L’hydrogène bas carbone, un enjeu pour la transition énergétique
L’hydrogène est un formidable vecteur énergétique et pourrait contribuer à la transition énergétique mais à la condition que sa production soit décarbonée. Actuellement l’hydrogène est utilisé principalement dans l’industrie pour la production d’ammoniaque, d’engrais, pour la chimie ou encore le raffinage… Il est également utilisé comme vecteur d'énergie dans le domaine spatial et la mobilité.
Avec près d’un million de tonnes d’hydrogène produit en France et par an, la décarbonation de son usage est devenu une priorité pour la transition énergétique, à condition de rester compétitif dans ses secteurs d’usage.
Qu’est-ce que l’hydrogène ?
L'hydrogène est l'élément chimique le plus abondant et le plus léger de l'univers. Cependant, l'hydrogène n'est pas présent à l'état pur dans la nature, on le retrouve associé à d'autres éléments : dans l'eau, dans les hydrocarbures (pétrole et gaz naturel) ou dans la matière vivante (biomasse).
En fonction de la ressource utilisée et du procédé d'extraction (craquage, électrolyse), d'autres substances sont produites en même temps que l'hydrogène et rejetées dans l'environnement, telles que le CO, le CO2 ou des impuretés, pouvant le disqualifier comme vecteur de décarbonation car fort émetteur de gaz à effet de serre lors de sa production.
Aujourd'hui, 95 % de la production mondiale d'hydrogène est réalisée à partir d'énergies fossiles, un procédé fortement émetteur de gaz à effet de serre (environ 10 kg émis pour 1 kg d'hydrogène produit). Cependant des procédés de fabrication de l'hydrogène de façon décarbonée existent, par électrolyse de l'eau grâce à de l'électricité bas carbone par exemple.
Ce sont ces procédés de fabrication qui vont permettre de faire de l'hydrogène un élément clé de la transition énergétique pour décarboner les deux pans de l'économie les plus émetteurs de CO2 : l'industrie et les transports.
L'hydrogène, élément clé de la transition énergétique en vidéo
L'Hydrogène, un vecteur d'avenir pour l'énergie
Durée : 3:30
Votre navigateur ne prend pas en compte le javascript.
Pour vous permettre d'accéder à l'information, nous vous proposons de consulter la vidéo dans un nouvel onglet.
Transcription textuelle de la vidéo « L'Hydrogène, un vecteur d'avenir pour l'énergie »
L'Hydrogène, un vecteur d'avenir pour l'énergie
Tout d’abord, qu’est-ce que l’hydrogène ?
L’hydrogène est l’élément chimique le plus abondant de l’univers. C’est une molécule très énergétique que l’on retrouve sous deux formes : dans les hydrocarbures (associé à du carbone) ou dans l’eau.
Aujourd’hui, l’hydrogène est très largement produit à partir d’énergies fossiles (essentiellement gaz naturel, mais aussi pétrole et charbon), ce qui engendre d’importantes émissions de CO2.
Parvenir à « décarboner » la production d’hydrogène est donc un enjeu majeur.
Un moyen de produire l’hydrogène décarboné est de le produire par électrolyse à partir d’eau et d’électricité bas carbone. On utilise alors un électrolyseur, un appareil qui décompose les molécules d’eau en séparant oxygène et hydrogène grâce à un courant électrique.
L’oxygène est alors relâché dans l’air sans conséquence sur l’environnement, et l’hydrogène peut être utilisé directement ou stocké pour une utilisation ultérieure.
L’hydrogène bas carbone est reconnu comme un élément clé de la transition écologique.
Dans un contexte de décarbonation de l’économie, son utilisation comme vecteur d’énergie apparaît comme une solution d’avenir permettant de répondre à de nombreux défis :
- Diminution des émissions de gaz à effet de serre dans l’industrie et la mobilité.
- Participation à la gestion des équilibres des systèmes électriques grâce à la flexibilité des systèmes d’électrolyses.
En France, dans les années à venir, l’hydrogène décarboné pourra :
- Se substituer à l’hydrogène carboné déjà utilisé dans l’industrie.
- Servir de matière première pour fabriquer des produits industriels de façon décarbonnée.
- Alimenter une partie du parc de véhicules pour le transport lourd : camions, bus, trains, bateaux ainsi que, sans doute, pour des flottes de véhicules légers.
- Ou dans des marchés de niche, stocker de l’électricité pour des microgrids dans des zones isolées non raccordés aux réseaux.
Toutes ces perspectives d’applications requièrent encore des travaux de R&D afin de développer des solutions d’hydrogène décarboné.
Depuis plus de 15 ans, la R&D, avec l’Université de Karlsruhe, ont fondé EIFER, centre de recherche et pôle d’expertise sur l’hydrogène. Ce centre travaille sur l’évaluation des performances de l’électrolyse et des piles à combustible en cherchant à rendre l’usage de ces technologies, plus efficace et plus sobre en énergie.
Dans notre centre de recherche EDF Lab les Renardières, la plateforme de tests d’électrolyseurs permet de qualifier et de tester les électrolyseurs du marché en vue de leur déploiement dans des projets industriels.
D’un point de vue réalisation, on peut mentionner le projet FaHyence en Moselle : la première station-service à produire directement son hydrogène sur site à partir d’électricité décarbonée fournie par EDF. Cette station permet d’assurer vingt-cinq recherches de véhicules par jour.
