L'énergie à base d'hydrogène vert : de la fiction à la réalité
En 1875, le romancier français de science-fiction Jules Verne a imaginé un avenir où l'eau pourrait être utilisée comme combustible, soulignant le potentiel inépuisable de l'hydrogène et de l'oxygène pour la chaleur et la lumière, surpassant l'intensité du charbon. Aujourd'hui, l'hydrogène décarboné est considéré comme une solution convaincante à l'un des défis les plus pressants auxquels sont confrontées les industries : réduire les émissions de gaz à effet de serre sans compromettre les performances ou la productivité. Sa production, principalement par électrolyse de l'eau, représente une alternative propre aux méthodes traditionnelles de production d'hydrogène, qui dépendent fortement des combustibles fossiles et sont associées à d'importantes émissions de CO₂.
Depuis de nombreuses années, Equans, un leader des services énergétiques, s'est consacré à faire de la vision futuriste de Jules Verne, vieille de 150 ans, une réalité en incorporant l'hydrogène vert dans sa stratégie pour atteindre les objectifs de durabilité environnementale et d'efficacité énergétique.
Retour aux sources : Qu'est-ce que l'hydrogène décarboné
L'hydrogène, souvent appelé "H2" en raison de sa forme diatomique, est un vecteur d'énergie qui doit être produit. Les méthodes actuelles pour y parvenir sont principalement basées sur le reformage du méthane à la vapeur (SMR) du gaz naturel. Dans ce processus, le méthane réagit avec l'eau pour produire un mélange d'hydrogène et de CO₂. Une autre méthode, la gazéification, produit de l'hydrogène et du monoxyde de carbone en brûlant du charbon, de la biomasse ou du biogaz, avec d'importantes émissions de CO₂ dues à la combustion du charbon. Le CO₂ peut être capturé et stocké pour produire de l'hydrogène décarbonisé. Toutefois, la méthode la plus écologique est l'électrolyse de l'eau, dans laquelle l'eau est divisée en hydrogène et en oxygène sans libérer de CO₂.
Le principe de la production d'hydrogène vert par électrolyse de l'eau est à la base du passage à un hydrogène renouvelable et à faible teneur en carbone. Contrairement au craquage du méthane à la vapeur, qui libère environ 10 tonnes de CO₂ pour chaque tonne d'hydrogène produite, l'électrolyse permet de produire de l'hydrogène avec un minimum d'émissions de gaz à effet de serre en utilisant des molécules d'eau et de l'électricité provenant d'énergies renouvelables telles que le solaire, l'éolien, la géothermie ou l'hydroélectricité.
Les investissements accrus de ces dix dernières années ont permis des avancées technologiques qui rendent l'électrolyse plus compétitive par rapport à la méthode SMR traditionnelle, notamment face à la hausse des prix du gaz naturel.
La production d'hydrogène et son impact
Lorsqu'il s'agit de produire de l'énergie à partir de l'hydrogène, les impacts environnementaux sont classés par "couleur" pour différencier les méthodes:
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L'hydrogène gris est produit à partir de gaz naturel par reformage du méthane à la vapeur (SMR) et libère de grandes quantités de CO₂.
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L'hydrogène bleu suit une voie de production similaire mais utilise des techniques de captage, de stockage et d'utilisation du carbone ou de séquestration du carbone pour réduire les émissions.
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Les méthodes de production d'hydrogène les plus néfastes pour l'environnement comprennent l'hydrogène brun et l'hydrogène noirqui utilisent le combustible fossile le plus riche en carbone, le charbon, libérant les quantités les plus importantes de CO₂ et de monoxyde de carbone dans l'atmosphère.
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L'hydrogène rose (parfois appelé rouge ou violet)est produit par électrolyse à partir de l'énergie nucléaire.
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L'hydrogène blanc ou doré se trouve naturellement dans le sous-sol de la Terre, le long des plaques tectoniques, à la fois sous l'eau et à la surface.
