Les véhicules à pile à hydrogène ont déjà été commercialisés par des sociétés telles que Hyundai, Honda et Toyota, ainsi que par plusieurs autres sociétés chinoises. Mais le transport est loin d'être la seule direction de l'énergie hydrogène.
Au fil des nouvelles très médiatisées de ces dernières années sur les «tuiles solaires» miniatures, sur les énormes éoliennes offshore, sur le stockage souterrain de CO2, sur les dispositifs de stockage Tesla et autres délices de l'Energiewende (transition énergétique), ce n'est pas encore très lisible, mais le grondement lointain d'un nouvel orage de tous les fournisseurs de pétrole traditionnels se fait déjà entendre. électricité et gaz. Cet orage peut passer au loin, ou il peut détruire toute l'activité traditionnelle des géants de l'énergie et, en même temps, les économies des pays exportateurs d'hydrocarbures, ou il peut devenir une pluie vivifiante, favorisant l'émergence de la nouvelle économie.
Cette nouvelle attaque n'est que l'élément le plus courant de l'univers. Hydrogène. Quelques prévisions autour de cet élément dans trente ans il y aura une industrie avec un chiffre d'affaires annuel de deux mille et demi mille milliards de dollars et trente millions d'emplois, qui sera en mesure de déplacer près de 20% des énergies fossiles de l'économie mondiale.
Essayons de comprendre quelles sont les chances de ces scénarios.
D'où est-ce qu'il venait?
Depuis que Lavoisier a nommé l'hydrogène il y a deux cent trente-cinq ans, il a su occuper une place de choix dans l'industrie. L'hydrogène est utilisé pour produire du méthanol, de l'ammoniac et de la margarine comestible, et l'huile est traitée avec. Il est impossible de «prélever de l'hydrogène dans la nature» sous sa forme pure, il faut donc traiter d'autres substances - la principale méthode de production reste le reformage à la vapeur des hydrocarbures. Le monde produit environ soixante-cinq millions de tonnes d'hydrogène en un an seulement (si l'on compare: le gaz naturel est produit près de quarante fois plus).
Nous avons attiré l'attention sur les propriétés particulières de l'hydrogène en tant que carburant au milieu du siècle dernier - sa chaleur de combustion est plusieurs fois supérieure à celle de l'essence, du gaz naturel ou du carburant diesel de même masse, et aucune émission n'est générée, seulement de la vapeur d'eau. Aux États-Unis en 1970, il y avait des publications sur la façon de transférer le transport vers l'hydrogène, en même temps que le terme «économie de l'hydrogène» devenait populaire - c'est une sorte d'image du futur, dans laquelle les villes américaines s'éloignent complètement de l '«économie des hydrocarbures», l'hydrogène est utilisé comme carburant pour les maisons, les voitures, les centrales électriques et l'énergie sont stockées avec de l'hydrogène et produites avec le vent et le soleil si nécessaire. En d'autres termes, l'économie de l'hydrogène est basée sur l'hydrogène en tant que vecteur d'énergie le plus respectueux de l'environnement et le plus polyvalent qui relie la puissance thermique,le secteur de l’électricité et des transports. Bientôt, la crise pétrolière est arrivée et le développement du transport de l'hydrogène a pris une plus grande importance. Ainsi, par exemple, en URSS, dans les années 1980, sont apparus des minibus RAF «à hydrogène», un avion basé sur le Tu-154 et un moteur-fusée à hydrogène pour «Energia». Le sort de ce projet n'est pas enviable - par exemple, il a fallu au moins un tiers du volume utile de l'habitacle pour être alloué aux réservoirs de carburant de l'avion, ce qui a grandement affecté le coût du transport. Dans l'avion, au moins un tiers du volume utile de l'habitacle a dû être alloué aux réservoirs de carburant, ce qui a grandement affecté le coût du transport. Dans l'avion, au moins un tiers du volume utile de l'habitacle a dû être alloué aux réservoirs de carburant, ce qui a grandement affecté le coût du transport.
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Pourquoi cela n'a-t-il pas encore fonctionné?
