Décarboner l’industrie. Électricité verte et électrolyseurs

Près d’un mil­lion de tonnes d’hydrogène sont util­isées chaque année dans l’industrie, chim­ique et pétrochim­ique notam­ment. Le cap fixé par le gou­verne­ment est que 10 % en 2023 puis de 20 à 40 % en 2028 de cette énergie soit de l’hydrogène vert. Cela passe par l’amélioration des per­for­mances et le déploiement d’électrolyseurs, cou­plés à une pro­duc­tion accrue d’électricité renou­ve­lable. Tour d’horizon.

Selon un rap­port pub­lié le 14 juin 2019 par l’Agence inter­na­tionale de l’énergie (AIE), les coûts de fab­ri­ca­tion de l’hydrogène pour­raient chuter de 30 % d’ici à 2030 et con­duire « à un change­ment d’échelle de la pro­duc­tion d’hydrogène ». Comme il est rap­pelé dans le pro­jet de Pro­gram­ma­tion pluri­an­nuelle de l’énergie (PPE), les élec­trol­y­seurs alcalins sont capa­bles de pro­duire un hydrogène à 4 € à 5 €/kg (soit 100 € à 130 €/MWhPCS) pour une durée d’utilisation de l’ordre de 4 000 à 5 000 heures/an et un coût de l’électricité autour de 50 €/MWh. À l’horizon 2030, sur la base d’une indus­tri­al­i­sa­tion forte de ces tech­nolo­gies (économies d’échelle), mais aus­si des per­for­mances des élec­trol­y­seurs (travaux de recherche sur les élec­trodes), l’hydrogène pro­duit par élec­trol­yse pour­rait coûter entre 2,5 € et 3,5 €/kg (65 € à 90 €/MWhPCS), ren­dant l’hydrogène vert com­péti­tif. En effet, la PPE nous indique qu’en 2018, le coût de revient de l’hydrogène « gris » pro­duit en grande quan­tité à par­tir de pro­duits fos­siles (vapore­for­mage du gaz) oscille entre 1,5 €  et 2,5 €/kg (soit de l’ordre de 38 € à 65 €/MWh) pour des clients indus­triels con­som­mant de gros vol­umes (raf­finer­ies). Mais pour cer­tains usages moins inten­sifs et pour lesquels l’hydrogène est trans­porté et achem­iné par camion – dits « usages indus­triels dif­fus » –, son coût de revient se situe entre 10 € et 20 €/kg (250 € à 510 €/MWh), mais rarement en dessous de 8 €/kg (env­i­ron 200 €/MWh). Il y a donc un poten­tiel de marché acces­si­ble dès aujourd’hui pour de l’hydrogène pro­duit directe­ment sur site par électrolyse.

Un déploiement à grande échelle

C’est donc un déploiement des élec­trol­y­seurs au plus près d’une part des indus­tries con­som­ma­tri­ces qu’il est néces­saire de met­tre en place pour attein­dre ces objec­tifs, notam­ment pour les usages indus­triels dif­fus, ce qui per­me­t­trait d’éviter le trans­port coû­teux. Un déploiement de taille puisque, pour attein­dre les objec­tifs, on peut estimer qu’il fau­dra met­tre en œuvre un mil­li­er de gros élec­trol­y­seurs (alcalins ou à mem­brane à échange de pro­tons). À cela il con­vient dans le même temps d’ajouter plusieurs mil­liers d’hectares de champs pho­to­voltaïques et un mil­li­er éoli­ennes, dont des éoli­ennes off­shore, afin de pro­duire l’électricité néces­saire. Les sites expéri­men­taux com­men­cent à faire place à des sites opéra­tionnels. Exem­ple de décar­bon­a­tion dans le secteur de la cimenterie, Vicat annonce vouloir pour­suiv­re sa poli­tique de diminu­tion de rejets de CO2 tout en con­ser­vant ses indus­tries en France. Or la pro­duc­tion de ciment est un proces­sus indus­triel à feu con­tinu, qui demande une grande quan­tité d’énergie ther­mique (trans­for­ma­tion des matières) et élec­trique (broy­age des matières). L’hydrogène pro­duit par élec­trol­yse pour­rait bien répon­dre à ces enjeux. Il peut notam­ment être recom­biné par métha­na­tion avec le CO2 cap­té sur les fumées. Le méthane pro­duit (en mode Pow­er-to-Gas) rem­plac­erait une par­tie des com­bustibles fos­siles habituelle­ment utilisés.

Pour ce qui con­cerne la pro­duc­tion, on peut citer H2V, une société indus­trielle de pro­duc­tion mas­sive d’hydrogène par élec­trol­yse de l’eau à base d’énergie renou­ve­lable cer­ti­fiée sans car­bone. Elle a pour pro­jet d’installer d’ici à 2022 une usine de pro­duc­tion d’hydrogène vert sur la zone indus­trielle à Saint-Jean-de-Folleville (Seine-Mar­itime). Une con­cer­ta­tion publique est organ­isée jusqu’au 20 novem­bre 2019. Quand l’usine de Saint-Jean-de-Folleville sera pleine­ment opéra­tionnelle, en 2023, elle devrait pro­duire 28 000 tonnes d’hydrogène à l’année pour un marché français qui en con­somme aujourd’hui 900 000 tonnes. H2V souhaite en effet apporter une réponse aux appli­ca­tions de l’industrie pétrolière et chim­ique, présentes à cet endroit, sans oubli­er la mobil­ité. Un rac­corde­ment spé­ci­fique effec­tué par RTE sera néces­saire pour fournir les 200 MW de con­som­ma­tion prévus !

De son côté, Powid­i­an conçoit et installe des sta­tions autonomes de pro­duc­tion décen­tral­isée d’électricité, non pol­lu­antes et intel­li­gentes, et en assure la main­te­nance. La société a inau­guré début sep­tem­bre sa pre­mière plate-forme européenne à hydrogène à La Ville-aux-Dames (37). Véri­ta­ble out­il indus­triel per­me­t­tant de pass­er rapi­de­ment du pro­jet à la réal­i­sa­tion, cette plate-forme de 1 800 m² pro­duira de l’hydrogène par élec­trol­yse. Elle est équipée de 70 kWc de pan­neaux solaires pour fournir l’électricité.