Utiliser l’electricite pour faire des choses qui se font actuellement avec des combustibles fossiles signifie en generer davantage. Si toutes les voitures americaines etaient des vehicules electriques et que les Americains roulaient aussi loin qu’ils roulent aujourd’hui, la consommation electrique du pays augmenterait de 28 %.
Si seulement deux des plus grands sites industriels allemands – le complexe de Ludwigshafen dirige par basf, un geant de la chimie, et l’usine de Duisburg dirigee par ThyssenKrupp, un geant de l’acier – devaient fonctionner a l’electricite et non aux hydrocarbures, la consommation d’electricite du pays augmenterait de 15 % d’un coup, dit Klaus Schmitz d’Arthur D. Little, un cabinet de conseil.
C’est une perspective decourageante pour les pays en developpement qui n’ont pas la capacite de repondre a la demande actuelle. C’est moins inquietant pour des pays comme l’Amerique, l’Allemagne et le Japon ou les nouvelles capacites sont abordables et les reseaux deviennent plus sophistiques. Mais cela reste un enorme defi. Et il reste encore des decisions difficiles a prendre sur ce qui est electrifie directement et ce qui est electrifie indirectement avec de l’hydrogene vert.
Le cout de la production d’hydrogene a partir d’energies renouvelables est eleve. Mais c’est aussi plongeant. La baisse du cout de l’energie renouvelable elle-meme est amplifiee par les ameliorations des technologies de fabrication de l’hydrogene, notamment les electrolyseurs dans lesquels les molecules d’eau sont dechirees pour produire de l’hydrogene et de l’oxygene. Les electrolyseurs sont murs a la fois pour l’innovation et pour les economies d’echelle. Ils pourraient bien etre la prochaine technologie a abattre une courbe de cout precipitee comme l’ont fait les cellules et les batteries solaires. Emma Champion de Bloombergnef, une societe de recherche, predit que d’ici la fin de cette decennie, l’hydrogene vert sera competitif par rapport aux couts de l’hydrogene provenant de combustibles fossiles, meme s’il est fabrique sans ccs.
Et ca va continuer. Vinod Khosla, un capital-risqueur qui s’interesse depuis longtemps au changement climatique, s’attend a ce que les energies renouvelables bon marche produisant de l’hydrogene bon marche conduisent a un marche en plein essor pour ce produit. « Si cette voie commence a fonctionner, nos besoins en electricite augmenteront de centaines de pour cent par rapport a nos previsions actuelles pour 2040, rendant l’energie solaire encore moins chere », predit-il.
Cet hydrogene ne remplacera cependant pas le gaz naturel dans toutes les applications. Dans les turbines a haute temperature, cela a du sens. Dans les chaudieres domestiques, ce n’est generalement pas le cas. Passer d’une chaudiere au gaz naturel a une chaudiere a hydrogene peut sembler agreable et susceptible d’etre peu perturbateur. Mais utiliser de l’electricite pour faire bruler de l’hydrogene dans une chaudiere est beaucoup moins efficace que de l’utiliser pour faire fonctionner une pompe a chaleur.
Les pompes a chaleur electriques sont, en effet, des climatiseurs qui fonctionnent a l’envers. L’energie qu’ils utilisent ne chauffe pas directement les choses. Au lieu de cela, il deplace la chaleur d’un endroit a un autre, et deplacer la chaleur peut etre plus efficace que de la produire. Une pompe a chaleur qui chauffe une maison en utilisant la chaleur du sol en dessous peut produire 400w de chauffage pour chaque 100w d’electricite consommee. Renover les maisons avec des pompes a chaleur peut etre couteux et peu pratique, et la main-d’ouvre necessaire pour le faire a grande echelle n’existe pas. Mais cela semble toujours plus sense que de bruler de l’hydrogene, un processus qui libere toujours moins d’energie que la fabrication de l’hydrogene necessaire en premier lieu. Pour les espaces de vie, les espaces de travail et les processus industriels necessitant une chaleur « basse », c’est-a-dire des temperatures inferieures a celle de l’eau bouillante, les pompes a chaleur semblent etre la voie a suivre.