Il n'y a pas eu de transition mondiale du transport vers l'hydrogène au XXe siècle - le coût d'un kilomètre parcouru à l'hydrogène était beaucoup plus élevé qu'avec le carburant conventionnel. La raison principale est le coût élevé: la production d'hydrogène à partir d'hydrocarbures (vaporeformage) ou d'eau (électrolyse) nécessite beaucoup d'énergie. De plus, le reformage à la vapeur des hydrocarbures s'accompagne de la libération d'un gaz à effet de serre - le CO2, pour lutter contre lequel, entre autres, l'idée de transférer le transport vers l'hydrogène était dirigée. La production d'hydrogène par électrolyse (la décomposition de l'eau en oxygène et en hydrogène à l'aide d'électricité) s'est avérée encore plus coûteuse que le reformage à la vapeur, et pour produire l'électricité nécessaire, il était nécessaire de brûler du carburant avec toutes les émissions. Tout cela réduisit un peu l'intérêt initial,et l'économie de l'hydrogène dans son ensemble, jusqu'à la toute fin du XXe siècle, n'est restée que «l'image de l'avenir».
Qu'est ce qui a changé?
La «transition énergétique» dans l'industrie mondiale de l'énergie électrique a conduit au développement rapide des énergies renouvelables dans les années 2000-2010, principalement l'énergie solaire et éolienne. Le coût de ces technologies est en baisse constante (la valeur actuelle de l'électricité issue de la production solaire et éolienne aux États-Unis, selon Lazard, a diminué de 70 à 80% en 2009-2016). Le marché se développe rapidement (en 2016, selon l'IRENA, 71 GW de centrales solaires photovoltaïques et 51 GW de centrales éoliennes ont été mis en service dans le monde, et en 2017, 90 et 40 GW, respectivement, devraient être confirmés) - donc, Au cours des deux dernières années seulement, plus de capacités de production éolienne et solaire ont été mises en service dans le monde que la capacité totale de toutes les centrales électriques du système énergétique unifié de Russie.
Les investissements annuels dans le secteur s'élèvent à plus de 250 milliards de dollars, soit le double des investissements dans la production de combustibles fossiles. Les records de prix de l'énergie solaire au Mexique, à Dubaï, au Pérou, à Abu Dhabi, au Chili, en Arabie saoudite, l'énergie éolienne au Brésil, au Canada, en Allemagne, en Inde, au Mexique et au Maroc ont atteint le niveau d'environ 1,7 roubles par kWh (en comparant: les habitants de Moscou et de la région paient deux à trois fois plus pour l'électricité dans leurs maisons).
Comme le prédit l'Agence internationale de l'énergie, d'ici 2040, la part de la production d'électricité à partir de centrales solaires et éoliennes dans le monde passera de 13% à 34% (en 2016 - 5%). Il est clair que la part de ces sources dans certaines régions sera encore plus importante.
Ainsi, l'industrie de l'énergie électrique se tourne de plus en plus vers des sources de production qui sont stochastiques et dépendent de l'heure de la journée et des conditions climatiques. L'impact des fluctuations de la production dans les centrales éoliennes et solaires (lorsque le soleil cesse soudainement de briller et que le vent souffle) sur le système électrique, si leur part dans la région est élevée, est comparable à l'allumage / extinction chaotique d'une grande cogénération - plusieurs fois par jour. De plus, parfois, ces stations génèrent beaucoup plus que tous les consommateurs du réseau électrique ont besoin, et alors le coût de l'électricité s'avère être «négatif» - de telles nouvelles viennent régulièrement d'Allemagne, par exemple.
Nous avons appris à faire face à de telles fluctuations en créant des dispositifs de stockage d'énergie qui «se chargent» pendant les périodes d'excès d'énergie et «se déchargent» pendant les périodes de carence énergétique. Si au XXe siècle le rôle de tels dispositifs de stockage n'était joué que par les stations de stockage par pompage, aujourd'hui des dispositifs de stockage électrochimique se développent activement, dont les plus célèbres sont les projets «frais» de Tesla en Californie et en Australie. Navigant Research prévoit une augmentation de la mise en service annuelle de la capacité de stockage des sources d'énergie renouvelables d'environ 2 GW en 2018 à 24 GW en 2026 - douze fois en huit ans. Les revenus annuels de ce marché augmenteront proportionnellement à 24 milliards de dollars d'ici 2026.