Les avantages de l'hydrogène vert
L'hydrogène vert est le plus souhaitable pour décarboner l'industrie, car il offre de nombreux avantages, en particulier son faible impact sur l'environnement. En tant que vecteur d'énergie propre, il n'émet pas de CO₂ lorsqu'il est produit à partir d'énergies renouvelables. Cette caractéristique en fait une solution idéale pour le stockage de l'énergie. Il permet de gérer les excédents d'énergie renouvelable en stockant sous forme d'hydrogène l'électricité excédentaire produite pendant les heures de pointe, qui peut ensuite être reconvertie en électricité lorsque la demande augmente.
En outre, la polyvalence de l'hydrogène vert signifie qu'il peut être utilisé dans divers secteurs, notamment la mobilité (dans les transports routiers, ferroviaires et aériens en tant que carburant), l'industrie (en tant que substitut des combustibles fossiles dans les processus), les réseaux énergétiques et le chauffage urbain (grâce à sa capacité à équilibrer l'offre et la demande par le biais du stockage et de la livraison). Cette adaptabilité contribue non seulement à la décarbonation de ces secteurs, mais accroît également la sécurité, la stabilité et l'efficacité énergétiques.
Le passage à l'hydrogène vert : Renforcer les incitations
Malgré le problème de la disponibilité encore limitée de l'hydrogène vert, de vastes projets sont en cours au Royaume-Uni, en France, aux Pays-Bas, en Belgique et en Allemagne pour augmenter la production. Parmi les exemples notables, citons le projet de 200 MW à Dunkerque, en France, qui promet d'éviter 280 000 tonnes d'émissions de CO₂ par an, et le projet HyNet au Royaume-Uni, qui vise à décarboner les pôles industriels en remplaçant le gaz fossile par de l'hydrogène à faible teneur en carbone.
Les gouvernements sont également prêts à soutenir financièrement de grands projets d'hydrogène vert afin de réduire la dépendance à l'égard du gaz importé. La Banque mondiale vient d'approuver un plan visant à accélérer l'utilisation mondiale de l'hydrogène propre en accordant 1,65 milliard de dollars de prêts pour la production d'hydrogène afin d'atteindre une capacité mondiale de 10 GW, soit dix fois la production mondiale actuelle d'hydrogène à partir de sources renouvelables. Au cours de l'année écoulée, les gouvernements de l'Union européenne, de l'Inde, de l'Australie et des États-Unis ont accéléré leur action. La loi sur la réduction de l'inflation (Inflation Reduction Act), projet de loi historique de l'administration Biden sur le climat, vise à réduire le coût national de l'hydrogène vert à un quart de son prix actuel en moins de dix ans, grâce à des incitations fiscales et à des subventions d'un montant de 9,5 milliards de dollars. En 2023, la Commission européenne a approuvé le projet important d'intérêt européen commun (IPCEI) "Hy2use", une initiative de 5,2 milliards d'euros, qui vise à financer 35 projets d'hydrogène vert à grande échelle dans 13 pays d'ici 2036.
L'essor des initiatives de collaboration
Le partenariat entre Mitsubishi et Shell pour produire de l'hydrogène vert à partir de parcs éoliens offshore, le lancement d'un plan industriel pour l'hydrogène à faible teneur en carbone par EDF et les partenariats entre ENGIE et ALSTOM pour fournir de l'hydrogène renouvelable pour le transport ferroviaire de marchandises en Europe illustrent l'approche collaborative de l'industrie pour déployer l'hydrogène vert à grande échelle. En outre, l'initiative de Bouygues Telecom d'utiliser des solutions énergétiques à base d'hydrogène vert dans le but de réduire les émissions de CO₂ de 70 % démontre la polyvalence de l'hydrogène vert pour réduire l'empreinte carbone dans différents secteurs.
L'élan en faveur de l'hydrogène vert en tant que source d'énergie durable est indéniable, comme en témoigne la multitude de projets de collaboration et de partenariats pour sa production et son application. Ces initiatives soulignent non seulement les avantages environnementaux de l'hydrogène vert pour l'industrie, mais aussi son rôle croissant, son soutien et son acceptation plus large dans le paysage énergétique mondial.
