Énergie : le Japon mise sur l’Hydrogène et pourrait révolutionner le marché de l’énergie
Un article du Wall Street Journal (extrait)
Selon certains experts, si le Japon réussit (comme il l’avait fait dans les années 1970 avec la démocratisation du gaz naturel liquéfié), l’hydrogène pourrait enfin se frayer un chemin dans la chaîne logistique mondiale et supplanter le pétrole et le charbon.
L’hydrogène a souvent fait l’actualité, mais des défis économiques et techniques existent toujours. Tokyo devrait choisir de s’éloigner petit à petit des énergies fossiles et d’étaler la transition sur plusieurs années : la réduction des émissions de carbone sera d’abord très progressive. Et, quoi qu’il arrive, cela ne résoudra pas son problème de dépendance aux importations, puisque le pays veut, dans un premier temps, produire l’essentiel de son hydrogène à partir d’énergies fossiles achetées à l’étranger.
Comme tant d’autres pays, le Japon comprend peu à peu qu’il ne pourra pas atteindre la neutralité carbone d’ici 2050 sans énergies renouvelables telles que le solaire ou l’éolien. L’hydrogène ne produit pas de gaz à effet de serre responsables du réchauffement climatique (comme le dioxyde de carbone par exemple), mais de la vapeur d’eau. Il peut être utilisé pour remplacer les énergies fossiles dans les secteurs dans lesquels les énergies renouvelables ne fonctionnent pas bien.
L’Etat japonais a plus que doublé le budget de R&D alloué à l’hydrogène, le portant à près de 300 millions de dollars entre 2018 et 2019, un chiffre qui ne tient pas compte des sommes dépensées par les entreprises privées.
En décembre, le pays a publié une feuille de route préliminaire qui définit deux objectifs : porter à 10 % la part de l’hydrogène et des carburants connexes dans la production d’électricité (contre quasiment 0 % aujourd’hui) et augmenter significativement le poids de l’hydrogène dans des secteurs comme le transport ou la production d’acier d’ici 2050. Le gouvernement peaufine la version finale du plan pour l’énergie, qui pourrait comporter des objectifs officiels de montée en puissance de l’hydrogène et des estimations de coût.
Il devrait aussi proposer des subventions et prévoir des sanctions à l’encontre des technologies émettrices de carbone. Les géants industriels se sont lancés dans la production de bateaux, de terminaux gaziers et d’infrastructures pour que l’hydrogène s’impose dans le quotidien des Japonais.
JERA, premier producteur d’électricité du Japon, entend réduire ses émissions de carbone en utilisant de l’ammoniac dans ses centrales à charbon et a signé, en mai dernier, un protocole d’accord avec l’un des plus grands spécialistes mondiaux de l’ammoniac pour en développer la production.
Les conglomérats nippons cherchent des fournisseurs d’ammoniac et d’hydrogène. Les transporteurs maritimes, dont Nippon Yusen Kabushiki Kaisha, imaginent de leur côté des bateaux qui fonctionnent à l’hydrogène.
« Si le Japon réussit et que toute la chaîne logistique s’adapte aux besoins du marché japonais, tout sera différent et l’adoption pourrait être rapide » au niveau mondial, estime David Crane, ancien directeur général de NRG Energy, un producteur américain d’électricité qui siège aujourd’hui au conseil de JERA.
De fait, l’hydrogène possède de sérieux atouts. Il peut être utilisé (sous réserve de modifications) dans des centrales électriques ou des équipements conçus pour fonctionner au charbon, au gaz ou au pétrole, ce qui ferait économiser des milliards de dollars aux pays qui pourraient utiliser l’infrastructure existante pour la transition énergétique.
Il peut également être stocké et utilisé dans des piles à combustible capables d’emmagasiner plus d’énergie qu’une batterie électrique de même taille : l’hydrogène est donc parfaitement adapté aux avions ou aux bateaux qui doivent embarquer des grandes quantités de carburant pour pouvoir parcourir de très longue distance.
