Le cheminement vers l’hydrogène vert

L’hydrogène est l’élément le plus fréquemment présent dans notre univers. Il se trouve partout autour de nous et peut s’exploiter comme un vecteur d’énergie neutre pour le climat. La molécule de H2 légère pourrait ainsi devenir la clé d’une transition énergétique réussie. Cela ne peut aboutir cependant que s’il s’agit en l’occurrence de ce qu’on appelle l’hydrogène « vert ».

La tendance à délaisser les combustibles fossiles pour se tourner vers des formes renouvelables de production et de stockage de l’énergie perdure. La population mondiale connaît une croissance constante et a besoin de plus en plus d’énergie – particulièrement dans le sillage de l’urbanisation au long cours et de l’urbanisation de notre vie.

La conscience environnementale des consommateurs et des entreprises a, elle aussi changé : aujourd’hui, les gens se préoccupent davantage des répercussions du réchauffement climatique et expriment de plus en plus le souhait de disposer d’alternatives climatiquement neutres pour l’approvisionnement énergétique. Dans ce contexte, on évoque souvent « l’hydrogène vert ». Il est écologique et est censé constitué une clé de la réussite de la transition énergétique : mais qu’est-ce qui fait au juste que l’hydrogène est « vert » ?

L’hydrogène est salué par beaucoup comme le vecteur d’énergie du futur.

L’hydrogène vert comme accumulateur d’énergie

La condition préalable pour que l’hydrogène soit vert est qu’il soit produit avec de l’électricité provenant de sources durables. Pour garantir un approvisionnement électrique constant et fiable à partir de sources d’énergie vertes, l’excédent d’électricité issu des éoliennes et des panneaux solaires doit être stocké pour une utilisation ultérieure.

L’électricité provenant de sources vertes est exploitée dans l’électrolyse de l’eau pour fractionner les molécules d’eau et obtenir de l’hydrogène. Cet hydrogène peut être à son tour utilisé sous forme d’accumulateurs d’énergie qui sont stockés dans des réservoirs ou des cavités en sous-sol et sont transportés par des pipelines, des tankers ou des camions. Grâce à la technologie de l’hydrogène, des installations énergétiques vertes peuvent être exploitées indépendamment des conditions environnementales, ce qui les rend plus fiables. La technologie de l’hydrogène offre aux installations énergétiques renouvelables la possibilité de stocker l’énergie produite en excédent lorsque les conditions climatiques sont favorables. Les énergies renouvelables et la technologie de l’hydrogène vert se favorisent donc mutuellement.

La technologie moderne de l’hydrogène peut ainsi contribuer pour une part essentielle à la réussite de la transition écologique. Mais comment fonctionne précisément l’électrolyse de l’eau et comment peut-on stocker l’énergie sous forme d’hydrogène pour la libérer ultérieurement et la réinjecter dans le réseau électrique ?

À l’aide de l’hydrogène sous forme d’accumulateurs d’énergie, les installations énergétiques renouvelables comme les parcs éoliens peuvent garantir un approvisionnement énergétique qui reste constant.

L’électrolyse de l’eau – Voici comment ça marche

Dans une installation d’électrolyse de l’eau, l’électricité est conduite par l’eau et enclenche ainsi le fractionnement des molécules d’eau en leurs deux composants, l’hydrogène et l’oxygène. L’oxygène s’accumule sur le pôle positif, monte et s’échappe dans l’atmosphère. L’hydrogène s’accumule sur le pôle négatif et, de là, peut être capturé et stocké. L’énergie stockée issue de l’opération de l’électrolyse de l’eau qui se trouve maintenant dans les molécules d’hydrogène peut être à nouveau libérée par la réaction inverse de l’hydrogène avec l’oxygène. L’énergie est nécessaire par exemple dans la production de  méthanol issu des émissions sidérurgiques pour l’industrie chimique.

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Lorsqu’un courant électrique passe dans l’eau, les molécules d’eau se fractionnent et se répartissent par composant sur l’anode et la cathode.

Carbon2Chem – L’électrolyse de l’eau à l’échelle industrielle

Les sources vertes comme le soleil et le vent ne produisant pas en continu de l’énergie avec la même intensité, un stockage efficace est nécessaire pour l’alimentation en électricité verte. L’excédent produit dans les périodes favorables peut être stocké à l’aide d’hydrogène et rendre ainsi disponible à tout moment l’électricité issue de sources renouvelables – sans charger en l’occurrence l’atmosphère en CO2.