L'hydrogène vert : Une voie vers l'industrie durable
Le secteur industriel, connu pour son empreinte carbone élevée, peut bénéficier de manière significative de l'hydrogène vert. En remplaçant les combustibles fossiles par de l'hydrogène dans des processus tels que le chauffage à haute température, l'industrie peut réduire considérablement ses émissions de CO₂. Equans, par exemple, défend l'utilisation de l'hydrogène vert pour faciliter la transition vers des processus industriels à faible émission de carbone.
Equans, moteur de l'innovation en matière d'hydrogène industriel et de mobilité
Les solutions d'hydrogène industriel d'Equans visent à remplacer l'hydrogène et le gaz naturel dérivés de combustibles fossiles par de l'hydrogène à faible teneur en carbone produit par électrolyse. La société propose des solutions clés en main pour la production sur site d'hydrogène à faible teneur en carbone pour l'industrie et la mobilité, garantissant un approvisionnement en hydrogène de haute qualité et sécurisant les processus de production.
Les offres clés en main comprennent la construction d'usines d'électrolyse et la fourniture d'ensembles techniques pour l'intégration complète du système. Dans le domaine de la mobilité hydrogène, Equans construit une infrastructure pour la production et la distribution d'hydrogène renouvelable ou à faible teneur en carbone, fournissant une source de carburant alternative pour les applications de mobilité lourde et intensive.
Expansion de la transition avec l'hydrogène à faible teneur en carbone et les carburants électroniques
En tant que membre actif de "France Hydrogène", Equans est le fer de lance de l'intégration de l'hydrogène à faible teneur en carbone et des carburants électroniques dans l'industrie et les communautés. En se concentrant sur l'hydrogène produit localement et durablement, notre approche globale va des études préliminaires et de la conception à la gestion de projet et aux études de risques industriels, en passant par la construction, la distribution et la maintenance des installations de production, et souligne le rôle central de l'hydrogène et des e-carburants à faible teneur en carbone pour un avenir industriel durable.
L'hydrogène pour décarboner les transports
Le secteur des transports, autre grand émetteur de gaz à effet de serre, a lui aussi tout à gagner de l'hydrogène vert. Il offre une alternative propre aux combustibles fossiles pour alimenter les véhicules, qu'il s'agisse de voitures, d'autobus ou de bateaux. Equans a participé activement à des projets visant à intégrer l'hydrogène dans les infrastructures de transport, soulignant le rôle de l'hydrogène dans la décarbonation du transport maritime et au-delà. L'utilisation de piles à hydrogène dans les véhicules permet non seulement de réduire les émissions, mais aussi de promouvoir l'efficacité énergétique et la durabilité dans l'ensemble du secteur des transports.
Advancing E-Fuels for Sustainable Transport and Agriculture
Equans stimule la synthèse de molécules pour des applications durables et soutient la conception, le design et la construction d'usines pour la production d'e-biokérosène, d'e-méthanol et d'e-ammoniaque. Ces efforts sont essentiels pour remplacer les combustibles fossiles dans les transports maritimes et aériens et pour produire des engrais à faible teneur en carbone, contribuant ainsi à l'objectif global de décarbonation.
L'hydrogène pour décarboner le chauffage
Dans le contexte du chauffage, l'hydrogène vert est une solution viable pour réduire les émissions de carbone des bâtiments résidentiels et commerciaux. En remplaçant le gaz naturel et d'autres combustibles fossiles par l'hydrogène dans les systèmes de chauffage, les émissions peuvent être réduites de manière significative, contribuant ainsi aux objectifs d'une économie de l'hydrogène.
