Mise à l'échelle d'infrastructures pour ajouter de l'hydrogène vert 

La course mondiale pour réduire les gaz à effet de serre a propulsé l'hydrogène - et plus spécifiquement l'hydrogène vert produit à partir de sources d'énergie renouvelables - en haut de l'affiche. Bien qu'encore à ses débuts, l'économie d'hydrogène présente une opportunité pour un transport, des process industriels et une production énergétique plus durables. Toutefois, la réalisation de ces avantages nécessite de surmonter plusieurs défis d'infrastructure en aval de la production.

La généralisation de l'hydrogène vert nécessitera un investissement continu dans la recherche et le développement, une coopération intersectorielle concernant la production et la consommation et des cadres stratégiques solides.

Tout d'abord, les infrastructures existantes pour le gaz naturel, y compris les pipelines, les installations de stockage et les réseaux de transport, doivent être modifiées ou remplacées pour une manipulation sûre et efficace de l'hydrogène en raison de ses propriétés chimiques uniques. Les molécules de gaz d'hydrogène sont les plus petites de toutes, ce qui rend les fuites plus probables. Cela nécessite l'utilisation de matériaux spécialisés et de techniques d'étanchéité pour assurer un transport et un stockage sûrs et efficaces. En outre, l'hydrogène peut affaiblir les structures des canalisations et cuves dont les matériaux ne sont pas adaptés et le départ de flamme presque invisible à la lumière du jour la rend quasi impossible à détecter, ce qui pose des risques de sécurité.

Le stockage et le transport présentent des complexités logistiques supplémentaires. Lorsque l'espace précieux, que ce soit pour le stockage ou à bord d'un bateau pour le transport, la faible densité volumétrique de l'hydrogène par rapport au gaz naturel et aux combustibles fossiles liquides nécessite des conditions extrêmes - soit une compression de jusqu'à 700 bar (10 500 psi), soit une liquéfaction à des températures inférieures ou égales à -253 °C (-423,4 °F). Le maintien de l'hydrogène dans un autre état est fortement énergivore, exigeant d'autres équipements, plus d'énergie et davantage de coûts pour le stockage et le transport à long terme.

Relever les défis des canalisations exige des investissements dans des matériaux spécialisés résistant à la fragilisation par l'hydrogène, et le dilemme du transport et du stockage oblige à des calculs complexes d'efficacité énergétique et une prise de décision basée sur des variables numériques.

À l'heure actuelle, la grande partie de la production d'hydrogène repose sur l'extraction de combustibles fossiles par des process tels que le reformage du méthane à la vapeur et le reformage autothermique. Dans leurs formes les plus simples, ces process produisent de l'hydrogène gris, appelé ainsi car il contient du dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre qui compromettent les bienfaits recherchés sur l'environnement. Ce gaz d'échappement peut être capturé - ce qui donne de l'l'hydrogène bleu - mais son captage, son transport et son stockage sont coûteux.

La production d'hydrogène vert élimine ces problèmes, mais il introduit la nécessité d'investir dans des électrolyseurs - généralement à membrane échangeuse de protons ou de type alcalin - dans la capacité, l'infrastructure réseau et les autres écosystèmes pour l'équilibre de l'installation. L'électrolyse utilise l'électricité pour diviser les molécules d'eau dans leurs composants hydrogène et oxygène : l'hydrogène est collecté et le gaz d'oxygène inoffensif est libéré dans l'atmosphère ou traité pour d'autres utilisations industrielles. Lorsque le process est alimenté par des sources d'énergie renouvelables - comme le vent, le soleil ou l'eau - l'hydrogène obtenu est vert et durable.

Alimenter le réseau avec une électricité produite à partir d'hydrogène vert pose des difficultés, car cela nécessite une nouvelle infrastructure énergétique et une intégration simple aux systèmes électriques existants. Cette intégration devient de plus en plus nécessaire. Les populations se tournent vers des réseaux intelligents, des solutions de stockage d'énergie et des systèmes sophistiqués de gestion de l'énergie pour répondre à la demande grandissante en énergie renouvelable, qui n'est pas toujours alignée avec l'approvisionnement fluctuant.

Bien que l'hydrogène soit en retard derrière les combustibles fossiles classiques en termes de coût unitaire, son prix devrait diminuer dans les prochaines décennies. Cela peut être dû à l'évolution des technologies de production et d'utilisation, à des investissements publics et privés en matière d'infrastructures qui se concrétisent et à une standardisation généralisée des pratiques de sécurité.

Malgré ces défis, l'économie d'hydrogène vert est séduisante en raison de son potentiel zéro net. Combinée à des pratiques de production propres, la vapeur d'eau peut être la seule émission de l'hydrogène renouvelable, faisant de ce gaz un composant essentiel pour atteindre les objectifs d'émissions et atténuer le changement climatique.

De plus, l'hydrogène peut être stocké sous diverses formes pour des périodes prolongées sans l'inconvénient de la perte énergétique des batteries—au détriment de l'efficacité de la production d'électricité dans le stockage à court terme—ce qui résout les problèmes d'intermittence des sources d'énergie solaire et éolienne directement renouvelables. Cet hydrogène stocké peut alors être utilisé pour générer de l'électricité pendant les pics de demande, améliorer la stabilité et la fiabilité du réseau, ou pour alimenter les véhicules ou les process industriels. La capacité à stocker et à répartir de manière flexible l'énergie renouvelable est un élément clé pour l'exploitation réussie des réseaux de puissance renouvelables.