Le besoin croissant de stockage d'énergie a fait repenser l'hydrogène.
Énergie renouvelable - dans les stations-service
Il était possible de produire de l'hydrogène par électrolyse auparavant, mais il était alors nécessaire d'utiliser l'énergie des centrales thermiques traditionnelles qui brûlent du carburant. Lorsqu'il s'agit d'électricité excédentaire et bon marché provenant de parcs solaires et éoliens, sans émissions de CO2, pourquoi ne pas la convertir en hydrogène, qui peut être utilisé comme carburant propre, par exemple pour les voitures? De plus, cela permettra d'abandonner les hydrocarbures comme matières premières pour la production d'hydrogène. De nombreuses entreprises innovantes en Europe et dans le monde suivent exactement cette voie. La société britannique ITM Power participe au projet Hydrogen Mobility Europe (H2ME), qui vise à lancer un réseau de vingt-neuf stations de remplissage d'hydrogène dans dix pays européens d'ici 2019.qui desservira deux cents voitures à pile à hydrogène et cent vingt-cinq camions hybrides. La société suédoise Nilsson Energy est spécialisée dans les solutions isolées du réseau qui utilisent l'énergie solaire et éolienne pour produire et stocker de l'hydrogène et l'utiliser pour alimenter les voitures et les bâtiments.
Les véhicules à pile à hydrogène ont déjà été commercialisés par Honda, Toyota, Hyundai et un certain nombre d'entreprises chinoises. La vision cible du consortium international Hydrogen Council, fondé à Davos en 2017 par les plus grandes entreprises de l'industrie sous la présidence de Toyota, est de plus de 400 millions de voitures particulières, 15-20 millions de camions, 5 millions de bus fonctionnant à l'hydrogène d'ici 2050 (soit environ 20-25% des total). 78% des dirigeants automobiles mondiaux interrogés par KPMG en 2017 estiment que ces véhicules constitueront une percée dans le secteur des véhicules électriques, éclipsant les voitures à batterie.
Mais le transport est loin d'être la seule direction.
De l'hydrogène dans chaque maison
Piles à combustible fixes (piles à combustible) - une technologie en développement dynamique qui vous permet d'obtenir de l'énergie électrique et thermique à partir d'hydrogène ou de gaz naturel directement dans la zone de la maison ou au sous-sol de la maison. Il n'y a qu'une seule émission lors de l'utilisation d'hydrogène - de l'eau propre qui peut être utilisée pour la climatisation. Les unités modulaires compactes de la taille d'un réfrigérateur sont absolument silencieuses. Selon les prévisions de Navigant Research, la capacité des piles à combustible stationnaires passera de 500 MW en 2018 à 3000 MW en 2025.
De telles installations sont combinées avec des sources d'énergie renouvelables, des électrolyseurs, des unités de stockage d'énergie et vous permettent de créer des sources d'énergie autonomes à part entière pour le ménage. Le coût actuel de l'électricité provenant des piles à combustible au gaz naturel aux États-Unis, selon Lazard (106-167 $ par MWh), est déjà à peu près égal aux indicateurs des centrales nucléaires (112-183 $ par MWh) et au charbon (60-231 $ par MWh). et inférieure à la valeur actuelle des panneaux solaires de toit individuels (187 à 319 dollars par MWh). Au Japon, grâce à des subventions gouvernementales à grande échelle, il y avait déjà plus de 120000 installations de ce type en 2014, et les valeurs cibles sont de plus d'un million d'ici 2020 et de plus de 5 millions d'ici 2030.