Un autre projet concret de mise en application est le projet Mafate. Ce village isolé abrite 310 familles et accueille plus de 100 000 visiteurs par an. EDF a mis en place un dispositif dans lequel l’électricité produite par des panneaux photovoltaïques est transformée en hydrogène par électrolyse pour pouvoir être stockée sans limite de temps.
Cette expérimentation montre le potentiel de l’hydrogène pour assurer l’autonomie énergétique de micro-réseaux isolés, et ce, sans aucune émission de gaz à effet de serre.
Tous ces travaux qui permettent à la R&D d’être présente à toutes les étapes de la chaîne de valeur, servent la filiale du Groupe Hynamics dédiée au développement des solutions d’hydrogène décarboné dans l’industrie et la mobilité.
La R&D prépare les solutions de demain encore moins chères et plus performantes.
Comment le produit-on et pour quels usages ?
La production d'hydrogène
Dans le monde : 60 millions de tonnes d'hydrogène par an
En Europe : 8,7 millions de tonnes par an
En France : 900 000 tonnes d'hydrogène par an
Dans le monde, 4 % de l'hydrogène est produit avec un procédé faiblement émetteur de CO2
96 % de l'hydrogène mondial est produit à partir de matières premières d'origine fossile.Répartition : 48 % gaz naturel, 30 % pétrole et 18 % charbon.Entre 10 et 15 kg de CO2 émis par kg d'hydrogène produit.
L'hydrogène n'est pas disponible directement dans la nature.
Il est associé à d'autres éléments :
L'eau : ressource ne contenant pas de carbone
La biomasse : matière organique d'origine biologique – ressource contenant du carbone
Hydrocarbures : matière organique d'origine fossile – ressource contenant du carbone
Pour produire de l'hydrogène bas carbone, les principaux procédés de fabrication de l'hydrogène n'ont pas le même impact :
- Electrolyse de l'eau à partir d'électricité bas carbone
- Méthanisation du biogaz issu de déchets aisément fermentescibles
- Reformage d'hydrocarbures ou gazéification du charbon + captage-stockage du CO2 produit
L’industrie : pour décarboner la production industrielle d’engrais, de méthanol ou le raffinage du pétrole
Le transport lourd : pour remplacer les carburants fossiles fortement émetteurs de CO2
Les systèmes électriques : pour la flexibilité du système électrique, le stockage de l’électricité et les systèmes isolés non raccordés au réseau.
Quel programme de recherche pour la R&D d’EDF ?
Saviez-vous que l'hydrogène était responsable de 3 % des émissions de CO2 en France ? Pourtant... Il joue un rôle essentiel dans les industries pétrolières et chimiques ! L’hydrogène bas carbone est un sujet d’étude depuis plusieurs dizaines d’années pour la R&D d’EDF. Les axes de recherches ont évolué en fonction des virages stratégiques opérés mais aujourd’hui c’est un enjeu central pour le Groupe et pour la transition énergétique. Ces décennies d’expériences ont permis aux chercheurs de développer des compétences rares en menant de nombreux travaux sur des sujets variés : de la cellule à la pile combustible, des stations-services à hydrogène jusqu’aux électrolyseurs.
Découvrez en vidéo comment la R&D d'EDF accompagne le développement de l'hydrogène bas carbone pour assurer la transition énergétique avec l'électrolyse de l'eau.
La R&D et l'hydrogène bas carbone
Durée : 1:46
Votre navigateur ne prend pas en compte le javascript.
Pour vous permettre d'accéder à l'information, nous vous proposons de consulter la vidéo dans un nouvel onglet.
Transcription textuelle de la vidéo « La R&D et l'hydrogène bas carbone »
La R&D et l'hydrogène bas carbone
L’hydrogène joue un rôle essentiel dans les industries pétrolières et chimiques, mais son procédé de fabrication est très émetteur de CO2, soit 900 000 tonnes/an, ce qui représente 3 % de CO2 en France.
Pourtant, cette molécule pourrait devenir l’un des piliers de notre transition énergétique, que ce soit pour alimenter nos moyens de transports, produire des carburants de synthèse, voire alimenter des réseaux électriques, mais à condition de pouvoir produire cet hydrogène avec des énergies bas carbone. Aujourd’hui, seulement 1 % de l’hydrogène que nous produisons est bas carbone.
Il existe un moyen de produire de l’hydrogène largement moins émetteur de CO2 : l’électrolyse de l’eau.
Pour accompagner son développement, la R&D d’EDF a engagé plusieurs axes de recherches sur les nouvelles méthodes d’électrolyse ainsi que sur des solutions pour améliorer la compression, le stockage et la distribution de l’hydrogène.
Les équipes expérimentent de nouvelles technologies d’électrolyse, en testant la performance du matériel, son vieillissement et ses conditions de développement.
À Eifer, le centre de R&D d’EDF et de l’Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne sont destinés pour des tests de petites unités et sur la plateforme située à EDF Lab les Renardières, sert à effectuer des tests à taille industrielle.
Toutes les familles technologiques d’électrolyse y sont testées comme le PEM (Membrane Échangeuse de Protons), Alcalin ou Haute température. Pour son stockage, la R&D teste des solutions de compression et de stockage sous pression.
Des travaux qui visent à comprendre le comportement des matériels et aussi, à optimiser les phases de remplissages, en identifiant la durée et la température nécessaire à l’opération.
À travers ses travaux, la R&D contribue pleinement au plan hydrogène du groupe EDF et à l’accélération de la décarbonation.
L’hydrogène est une molécule pleine d’avenir !
En savoir plus sur edf.fr/recherche
Retrouvez EDF sur YouTube, X (ex-Twitter), LinkedIn et Facebook