Récupération de l'hydrogène dans les chaudières : Un pas vers la production de vapeur sans combustible fossile
À Pont de Claix, en France, un projet mené par ERAS pour réduire la consommation de gaz naturel fossile en le remplaçant par de l'hydrogène produit dans un atelier d'électrolyse marque une étape importante vers des entreprises industrielles durables. Notre approche pour VENCOREX FRANCE comprend une stratégie globale qui inclut les technologies de compression et de séchage, la garantie d'une utilisation efficace de l'hydrogène dans les chaudières à vapeur et des conseils d'experts pour les demandes de financement.
En outre, Equans s'engage dans la création de pôles hydrogène décarbonés qui rassemblent les acteurs industriels au sein des territoires pour structurer la filière hydrogène à l'échelle régionale. La solution de combustion hybride qui associe l'hydrogène à un autre combustible pour soutenir la décarbonation des sites industriels est un autre exemple de l'approche sur mesure d'Equans en matière d'intégration des gaz de process, de la planification à la maintenance.
Le rôle de l'hydrogène dans les stratégies de décarbonation
L'importance des projets d'hydrogène décarboné va au-delà de leur contribution individuelle à la réduction des émissions de CO₂. Ils représentent une évolution plus large vers l'intégration de l'hydrogène vert dans des stratégies de décarbonation plus vastes dans diverses industries. Le projet Net Zero North West d'Equans au Royaume-Uni, par exemple, vise à faire du Nord-Ouest le premier pôle industriel à zéro carbone d'ici 2040 et souligne le rôle central de l'hydrogène dans la réalisation de cet objectif ambitieux. Notre développement d'une usine de production d'hydrogène dans le port de Den Helder, aux Pays-Bas, qui doit être utilisée à la fois pour le transport maritime et routier en la reliant à une station de ravitaillement, illustre également le potentiel de l'hydrogène à révolutionner les réseaux énergétiques et les solutions de mobilité.
L'approche stratégique d'Equans en matière d'hydrogène
Equans vise à réaliser une percée sur le marché de l'hydrogène en promouvant la coopération transfrontalière et une stratégie modulaire pour l'évolutivité. La préférence de l'entreprise pour les petits projets dans la phase initiale permet une mise en œuvre plus rapide, un contact direct avec les utilisateurs finaux et une expérience d'apprentissage complète, ce qui est essentiel pour passer à des projets de plus grande envergure.
L'expertise globale d'Equans dans les projets d'hydrogène décarboné
Au fur et à mesure que les projets augmentent en capacité (plus de 10MW, avec plusieurs allant de 15 à 100 MW), l'importance d'engager un partenaire EPC (Ingénierie, Approvisionnement et Construction) avec des connaissances spécialisées dans la haute tension, la haute pression et la sécurité des processus devient de plus en plus critique pour gérer l'équilibre de l'usine de manière efficace.
Conception et ingénierie
Equans offre une gamme complète de services d'ingénierie et de gestion de projet adaptés aux projets relatifs à l'hydrogène et aux carburants électroniques. Ces services comprennent des études de concept et de faisabilité, des études de conception préliminaires et détaillées (pre-FEED et FEED), des analyses de risques industriels et un soutien pour les procédures administratives et d'autorisation. Cette approche approfondie garantit que les projets démarrent non seulement sur des bases solides, mais qu'ils respectent également les normes de sécurité et environnementales les plus strictes.
Réalisation et intégration de l'EPC pour un avenir plus vert
L'expertise d'Equans s'étend à la réalisation des projets d'hydrogène, en gérant les détails complexes du risque industriel et en garantissant une intégration transparente dans les processus existants. Notre expertise englobe la gestion de la logistique de l'hydrogène, l'optimisation de la consommation et l'amélioration de la durabilité globale des usines d'hydrogène, ce qui permet d'améliorer l'empreinte carbone et de réduire la pollution sonore. Les principaux domaines d'expertise comprennent l'automatisation du comptage de l'électricité, la tuyauterie, la purification, la compression, le stockage, la distribution, la régulation et l'intégration des processus, avec l'appui d'ordinateurs industriels et d'outils numériques.
