L'hydrogène vert clair fait aussi l'affaire

L'hydrogène produit de manière durable ne peut pas seulement contribuer à la transition énergétique en tant que stockage d'énergie ou carburant pour les camions. Dans l'industrie, il pourrait être utilisé partout où l'on a déjà besoin d'hydrogène aujourd'hui - par exemple pour la production d'ammoniac.

On en produit 180 millions de tonnes par an dans le monde, principalement pour l'industrie des engrais. L'hydrogène est aujourd'hui produit à partir de gaz naturel, ce qui implique des émissions de gaz à effet de serre élevées et une dépendance vis-à-vis des pays exportateurs de gaz naturel. Si l'hydrogène vert était utilisé comme alternative propre, cela contribuerait à se rapprocher des objectifs climatiques et à réduire la dépendance. L'hydrogène vert est produit par un processus appelé électrolyse, à l'aide d'électricité durable.

Des chercheurs de la Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) et de l'ETH Zurich ont maintenant calculé dans une étude pour l'Europe les conditions dans lesquelles il vaudrait la peine de passer à la production d'ammoniac en hydrogène vert ou presque vert.

Déjà rentable en Espagne et en Norvège

Deux résultats sortent du lot. Premièrement, dans certains pays européens comme la Norvège, l'Espagne, la Hongrie et la Pologne, il serait déjà rentable de produire de l'ammoniac à partir d'hydrogène vert ou presque vert. Dans ces pays, l'électricité durable produite à partir de l'énergie solaire ou éolienne peut être produite de manière particulièrement rentable. Cela s'explique par les conditions géographiques avantageuses, les aides publiques ou les coûts généralement bas de l'électricité. Ces derniers permettent de se rabattre sur l'électricité bon marché du réseau lorsque le soleil ne brille pas ou que le vent ne souffle pas. Les solutions de stockage coûteuses pour la durabilité de l'électricité y sont donc superflues.

Deuxièmement, l'électricité ne doit pas être totalement exempte d'énergie fossile pour avoir de grands effets positifs sur le climat. Selon l'étude, il est également judicieux de n'utiliser que de l'électricité majoritairement renouvelable. En l'absence de soleil et de vent, il serait possible d'acheter de l'électricité sur le réseau, qui proviendrait en partie de sources fossiles.

Un kilogramme de CO₂ serait d'accord pour le climat

L'auteur principal de l'étude est Stefano Mingolla. Ce doctorant à la HKUST a travaillé six mois dans le groupe de Giovanni Sansavini, professeur au Département de génie mécanique et des procédés de l'ETH Zurich. "Si l'on utilise de l'hydrogène presque vert pour la production d'ammoniac, on obtient très vite beaucoup, c'est un 'low hanging fruit'", explique Sansavini. "Ceci contrairement à d'autres applications où l'hydrogène est simplement un réservoir d'énergie et où il faut des conversions d'une forme d'énergie à l'autre. En revanche, dans la production d'ammoniac, l'hydrogène sert directement de matière première, les conversions inefficaces ne sont pas nécessaires".

Les calculs de Mingolla et de ses collègues le montrent : On pourrait réduire les émissions de gaz à effet de serre de la production d'ammoniac de 95% par rapport à aujourd'hui en utilisant de l'hydrogène dont la production ne dépasse pas un kilogramme de CO₂ par kilogramme d'hydrogène est libéré. L'électricité nécessaire à cet effet devrait être nettement plus verte que le mix électrique actuel en Allemagne, en Pologne et aux Pays-Bas. Ces trois pays sont les plus grands producteurs d'ammoniac en Europe. À titre de comparaison, un kilogramme d'hydrogène produit avec le mix électrique suisse entraînerait des émissions de 1,7 kilogramme de CO₂ conduisent. Avec le mix électrique allemand actuel, cela représenterait 18 kilogrammes de CO₂, avec le néerlandais 16 kilogrammes et avec le polonais 33 kilogrammes.

Si l'on voulait décarboniser la production d'hydrogène non pas à 95 pour cent seulement, mais complètement, les coûts seraient énormes. Les 5 derniers pour cent de la décarbonation sont les plus compliqués et les plus coûteux. Ils doubleraient presque les coûts. "Il est important d'ajuster les ambitions en conséquence", explique Sansavini. "Vouloir décarboniser complètement pourrait être contre-productif, car des coûts trop élevés pourraient freiner la transition énergétique".

Nouveaux parcs solaires et éoliens pour la production d'hydrogène

Sansavini souligne toutefois que l'hydrogène ne sera pas produit à grande échelle avec l'électricité du réseau électrique. Dans de nombreux cas, ni la production locale d'électricité ni les capacités de transport du réseau à l'échelle nationale ne suffiraient.

Il serait plutôt envisageable d'installer de nouveaux parcs solaires ou éoliens directement à côté des installations de production d'ammoniac existantes. Pour cela, de grandes surfaces sont toutefois nécessaires. Comme le montre l'étude, plus les conditions géographiques sont favorables à la production d'électricité à partir de l'énergie solaire ou éolienne dans une région, plus le besoin en surface est faible. L'Europe du Sud et les régions de la côte atlantique sont ici avantagées. "Comme les besoins en surface sont importants, il faut avant tout penser à une utilisation combinée des terres. Par exemple, un parc éolien ou solaire dans lequel l'agriculture peut être pratiquée en même temps", explique Sansavini.

Même si l'hydrogène vert est déjà compétitif en Norvège, en Espagne, en Hongrie et en Pologne, en moyenne en Europe, sa production est nettement plus chère que celle à partir du gaz naturel. "Pour que l'hydrogène vert devienne compétitif partout, des investissements supplémentaires dans la recherche et le développement ainsi que des incitations économiques sont nécessaires", explique Sansavini. La question de savoir ce que l'on entend exactement par hydrogène vert fait également l'objet de discussions au sein de l'UE. "Les coûts et l'impact environnemental doivent être proportionnels. Il devrait être permis qu'il y ait un reste d'énergie fossile dans l'hydrogène vert", explique Sansavini. En prenant l'exemple de la production d'ammoniac, l'équipe de recherche a maintenant calculé une recommandation pour cette part résiduelle : Jusqu'à un kilogramme de CO₂-par kilogramme d'hydrogène serait acceptable et raisonnable.