C’est un defi de taille. Dans un scenario visant a limiter le rechauffement a 1,5°C au-dessus du niveau preindustriel produit par l’irena, organisme de l’onu dedie aux energies renouvelables, le nombre de pompes a chaleur industrielles devra passer de moins d’1m en 2019 a 35m en 2030 et 80m en 2050. Dans les batiments, il prevoit une croissance de 53m en 2019 a 142m en 2030 et 290m en 2050.
Pour la chaleur de haute qualite, au-dessus de 500°C, l’hydrogene a probablement l’avantage. Et il aura aussi d’autres niches. L’une des raisons pour lesquelles les industries chimiques et siderurgiques sont enfermees dans les combustibles fossiles est qu’elles utilisent leur chimie – la facon dont le carbone et l’hydrogene a l’interieur reagissent avec les choses – ainsi que l’energie qui y est stockee. Fabriquer du fer a partir de minerai de fer, puis de l’acier a partir de fer, necessite de la chimie ainsi que de la chaleur, et l’industrie siderurgique s’est developpee en s’appuyant sur les combustibles fossiles pour les deux.
Dans une usine de Toledo, Ohio, Cleveland-Cliffs, le plus grand fournisseur de l’industrie automobile americaine, utilise du gaz naturel pour eliminer l’oxygene du minerai de fer, produisant des briquettes de fer a reduction directe (dri). L’hydrogene peut faire a peu pres le meme travail. Lourenco Goncalves, le patron de l’entreprise, affirme que remplacer 30 % du gaz naturel par de l’hydrogene serait facile si l’usine disposait d’une source d’hydrogene fiable, et 70 % pourraient etre atteints avec des modifications limitees, reduisant les emissions de plus d’un million de tonnes par an. Aller uniquement a l’hydrogene serait plus difficile, mais de telles centrales sont tout a fait possibles.
Le dri fabrique a Tolede entre toujours dans les hauts fourneaux a charbon. Mais il pourrait etre mis dans des fours a arc electrique (eafs) qui font fondre le fer avec de l’electricite. L’ajout d’un peu de carbone pour transformer le fer en acier est encore necessaire ; la chaleur produite par les combustibles fossiles ne l’est pas. Dans le scenario d’emissions nettes nulles publie par l’iea en mai, environ les deux tiers de la production d’acier primaire dans les principaux pays industrialises utilisaient la route de l’hydrogene dri-eaf d’ici 2050. de l’acier dans une grande usine aux Pays-Bas.
Pour avoir une idee de l’approche multiforme et integree des infrastructures energetiques que l’action climatique rend necessaire et que la technologie rend possible, revenez a Berlin. Reuter West, l’un des plus grands producteurs du reseau 50Hertz, est une grande centrale au charbon exploitee par Vattenfall, une entreprise suedoise. D’ici 2030, l’entreprise espere le faire fonctionner au gaz naturel et etre pret pour l’hydrogene. Le systeme de chauffage urbain qui depend de l’eau chaude de l’usine sera complete par des pompes a chaleur. L’eau chaude sera egalement utilisee pour le stockage de l’energie, sous la forme d’une fiole a vide geante pouvant contenir 56 000 tonnes d’eau a quelques degres en dessous de l’ebullition.
Comme toutes les voies avancees dans ce rapport, le projet est contraint par l’histoire de ce qui l’a precede. Il combine une imagination technique informee, peut-etre idealiste, avec le conservatisme fulgurant d’une bonne ingenierie. Cela depend de l’integration des technologies anciennes et nouvelles pour controler d’immenses flux de puissance. Et c’est un travail en cours. Si vous voulez une mascotte pour la transition energetique, vous pourriez faire bien pire.