Maintenance et excellence opérationnelle
La maintenance des usines d'hydrogène est cruciale pour leur performance et leur fiabilité à long terme. Equans propose aux exploitants et aux fabricants d'équipements des services de maintenance complets qui garantissent une performance optimale de l'équipement à quatre niveaux de maintenance. Cet engagement en faveur de l'excellence opérationnelle sous-tend la fiabilité et la sécurité des solutions basées sur l'hydrogène.
Apprendre à partir de projets réels dans le domaine des solutions énergétiques à faible teneur en carbone
Equans ne se contente pas de plaider en faveur d'un avenir alimenté par l'hydrogène, mais contribue activement à faire de l'économie de l'hydrogène une réalité. Nos projets vont de petites solutions conteneurisées à des projets plus importants de plus de 10 MW. Le partenariat de la société avec Bouygues Energies & Services a débouché sur plusieurs projets novateurs, tels que:
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La mise en service d'une installation industrielle à Saillat-sur-Vienne, en France, pour des essais de turbines à gaz avec des mélanges d'hydrogène et de gaz naturel.
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Le développement d'une unité de production d'hydrogène de 1 à 2 MW dans le cadre du consortium Alp'hyne Mont Blanc en France.
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La construction d'une unité de production d'hydrogène de 5 MW à Pfeffenhausen, en Allemagne.
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L'exploitation du craqueur d'ammoniac à Tyseley (Royaume-Uni), qui permet de transporter l'hydrogène sur de longues distances.
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Le développement d'une usine de production d'hydrogène dans le port de Den Helder aux Pays-Bas, qui est en cours d'achèvement.
Applications et réalisations innovantes
Equans a joué un rôle déterminant dans le développement de plusieurs projets clés tels que Hydrospider et Hyflexpower. Dans ces projets, la société contribue aux aspects techniques et mécaniques du développement d'une turbine à hydrogène pour une usine de production de papier recyclé, le premier démonstrateur industriel au monde de production d'énergie à partir de H2 et une vitrine de nos capacités en matière de systèmes de tuyauterie à moyenne et haute pression. Dans le domaine de la mobilité par l'hydrogène, nous participons à des projets tels que Alp'hyne, H2Bycol et Hympulsion, qui prévoient la construction de stations de ravitaillement en hydrogène dotées de systèmes de sécurité et de surveillance.
Pionnier du Power-to-H2-to-Power
Le projet HYFLEXPOWER à Saillat-sur-Vienne, en France, est un exemple des mesures innovantes prises pour intégrer l'hydrogène dans le bouquet énergétique. Le projet, mené par deux de nos filiales AXIMA et ERAS, consiste à tester une turbine de production combinée de chaleur et d'électricité alimentée par de l'hydrogène décarboné, avec l'objectif ambitieux d'atteindre un mix énergétique 100 % hydrogène d'ici 2023. Les aspects clés du projet HYFLEXPOWER comprennent la prise en compte des aspects liés à la sécurité, à l'environnement et aux performances, la fourniture d'un compromis technique et économique par le biais de deux campagnes de démonstration dans des installations pilotes et un investissement de plus d'un million d'euros.
Unité autonome d'électrohydrogène et stockage optimisé de l'électricité renouvelable
L'initiative HYVISION d'Equans, qui comprend une plateforme connectée intelligente, est un exemple d'innovation d'électrolyseurs conteneurisés et de stations de compression et de distribution qui remplacent les générateurs diesel pour réduire les émissions de CO₂ et les nuisances sonores sur les chantiers de construction, lors d'événements culturels ou sportifs, dans la mobilité et dans les zones isolées qui ne sont pas connectées au réseau électrique. Cette solution de bout en bout assure la production, le stockage et la distribution des énergies renouvelables, optimise la consommation et le stockage des énergies renouvelables intermittentes, anticipe les interruptions d'approvisionnement et détecte les fuites grâce au suivi des données en temps réel.