Grâce à l’électrolyse de l’eau, thyssenkrupp est également en bonne voie d’atteindre un bilan d’émissions de CO2 faible. Sous le nom de Carbon2Chem, les experts de thyssenkrupp à Duisburg travaillent à la technologie moderne de l’hydrogène et « recyclent » les gaz d’échappement de la production sidérurgique en précieux précurseurs chimiques. En effet, la technologie de l’hydrogène permet d’extraire des précurseurs pour différentes branches de l’industrie.

Au centre technique Carbon2Chem de Duisburg, ce qu’on appelle les gaz métallurgiques sont retraités à l’aide de l’hydrogène pour obtenir ce qu’on appelle des gaz de synthèse. Ces gaz de synthèse sont de précieuses matières premières chimiques qui servent de précurseurs pour la fabrication de méthanol, d’ammoniac ou de polymères. Des matières qui à leur tour permettent de fabriquer du carburant, des engrais ou du plastique. Résultat : le CO2 n’est ni dégagé dans la production sidérurgique ni dans les processus chimiques ni dans l’atmosphère mais transformé à la place en quelque chose de précieux.

Du flacon de shampoing à la roue denté en plastique dur – le plastique est omniprésent et fabriqué jusqu’ici à partir d’huile minérale, c’est-à-dire de pétrole. Dans ce contexte, l’hydrogène serait une alternative plus écologique pour l’industrie chimique.

Comment l’hydrogène rend l’industrie chimique un peu plus verte

Les experts chez thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers ont perfectionné l’électrolyse alcaline afin de l’adapter également aux fluctuations de l’approvisionnement électrique issu de sources vertes. C’est donc une étape de développement importante car les installations classiques d’électrolyse alcaline ont besoin d’un approvisionnement électrique qui reste constant vingt-quatre heures sur vingt-quatre.

L’installation innovante atteint des taux de rendement du système allant jusqu’à 80 pour-cent. Cela signifie tout simplement que 80 pour-cent de l’énergie apportée pendant l’électrolyse peut être transformée en hydrogène. L’installation est donc conçue pour une production à grande échelle et particulièrement efficace d’hydrogène. À cela s’ajoute le montage modulaire de l’installation qui rend une éventuelle extension plus simple qu’avec les installations traditionnelles.

Le Dr Lukas Lüke de thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers nous offre un aperçu de l’installation innovante qui permet une exploitation nouvelle des potentiels de l’hydrogène :

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Conditions préalables à la réussite de la transition énergétique

S’appuyant sur l’accord de Paris sur le climat de 2015, thyssenkrupp s’est fixé pour objectif de réduire de 30 pour-cent ses propres émissions d’ici 2030 et de devenir neutre pour le climat d’ici 2050. Pour cela, nous allons économiser des émissions dans notre production, dans notre consommation énergétique et dans le cycle de vie de nos produits ou atteindre la neutralité climatique. La Science Based Initiative (en abrégé SBTi) a classé ces objectifs climatiques de thyssenkrupp comme scientifiquement fondés et réalisables. Nous sommes ainsi une de dix entreprises allemandes seulement dont les objectifs climatiques sont confirmés scientifiquement par la SBTi.

Cependant, pour atteindre la neutralité climatique – pas seulement dans notre entreprise mais dans toute l’Allemagne –, nous avons besoin de nettement plus de sources d’énergie renouvelables. La capacité actuelle en énergie verte en Allemagne ne suffit toutefois pas à couvrir les besoins actuels et futurs. Le fonctionnement de notre aciérie de Duisburg à lui seul nécessiterait actuellement sur 12 mois toutes les énergies renouvelables disponibles en Allemagne. Il faut donc également des règlements politiques qui encouragent les sources d’énergie renouvelables et rendent un passage aux chaînes de production neutres pour le climat attractives pour davantage d’entreprises. Il serait possible, par exemple, de produire de l’hydrogène dans des régions ensoleillées du monde et de le transporter par tankers jusqu’en Europe. Les premières initiatives dans ce sens existent déjà.

Il existe donc encore une grande marge de développement dans l’économie de l’hydrogène et un besoin important de sources d’énergie renouvelables – aujourd’hui mais surtout à l’avenir. C’est pourquoi chez thyssenkrupp, nous travaillons au perfectionnement constant de nos technologies.