Alors que les technologies deviennent moins chères (production de masse, normalisation) et atteignent leur autosuffisance, le gouvernement japonais prévoit de commencer à introduire des piles à hydrogène - on s'attend à ce que cela se produise d'ici 2030. Les piles à combustible sont sans aucun doute le segment prometteur le plus important des technologies d'énergie distribuée, dont le potentiel en Russie, selon une étude récente du Centre de l'énergie de l'école de Skolkovo, est suffisant pour couvrir au moins la moitié des besoins en capacités de production d'ici 2035.
Power-to-Gas
L'hydrogène provenant de sources d'énergie renouvelables peut être mélangé aux réseaux de transport et de distribution de gaz. Une telle station fonctionne à Francfort-sur-le-Main depuis 2014, ajoutant jusqu'à 2% d'hydrogène au réseau local de distribution de gaz (une telle limitation de la teneur en hydrogène permet de ne rien changer du tout ni dans les réseaux ni chez les consommateurs). Il existe plusieurs objets similaires en Allemagne, on les trouve également en Italie, au Danemark, aux Pays-Bas. Parfois, l'hydrogène est mélangé au biogaz, ce qui augmente sa valeur.
Au Royaume-Uni, l'hydrogène est sérieusement considéré comme un moyen de réduire drastiquement les émissions des ménages (85% des ménages du pays utilisent du gaz naturel pour se chauffer). Pour la ville de Leeds, qui compte plus de 780000 habitants, en 2017, une évaluation détaillée du besoin d'investissement a été réalisée pour la conversion complète du système d'approvisionnement en gaz en hydrogène - du remplacement des chaudières chez les consommateurs à la création d'installations souterraines de stockage d'hydrogène et d'unités de reformage à la vapeur. Le montant de l'investissement est estimé à cent soixante milliards de roubles. Ce projet va être étendu à l'ensemble du pays, d'autant plus que les villes britanniques du XIXe siècle et de la première moitié du XXe siècle utilisaient déjà du «gaz de ville» artificiel contenant jusqu'à 50% d'hydrogène. En attendant, les compagnies gazières prévoient d'augmenter progressivement la part d'hydrogène à 20%,éviter la reconstruction à grande échelle des réseaux de gaz et des chaudières chez les consommateurs.
Depuis 2013, des entreprises japonaises discutent avec RusHydro de la possibilité de créer une usine de production d'hydrogène dans l'Extrême-Orient russe en utilisant la technologie power-to-gas pour l'exportation. Les calculs de la partie japonaise reposent principalement sur l'utilisation d'électricité bon marché provenant de centrales hydroélectriques. En vertu d'une entente signée au Forum économique de l'Est à l'automne 2017, Kawasaki Heavy Industries doit mettre à jour l'étude de faisabilité de ce projet. À mesure que les infrastructures en Extrême-Orient se développent et que le coût des technologies d'électrolyse et de logistique de l'hydrogène diminue, l'intérêt pour de tels projets ne fera évidemment que croître. Compte tenu de l'énorme potentiel des énergies renouvelables dans cette région, on peut prévoir ici l'émergence de projets d'exportation prometteurs.
Hydrogène - intégrateur de la chimie des gaz et de l'énergie
Mais le projet le plus impressionnant se trouve maintenant dans le nord des Pays-Bas. Dans cette région, située directement au-dessus du champ gazier de Groningue (à l'origine du «syndrome hollandais»), l'énergie biogaz est en plein essor depuis plusieurs années. Il y a déjà cinq ans, les voitures roulaient dans les rues au gaz naturel - du biométhane produit ici à partir des déchets de l'industrie agricole dans la région d'une superficie de deux Moscou. Il n'est pas étonnant que ce soit ici, avec le soutien de l'Union européenne, que le projet Chemport Europe a été lancé il y a un an, dont l'objectif principal est de créer un cluster chimique gazeux à part entière fonctionnant exclusivement sur les ressources biologiques locales et l'hydrogène avec zéro émission de CO2. La biomasse ligneuse est traitée, les glucides formés dans le processus sont utilisés en chimie. L'électricité des éoliennes offshore est convertie en hydrogène et en oxygène par des électrolyseurs. L'oxygène et l'hydrogène sont utilisés en chimie, et l'oxygène est également impliqué dans la gazéification de la biomasse traitée provenant de champs locaux de plus d'un million d'hectares. La gazéification permet d'obtenir du gaz synthétique - un mélange pur d'hydrogène, de CO2 et de CO. De l'hydrogène pur provenant des éoliennes y est également ajouté. À partir de ce gaz, on obtient de l'acide nitrique, du méthanol, de l'éthylène, du propylène, du butylène - des substances qui peuvent complètement déplacer le pétrole et le gaz naturel de leurs positions stables en tant que matières premières pour l'industrie chimique.qui peuvent complètement déplacer le pétrole et le gaz naturel de leurs positions stables en tant que matières premières pour l'industrie chimique.qui peuvent complètement déplacer le pétrole et le gaz naturel de leurs positions stables en tant que matières premières pour l'industrie chimique.