Défis à venir : Alimenter la demande
La production chimique, la sidérurgie et la fabrication de ciment sont responsables de près d'un dixième des émissions mondiales de dioxyde de carbone. Les hauts fourneaux, les trains de marchandises, les cargos et les gigantesques camions utilisés dans l'exploitation minière utilisent des combustibles lourds tels que le charbon et le pétrole. Dans le jargon technique, les émissions provenant de l'industrie lourde tentaculaire et des transports lourds sont "difficiles à éliminer".
Même lorsque ces industries seront électrifiées, elles exerceront une pression énorme sur les réseaux. En raison de sa polyvalence et de sa capacité à équilibrer le réseau, l'hydrogène vert pourrait contribuer à décarboner ces industries difficiles à abandonner, de la production d'acier au transport de marchandises lourdes. Cela signifie que l'hydrogène à faible teneur en carbone ou sans carbone devra remplacer les quelque 95 millions de tonnes par an déjà consommées pour l'exploitation minière, le raffinage, la production d'engrais et de produits chimiques, qui proviennent déjà de combustibles fossiles noirs, gris ou bruns.
En 2024, le marché de l'hydrogène devrait s'accélérer à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 10,2 %[1], les gouvernements apportant un soutien accru et les investisseurs et développeurs s'engageant à faire avancer les projets. Toutefois, des mesures de soutien plus solides du côté de la demande doivent être introduites pour faciliter l'achat d'hydrogène propre produit dans le cadre de ces projets et permettre la transition vers l'hydrogène pour les utilisateurs existants. Maintenant que nous commençons à voir un soutien substantiel à la production, il est important d'accorder à la demande le même niveau d'attention et un soutien différencié.
Façonner ensemble l'avenir de l'hydrogène vert
Les experts prévoient que l'hydrogène à faible teneur en carbone ou sans carbone dominera le bouquet énergétique mondial avec une part comprise entre 50 et 65 %[2], à mesure que le coût des énergies renouvelables et des électrolyseurs diminuera et que la production deviendra plus compétitive. Cette prévision, associée au développement continu de projets innovants et de mesures politiques de soutien, fait de l'hydrogène vert un acteur clé de la transition énergétique. L'attitude proactive d'Equans, qui va de la participation à des projets pionniers à des partenariats pour des projets collaboratifs à grande échelle, reflète la mission que nous nous sommes fixée depuis dix ans, à savoir façonner l'avenir de l'énergie avec l'hydrogène vert en son centre.
Mais il faudra plus que des coûts compétitifs pour persuader les utilisateurs existants de passer à l'hydrogène propre. Les poids lourds de l'industrie auront besoin d'une production plus sûre, dans les quantités dont ils ont besoin, livrée à un rythme régulier et ininterrompu, en fonction de leurs applications spécifiques. Equans s'engage à poursuivre sa croissance en tant que partenaire mondial dans la conception, la construction et la maintenance de projets d'hydrogène, en s'appuyant sur son expertise spécifique en matière d'ingénierie H2. En outre, en élargissant son réseau de partenaires internationaux, Equans vise à activer la transition vers l'économie décarbonée de l'hydrogène, en développant des infrastructures - des pipelines au stockage et au transport - pour distribuer en toute sécurité de l'hydrogène propre du point de production au point d'utilisation.
Conclusion
La voie vers un avenir durable et à faible teneur en carbone, bien que complexe, a été récemment éclairée par les progrès réalisés dans la production d'hydrogène vert et son application dans divers secteurs. L'engagement d'Equans en faveur de l'intégration de l'hydrogène vert, étayé par des services complets et des projets pionniers, ainsi que par des partenariats stratégiques visant à stimuler la demande, souligne le potentiel de ce vecteur énergétique pour atteindre les objectifs climatiques des Nations unies et promouvoir un paysage énergétique plus propre, plus sûr, plus efficace et plus durable. Une transition énergétique verte vers l'hydrogène n'est pas seulement possible, elle est réalisable.
[1] https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/hydrogen-generation-market-494.html#:~:text=[293 Pages Rapport] Le global,10,2% de 23 à 28.
[2] https://www.mckinsey.com/industries/oil-and-gas/our-insights/global-energy-perspective-2023-hydrogen-outlook