs de décarbonisation vraiment difficiles, et à mesure que nous continuons à nous développer et à nous électrifier, nous aurons besoin de plus d’approvisionnement. Nous devrons également produire de l’hydrogène propre en utilisant une énergie sans émissions.
“L’échelle des centrales nucléaires est particulièrement adaptée pour pouvoir augmenter la production d’hydrogène”, a ajouté Wright. Elle a mentionné le site Nine Mile Point de Constellation dans l’État de New York, qui a reçu une subvention du DOE pour un programme pilote qui verra un électrolyseur à membrane échangeuse de protons installé sur le site.
« Nous sommes ravis de voir l’hydrogène passer d’un [research and development] conversation à une conversation commerciale », a-t-elle déclaré. “Nous avons appelé cela un peu une” danse de collège “. Tout le monde se tient autour du cercle, attendant de voir qui est prêt à mettre quelque chose en jeu. Mais c’est réel. Nous ne dansons pas sur les bords. Il y a beaucoup de gens qui sont de grands joueurs, qui sont prêts à mettre de la peau dans le jeu aujourd’hui. »
