Comment la baisse des coûts solaires a ravivé les espoirs de l'hydrogène propre

L'usine d'hydrogène vert H2FUTURE de Voestalpine à Linz, en Autriche. Voestalpine

Le monde mise de plus en plus sur l'hydrogène vert pour combler certaines des pièces manquantes essentielles du puzzle de l'énergie propre.

Le plan climat du candidat présidentiel américain Joe Biden appelle à un programme de recherche pour produire une forme propre du gaz c'est assez bon marché pour alimenter les centrales électriques d'ici une décennie. De même, le Japon, la Corée du Sud, l'Australie, la Nouvelle-Zélande et l'Union européenne ont tous publié des feuilles de route hydrogène qui en dépendent pour accélérer la réduction des gaz à effet de serre dans les secteurs de l'énergie, des transports ou de l'industrie. Pendant ce temps, un nombre croissant d'entreprises à travers le monde construisent toujours plus grand usines d'hydrogène vert , ou explorer son potentiel produire de l'acier , créer carburant aviation neutre en carbone , ou fournir une source d'alimentation de secours pour les fermes de serveurs .

L'attraction est évidente : l'hydrogène, l'élément le plus abondant dans l'univers, pourrait alimenter nos véhicules, alimenter nos centrales électriques et fournir un moyen de stocker de l'énergie renouvelable sans pomper le dioxyde de carbone responsable du changement climatique ou d'autres polluants (son seul sous-produit de voitures et camions est de l'eau). Mais alors que les chercheurs ont claironné la promesse d'une économie de l'hydrogène depuis des décennies , il a à peine fait une brèche dans la demande de combustibles fossiles, et la quasi-totalité de celui-ci est encore produite par un processus polluant au carbone impliquant le gaz naturel.

La grande vision de l'économie de l'hydrogène a été freinée par les coûts élevés de création d'une version propre, les investissements massifs dans les véhicules, les machines et les tuyaux qui pourraient être nécessaires pour l'utiliser, et les progrès dans les alternatives concurrentes de stockage d'énergie comme les batteries.

Alors, qu'est-ce qui motive le regain d'intérêt?

D'une part, l'économie évolue rapidement. Nous pouvons produire de l'hydrogène directement en divisant simplement l'eau, dans un processus connu sous le nom d'électrolyse, mais cela a été d'un coût prohibitif en grande partie parce qu'il nécessite beaucoup d'électricité. Cependant, à mesure que le prix de l'énergie solaire et éolienne continue de baisser rapidement, cela commencera à sembler beaucoup plus faisable.

Dans le même temps, alors que de plus en plus de pays font des calculs difficiles sur la manière d'atteindre leurs objectifs d'émissions agressifs dans les décennies à venir, une forme verte d'hydrogène semble de plus en plus cruciale, déclare Joan Ogden, directrice du programme de voie énergétique pour les transports durables à l'Université de Californie, Davis. C'est un outil flexible qui pourrait aider à nettoyer un éventail de secteurs où nous n'avons toujours pas de solutions abordables et prêtes, comme aviation , expédition , la production d'engrais et le stockage d'énergie de longue durée pour le réseau électrique.

Baisse des coûts des énergies renouvelables

Pour l'instant, cependant, l'hydrogène propre est beaucoup trop cher dans la plupart des situations. Un article récent a révélé que s'appuyer sur l'énergie solaire pour faire fonctionner les électrolyseurs qui divisent l'eau peut courir six fois plus haut que le procédé au gaz naturel, connu sous le nom de reformage du méthane à la vapeur.

Il y a beaucoup de spécialistes de l'énergie qui soutiennent que les coûts et les complexités supplémentaires de la production, du stockage et de l'utilisation d'une version propre signifient qu'elle ne décollera jamais vraiment au-delà des cas d'utilisation marginaux.

Mais la bonne nouvelle est que l'électricité elle-même représente une part énorme du coût - plus de 60% ou plus - et, encore une fois, les coûts des énergies renouvelables chutent rapidement. Pendant ce temps, les coûts des électrolyseurs eux-mêmes sont projetés décliner fortement à mesure que les fabricants augmentent la production , et divers groupes de recherche se développent versions avancées de la technologie .

Un article de Nature Energy au début de l'année dernière a révélé que si les tendances du marché se poursuivent, l'hydrogène vert pourrait être économiquement compétitif à l'échelle industrielle d'ici une décennie . De même, l'Agence internationale de l'énergie prévoit que le coût de l'hydrogène propre chutera de 30 % d'ici 2030 .