Autre avantage : il s’agit d’une technologie dont le Japon peut devenir spécialiste, ce qui lui permettrait de moins dépendre de la Chine, qui s’impose petit à petit comme numéro un mondial des énergies alternatives et premier fournisseur de panneaux solaires et de batteries électriques.
A l’heure actuelle, 80 % des panneaux solaires viennent de Chine, « une source d’inquiétude » pour l’avenir de la sécurité énergétique, indique Masakazu Toyoda, président de l’Institute of Energy Economics qui fait également partie de la commission qui conseille le gouvernement nippon sur la stratégie énergétique.
En mai, l’Agence internationale de l’Energie (AIE) a déclaré que l’hydrogène serait, aux côtés du solaire et de l’éolien, nécessaire pour que le monde atteigne la neutralité carbone d’ici 2050. Selon sa feuille de route détaillant la stratégie la plus « techniquement réalisable », l’hydrogène et les carburants connexes devraient représenter 13 % du mix énergétique mondial à cet horizon, pour des investissements dépassant 470 milliards de dollars par an.
Aux Etats-Unis, des Etats et des entreprises misent aussi sur des projets liés à l’hydrogène, notamment des stations-service, mais les efforts restent sporadiques.
L’an passé, l’Union européenne a dévoilé sa stratégie pour l’hydrogène et estimé que les investissements dans ce secteur pourraient se chiffrer en centaines de milliards de dollars d’ici 2050. Plusieurs groupes pétroliers européens, dont Royal Dutch Shell et BP, soutiennent aussi des projets dans ce domaine. Cette année, Airbus a présenté les plans de trois avions fonctionnant à l’hydrogène.
En Asie, un consortium de conglomérats coréens, dont Hyundai, a annoncé en mars dernier allouer 38 milliards de dollars d’ici 2030 à un projet lié à l’hydrogène. La Chine, elle, veut s’équiper de centaines de bus roulant à l’hydrogène avant les Jeux olympiques d’hiver début 2022.
Mais le problème, c’est que l’hydrogène n’existe pas en tant que tel dans la nature : ( ou en faible quantité NDLR); il faut donc l’extraire, par exemple de l’eau ou des combustibles fossiles, ce qui consomme de l’énergie. De fait, il faut plus d’énergie pour fabriquer de l’hydrogène pur que ce que cet hydrogène est ensuite capable de générer.
En règle générale, il est extrait du gaz naturel ou du charbon, ce qui produit aussi beaucoup de dioxyde de carbone. A long terme, l’objectif est un hydrogène « vert » obtenu avec une électricité issue de sources renouvelables, qui coûte aujourd’hui plus cher.
Le stockage et le transport peuvent également se révéler complexes. Le gaz est si léger et occupe tant d’espace à température ambiante qu’il doit être compressé ou liquéfié pour pouvoir être transporté. Mais il ne devient liquide qu’à moins 253 °C, soit seulement 20° de plus que le zéro absolu.
Si le projet japonais est susceptible de tout changer, c’est parce que le pays a eu l’idée révolutionnaire d’utiliser l’ammoniac. Mélange d’azote et d’hydrogène, il n’émet pas de dioxyde de carbone, ce qui résout une partie des problèmes. Il est plus coûteux à fabriquer, mais plus simple à transporter et à stocker (donc à vendre) que l’hydrogène pur. Et il est déjà produit en grande quantité, essentiellement pour fabriquer des engrais.
Son groupe avait découvert que l’ammoniac pouvait être utilisé dans les centrales thermiques à charbon ou à gaz, qui produisent actuellement les trois quarts de l’électricité nipponne. La combustion produit du protoxyde d’azote, un gaz à effet de serre, mais les ingénieurs japonais ont réussi à en réduire la quantité et affirment que le reste peut être filtré pour ne pas finir dans l’atmosphère.