Les porteurs de projets déclarent leur volonté de rapprocher le coût du gaz synthétique du coût du gaz naturel. Le gaz de synthèse peut être envoyé pour liquéfaction (bio-GNL), ravitaillé par des véhicules et utilisé pour d'autres besoins classiques.
L'investissement initial dans le projet est de 50 millions d'euros, dont 15 millions d'euros proviennent de subventions de l'Union européenne.
Village olympique d'hydrogène
Un village olympique est en cours de construction à Tokyo pour les Jeux olympiques de 2020, qui accueillera jusqu'à 17 000 invités. La principale source d'énergie du village sera l'hydrogène: voitures, stations-service, piles à combustible, chauffage et électricité dans les maisons, gaz dans les cuisinières et les chaudières - tout cela fonctionnera à l'hydrogène.
Tout est-il si sans nuages?
Parmi les sceptiques de l'énergie hydrogène, il y a non seulement des conservateurs, mais, par exemple, Elon Musk (bien que, bien sûr, il ait un conflit d'intérêts: les batteries lithium-ion de Tesla sont un concurrent direct de la technologie power-to-gas). Il indique les dangers de la manipulation de l'hydrogène pendant le stockage: les fuites sont pratiquement impossibles à détecter et il existe une possibilité de formation d'un mélange explosif. Certains résidents de Tokyo ont exprimé des préoccupations similaires. Le temps nous dira s'il est possible de résoudre efficacement et à moindre coût ces problèmes dans le contexte du développement de technologies concurrentes. En attendant, des stations de ravitaillement en hydrogène continuent d'apparaître dans les centres des capitales mondiales.
Les paris ont déjà été placés
Jusqu'à présent, les investissements mondiaux dans l'énergie de l'hydrogène sont estimés à environ 0,85-1,4 milliard d'euros par an, selon diverses estimations. Le consortium Hydrogen Council prévoit d'investir 13 milliards de dollars sur cinq ans dans les réseaux de stations-service et les voitures à hydrogène. Selon le ministère américain de l'Énergie, le secteur des piles à combustible emploie déjà 16 000 citoyens (avec un potentiel de croissance pouvant atteindre 200 000) et le soutien financier du budget du gouvernement américain est d'environ 100 millions de dollars par an depuis de nombreuses années. Plusieurs dizaines d'entreprises, centres de recherche et universités à travers le monde s'emploient à réduire le coût des technologies de l'hydrogène, en particulier, l'objectif est de réduire le coût de production d'hydrogène par électrolyse de 11,5 $ à 5,7 $ le kilogramme,ainsi que la réduction du coût des piles à combustible (trois à cinq fois) et du stockage de l'hydrogène (deux à trois fois). Évidemment, lorsque ces objectifs seront atteints, «l'économie de l'hydrogène» sera beaucoup plus proche de nous qu'on ne l'imagine aujourd'hui.
Comment cela affectera-t-il les marchés mondiaux du pétrole et du gaz? Qu'est-ce que cela signifiera pour l'économie russe? Comment trouver notre place dans le monde de l'économie de l'hydrogène? Toutes ces questions sont des questions auxquelles il faut se préparer dès maintenant.