En plus de générer de l'électricité, l'hydrogène a un large éventail d'autres utilisations, de l'alimentation des véhicules lourds et des process industriels au chauffage des maisons et autres bâtiments. Dans le secteur des transports, les véhicules à piles à hydrogène offrent une alternative zéro-émission aux camions et bus diesel, offrant une plus grande autonomie et des temps de ravitaillement plus rapides comparé aux véhicules électriques à batterie. En particulier pour les camions, le poids des batteries et les temps de charge longs posent des obstacles logistiques et économiques.

Dans l'industrie, l'hydrogène peut être utilisé comme matière première propre pour la production d'ammoniac et d'autres produits chimiques, ce qui réduit la dépendance aux process à base de combustibles fossiles dans les secteurs comme l'aciérie, la fabrication de ciment et la production d'engrais.

Les gouvernements du monde entier reconnaissent le potentiel de transformation de l'hydrogène et, par conséquent, mettent en œuvre des politiques et des mesures d'aide pour accélérer sa généralisation. Exemples : financement direct pour la recherche et le développement, crédits d'impôt pour la production et l'utilisation d'hydrogène et obligations de mélanger l'hydrogène dans les réseaux de gaz naturel existants lorsque cela est possible comme mesure transitoire.

Par exemple, l'Union européenne a dévoilé sa stratégie pour l'hydrogène , qui vise à établir une chaîne de valeur d'hydrogène complète, comprenant un plan d'installation d'électrolyseurs d'une capacité de 40 gigawatts d'ici 2030. En attendant, le Japon et la Corée du Sud ont annoncé des plans ambitieux pour devenir des sociétés alimentées en hydrogène . Des collaborations internationales naissent également pour harmoniser les normes et les règlements, facilitant ainsi le commerce transfrontalier d'hydrogène.

Alors que le calendrier pour réaliser pleinement l'économie d'hydrogène reste incertaine, la plupart des experts prédisent une croissance importante dans les décennies à venir. Le Conseil de l'hydrogène, une initiative mondiale dirigée par des PDG, prévoit que l'hydrogène pourrait couvrir jusqu'à 24 % de la demande globale en énergie d'ici 2050 , avec le marché qui atteint 2,5 trillions de dollars chaque année. Cette croissance dépend de la convergence de plusieurs facteurs, notamment les progrès technologiques dans la production et le stockage de l'hydrogène, la baisse des coûts des énergies renouvelables et davantage de mesures climatiques strictes de la part des gouvernements.

La viabilité de l'économie de l'hydrogène vert repose également sur la disponibilité de sources d'énergies renouvelables et sur le développement d'infrastructures efficaces. Alors que la production d'hydrogène vert est actuellement largement soutenue par des mesures gouvernementales, les coûts devraient diminuer avec l'amélioration de la technologie, les économies d'échelle sont atteintes et la demande mondiale en hydrogène augmente. Le gouvernement américain, par exemple, vise des coûts de $2 USD/kg d'ici 2026 et $1 USD/kg d'ici 2031 .

De la même manière que les batteries et les panneaux solaires ont progressé au cours des deux dernières décennies, les technologies de l'hydrogène présentent une opportunité largement inexploitée pour une efficacité et une croissance à court terme. Avec la baisse des coûts de production et l'augmentation de l'infrastructure, l'hydrogène devrait progressivement s'étendre à d'autres secteurs et réduire ainsi les émissions de carbone des systèmes énergétiques.

La mise à l'échelle du marché de l'hydrogène dépend de la coopération entre les établissements de recherche, les gouvernements et les acteurs de l'industrie. Des cadres stratégiques clairs et cohérents qui apportent une certitude à long terme sont essentiels pour attirer les investissements et favoriser l'innovation dans le bas carbone, tandis que la coopération internationale est cruciale pour établir des normes et réglementations internationales et faciliter le commerce de l'hydrogène entre pays.

En plus des efforts d'encouragement et de soutien de la recherche et du développement, les défis techniques - comme l'amélioration de l'efficacité et la réduction des coûts des électrolyseurs, la conception de davantage de technologies de pressurisation et de liquéfaction de l'hydrogène économes en énergie et le développement de canalisations suffisantes - vont devoir être surmontés pour la généralisation de l'hydrogène à côté des combustibles fossiles existants.

Enfin, les normes, politiques et formations continues concernant la production, le stockage et l'utilisation de l'hydrogène contribuent à renforcer la confiance du public et favorisent une perception positive du potentiel énergétique propre de ce carburant. Même si des obstacles importants à sa généralisation demeurent, les perspectives de l'économie d'hydrogène sont brillantes. En palliant aux problèmes d'infrastructure, en favorisant les progrès technologiques et en mettant en œuvre des mesures politiques stratégiques, l'hydrogène vert peut jouer un rôle clé dans la réduction des émissions de carbone dans les décennies à venir.