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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.

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