L'usine d'hydrogène vert H2FUTURE de Voestalpine à Linz, en Autriche.

VOESTALPINE

L'hydrogène vert peut déjà être presque abordable dans certains endroits où les périodes de production renouvelable excédentaire font baisser les coûts de l'électricité à près de zéro. Dans une note de recherche du mois dernier, les analystes de Morgan Stanley ont écrit que la localisation d'installations d'hydrogène vert à côté de grands parcs éoliens dans le Midwest américain et au Texas pourrait rendre le coût du carburant compétitif d'ici deux ans .

À étude de juin du National Renewable Energy Laboratory des États-Unis ont constaté qu'il pourrait être plus proche du milieu du siècle avant que l'hydrogène ne soit la technologie la plus abordable pour le stockage de longue durée sur le réseau. Mais à mesure que les énergies renouvelables fluctuantes comme le solaire et l'éolien deviennent la principale source d'électricité, les services publics devront stocker suffisamment d'énergie pour que le réseau fonctionne de manière fiable non seulement pendant quelques heures, mais pendant des jours et même des semaines pendant certains mois lorsque ces ressources fléchissent.

L'hydrogène brille dans ce scénario par rapport à d'autres technologies de stockage, car l'ajout de capacité est relativement bon marché, déclare Joshua Eichman, ingénieur de recherche principal au laboratoire et co-auteur de l'étude. Pour augmenter la durée pendant laquelle les batteries peuvent fournir de l'électricité de manière fiable, vous devez en empiler de plus en plus, ce qui multiplie le coût de chaque composant coûteux qu'elles contiennent. Avec l'hydrogène, il vous suffit de construire un réservoir plus grand ou d'utiliser une caverne souterraine plus profonde, dit-il.

Utiliser l'hydrogène

Pour que l'hydrogène remplace entièrement les carburants émetteurs de carbone, nous aurions besoin de revoir notre infrastructure pour le distribuer, le stocker et l'utiliser. Nous devrions produire des véhicules et des navires équipés de piles à combustible qui convertissent l'hydrogène en électricité, ainsi que des stations-service le long des ports et des routes. Et nous aurions besoin d'empiler des piles à combustible ou de construire ou rétrofit centrales électriques à utiliser le combustible pour alimenter directement le réseau.

Tout cela prendra beaucoup de temps et d'argent.

Mais il existe un autre scénario qui évite ou retarde une grande partie de cette refonte de l'infrastructure. Une fois que vous avez de l'hydrogène, il est relativement simple de le combiner avec du monoxyde de carbone pour produire des versions synthétiques des carburants qui alimentent déjà nos voitures, camions, navires et avions. Le processus industriel pour ce faire est vieux d'un siècle et a été utilisé à plusieurs reprises par des pays à court de pétrole pour fabriquer des carburants à partir de charbon ou de gaz naturel.

Usine pilote de Carbon Engineering à Squamish, en Colombie-Britannique.

GÉNIE CARBONE

Carbon Engineering, basée à Squamish, en Colombie-Britannique, développe des installations qui captent le dioxyde de carbone de l'air. L'entreprise prévoit de le combiner avec de l'hydrogène sans carbone pour fabriquer des carburants synthétiques. L'idée est que le carburant sera neutre en carbone, n'émettant pas plus de dioxyde de carbone que ce qui a été retiré ou produit au cours du processus.

Dans un présentation lors d'une conférence du Codex à la fin de l'année dernière , le fondateur de Carbon Engineering et professeur à Harvard, David Keith, a déclaré que la baisse des prix de l'énergie solaire devrait leur permettre de commercialiser la conversion air-carburant pour environ 1 $ le litre (environ 4 $ le gallon) au milieu des années 2020 - et que le prix continuera à tomber de là.

La grande nouvelle ici est que cela pourrait être fait avec du matériel de base à partir de bientôt, a-t-il déclaré. Vous pourriez atteindre quelque chose comme un million de barils par jour de capacité d'hydrocarbures synthétiques air-carburant, je pense, peu après 2030, et après cela, il n'y a pas de limite de mise à l'échelle évidente.

En effet, le processus fournit un moyen de convertir l'énergie solaire éphémère et fluctuante en carburants stockables en permanence qui peuvent remplir les réservoirs de n'importe laquelle de nos machines. Il s'agit d'une voie énergétique pour… traiter le problème de l'intermittence et le traiter d'une manière qui vous permette d'alimenter les besoins à haute densité d'énergie dans le monde entier ; vous permet de piloter des avions à travers l'Atlantique Nord, a déclaré Keith.

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