Hydrogène : quel avenir ?

  • Hydrogène : quel avenir ?
    • par Frédéric Gonand professeur d’économie à l’Université Paris Dauphine-PSL dans l’Opinion. 
    • L’hydrogène comme source d’énergie : l’hypothèse est relancée et prend beaucoup d’ampleur. Les attraits de la solution ne manquent pas. La combustion de l’hydrogène n’émet pas de CO2 ni de particules fines. L’hydrogène favorise le développement des sources intermittentes d’énergie électrique (éolien, photovoltaïque) grâce au stockage de leur pic de production d’électricité transformé en gaz par électrolyse de l’eau. Il peut être transporté par les gazoducs déjà existant et qui ont actuellement besoin d’être remplis. Il peut contribuer à renforcer la sécurité énergétique.
    • Dans le secteur de l’énergie, l’hydrogène produit par électrolyse à partir d’eau et d’électricité peut être combiné avec du CO2 pour produire du méthane de synthèse utilisable notamment dans la chimie. C’est le power-to-gas. Toutefois, ces transformations en série butent sur des problèmes physiques qui dégradent l’intérêt économique de l’activité. La transformation d’électricité en hydrogène consomme environ 30 % de l’énergie initiale, et celle en méthane de synthèse n’a un rendement que de 60 % au mieux. Ces pertes liées à la conversion contribuent à des coûts de production élevés de la filière : le coût complet de production d’hydrogène d’origine renouvelable est le triple, voir le quadruple, de celui du gaz naturel.
    • Coût d’investissement. Même si la tendance est à la baisse, l’écart est très important. L’hydrogène est aussi plus coûteux à liquéfier que le gaz naturel, donc plus coûteux à transporter sur longue distance. Au total, les coûts d’investissement élevés du power-to-gas ne peuvent être amortis qu’à condition de fonctionner au moins 50 % du temps – or de tels besoins de modulation ne devraient apparaître que vers 2035. Le modèle d’affaire ne deviendrait soutenable qu’en cas de décarbonation totale du secteur de l’énergie, et/ou à partir d’une taxe carbone supérieure à 300 euros/tCO2.
    • A moins long terme, la demande d’hydrogène pourrait décoller dans la sidérurgie. La production d’une tonne d’acier émet environ 1,5 tonne de CO2. La sidérurgie fabrique de la fonte en réduisant les oxydes de fer grâce à la combustion du coke : elle est responsable aujourd’hui de 7 % des émissions mondiales de CO2. La R&D du secteur développe de nouveaux hauts fourneaux électriques à gaz naturel qui réduisent de plus de moitié les émissions de CO2, et même des hauts fourneaux à hydrogène qui suppriment pratiquement toutes les émissions.
    • Le tournant est amorcé : Thyssenkrupp Steel Europe envisage, dans le cadre de sa stratégie tkH2steel, une conversion d’environ un tiers de sa capacité de production totale. A long terme, il pourrait être possible de produire tout l’acier primaire avec de l’hydrogène. De grandes quantités d’électricité à faible teneur en carbone seraient alors nécessaires (environ 2 500 TWh/an, soit 10 % de la production mondiale d’électricité), si possible à bas prix. Au final, les transformations de la production d’acier pourraient faire naître d’ici dix ans une demande structurelle importante pour l’hydrogène et l’électricité… et rentabiliseraient alors le power-to-gas.
    • Frédéric Gonand est professeur d’économie à l’Université Paris Dauphine-PSL.

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