Les producteurs d’électricité locaux pourraient, dans un premier temps, utiliser de l’ammoniac provenant d’énergies fossiles et trouver des stratégies de capture ou de compensation des émissions de carbone, s’était dit Shigeru Muraki. La demande augmentant et les prix baissant, ils pourraient dans un second temps passer à l’ammoniac « vert ».
Shigeru Muraki a présenté son idée aux pouvoirs publics, notamment au ministre de l’Economie. Le problème, c’est qu’il fallait réaliser des économies d’échelle pour faire baisser les prix de l’hydrogène ou de l’ammoniac et qu’aucun gros consommateur ne semblait exister.
C’est à ce moment-là que JERA est entré dans l’équation. Le groupe avait été créé après la catastrophe de Fukushima, qui avait mis Tokyo Electric Power, l’opérateur de la centrale, en grandes difficultés financières. En 2019, Tepco et un autre groupe de services collectifs ont transféré leurs centrales thermiques à JERA, qui s’est retrouvé avec des installations produisant un tiers environ de l’électricité japonaise.
JERA s’est rendu compte que, pour que la totalité de l’électricité nipponne provienne de sources renouvelables, il faudrait bâtir un nouveau réseau, un processus coûteux et chronophage, raconte Hisahide Okuda, le responsable du département stratégie du groupe. En revanche, le réseau existant pouvait supporter assez d’électricité renouvelable pour répondre à la moitié de la demande nationale.
Pour décarboner le reste, Hisahide Okuda s’est tourné vers l’ammoniac et convaincu les sceptiques. JERA a dévoilé son projet de conversion des centrales au charbon en octobre dernier.
A Yokohama, le groupe industriel IHI adapte les turbines au mélange gaz/ammoniac qui sera utilisé.
Masahiro Uchida, l’un de ses chercheurs, explique qu’il suffit de changer le brûleur, un cylindre couleur bronze placé au-dessus de la turbine. IHI a aussi réussi à adapter les chaudières et espère les vendre à des pays comme l’Australie ou la Malaisie, en plus du Japon.
JERA et IHI ont lancé un essai (subventionné par l’Etat) de combustion d’un mélange contenant 20 % d’ammoniac dans l’une des plus grandes centrales de JERA. Si tout se passe bien, JERA espère déployer cette technologie dans toutes ses centrales à charbon d’ici 2030, puis progressivement augmenter le pourcentage d’ammoniac, ce qui réduira les émissions de carbone.
Pour ce faire, il faudra cependant beaucoup, beaucoup d’ammoniac. Quelque 500 000 tonnes par an, selon les premiers tests de JERA, soit près de la moitié de la consommation annuelle du Japon. D’ici 2050, le pays pourrait consommer 30 millions de tonnes d’ammoniac et 20 millions de tonnes d’hydrogène par an, selon les projections du ministère de l’Economie et un comité consultatif. A l’heure actuelle, 20 millions de tonnes sont vendues chaque année dans le monde.
C’est à des groupes comme Mitsubishi et Mitsui, qui importent l’essentiel des carburants et des produits chimiques que consomme actuellement le Japon, qu’échoit la délicate mission de l’approvisionnement.
Le principal défi ? Le prix. Des responsables publics et privés estiment qu’une électricité produite avec un mélange à 20 % d’ammoniac coûtera environ 24 % plus cher que si elle est produite uniquement avec du charbon. Certains chefs d’entreprise nuancent toutefois en indiquant qu’avec des aides publiques, cet écart peut être gérable.
Mitsui discute actuellement de la construction d’une gigantesque usine d’ammoniac avec l’Arabie saoudite, pays qui, selon le conglomérat, est la source la moins onéreuse. Mitsubishi, lui, négocie avec ses fournisseurs en Amérique du Nord, au Moyen-Orient et en Asie, ainsi qu’avec des transporteurs nippons pour la construction de navires de plus grande capacité.
(Traduit à partir de la version originale en anglais par Marion Issard)