Nous observons en ce moment de plus en plus d’électricité renouvelables dans le mix énergétique de tous les pays du monde. Grâce à leur coût bas, les renouvelables chassent progressivement les énergies fossiles du marché. Les vieilles centrales à gaz, au charbon et à l’uranium deviennent de moins en mois rentables car elles fonctionnent de moins en moins chaque année.
La progression rapide des énergies renouvelables provoque un problème croissant de synchronisation entre l’offre et la demande. D’autant plus grave que l’offre de stockage à prix abordable est presque nulle.
Dans ce contexte, l’hydrogène peut-il répondre aux besoins colossaux de ce secteur ?
L’hydrogène est-elle une technologie qui va enfin permettre la décentralisation et la démocratisation de l’énergie ?
L’hydrogène pour stocker de l’électricité, comment cela fonctionne ?
Il est possible de produire de l’hydrogène en utilisant de l’eau et de l’électricité. Ensuite il est possible de faire l’opération inverse et de récupérer de l’électricité en transformant l’hydrogène en eau. Cette transformation étant réversible, on peut donc utiliser l’hydrogène pour stocker de l’électricité.
Etape 1 : Produire de l’hydrogène par électrolyse en utilisant de l’électricité
Grace à un électrolyseur, qui utilise beaucoup d’énergie, il est possible de transformer de l’eau en hydrogène. En effet, l’hydrogène appelé également dihydrogène h2 est un vecteur énergétique.
Eau + électricité = Hydrogène + Oxygène
Etape 2 : le stockage de l’hydrogène
L’hydrogène est un gaz qui est difficile à stocker car il est tellement petit et léger qu’il se faufile partout et il nécessite d’importants moyens techniques pour le stocker à température basse et à très haute pression. Le prix de stockage et de transport de l’hydrogène est beaucoup plus élevé que celui du gaz de ville ou du diesel.
Par exemple, pour faire un trajet de 600km en voiture, il faut un réservoir de 40 kg de gasoil, mais il faut un réservoir de 250 kg d’hydrogène (c’est surtout l’enveloppe qui coute cher et pèse très lourd pour maintenir l’hydrogène à 700 Bar, soit la pression qu’on retrouve à 7 000 m sous les mers).
De plus le réservoir à hydrogène perd entre 1% et 5% de son contenu tous les jours, il faut donc éviter de laisser la voiture sans rouler trop longtemps…sinon attention à la panne sèche.
Etape 3 : le déstockage de l’hydrogène pour produire de l’électricité
L’hydrogène (H2) est un gaz qui peut facilement se transformer en eau (H20) en absorbant une molécule d’oxygène et en produisant de l’électricité. Cette opération est réalisée dans une pile à combustible. On dit que que l’hydrogène est décarboné car sa production n’émet pas de dioxyde de carbone (CO2).
Hydrogène + Oxygène = Eau + électricité
Quel est le rendement de la chaine hydrogène ?
Comme le montre cette étude réalisée par l’ADEME, pour générer 100 kWh d’électricité à partir de l’hydrogène, il faut 440 kWh d’électricité,.
Le stockage hydrogène c’est 80% de pertes dans le process de stockage.
En comparaison, quel est le rendement de la chaine batterie ?
Dans une optique de comparaison des rendements énergétiques de la chaîne hydrogène et batterie pour une application véhicule par exemple, on peut s’appuyer sur les éléments suivants : le rendement de charge d’une batterie de véhicule est de l’ordre de 88%, le rendement de décharge étant estimée à 93%. En considérant un onduleur et un transformateur entre la sortie batterie et le moteur électrique, on obtient ainsi le rendement système global : (selon cet article)
Le stockage dans une batterie c’est 26% de pertes dans le process de stockage.
Comment produire de l’hydrogène à des prix raisonnables ?
Il existe deux manières de produire de l’hydrogène.
Soit en utilisant un sous produit de l’industrie pétrolière (99% de la production d’hydrogène actuel)
Soit en réalisant l’hydrolyse de l’eau(H2O) en utilisant de l’électricité (1% e la production d’hydrogène actuel car cela coute très cher) pour séparer les 2 atomes d’hydrogène de l’atome d’Oxygène. Ce type d’hydrogène quand il est produit avec l’aide d’énergie renouvelables est appelé, hydrogène vert. Actuellement l’hydrogène verts est commercialisé à 15 € le kg (par Air liquide, selon cette source). Avec 1kg, une voiture à hydrogène fait environ 100 km, ce qui fait que ce type de voiture, n’est pas encore vraiment rentable.
Dans le contexte de la transition énergétique, et de la décarbonisation de l’économie, il est évident qu’utiliser du pétrole pour faire de l’hydrogène n’a pas d’avenir. La seule solution est donc de trouver un moyen de produire de l’électricité à bas prix pour générer de l’hydrogène par hydrolyse de l’eau.
Baisse des prix en vue pour l’hydrogène vert ?
Il n’y a pas de secrets. Pour réduire le prix de production de l’hydrogène vert, il faut trouver une source d’électricité à très bas prix. De tous les moyens de produire de l’électricité, le solaire est le moyen le plus économique avec des prix record de l’ordre de 3 c€/kWh (alors que produire de l’électricité avec du gaz, du charbon ou de l’uranium coute plus du double). Pour en savoir davantage, nous vous invitons à lire cet article qui fait le point des records.
Les chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont identifié des sites où l’hydrogène pourrait être produit par électrolyse alimenté par des panneaux solaires à des prix allant de 1,60 €/kg à 3,60 €/kg aux États-Unis vers 2030. (voir cet article)
Ces prix que nous allons atteindre dans plus de 10 ans, vont ils permettre de rendre enfin l’hydrogène compétitif ?
En 2030, combien devrait coûter le stockage de 1 kWh dans de l’hydrogène vert ?
Aujourd’hui en 2020 :
1 Kg d’Hydrogène vert coûte en 2020, environ 15 € et contient environ 30 kWh d’électricité. Ce qui fait le prix du stockage dans de l’hydrogène à 50 c€/kWh. Alors que produire ce même kWh électrique avec du solaire coûte 3 c€/kWh en 2020.
En 2030 :
A cette époque, 1kg d’hydrogène va coûter environ 2,6 €/kg à produire (si une baisse rapide du prix est observée). Ce qui fait le prix du stockage dans l’hydrogène à 9 c€/kwh. Vers 2030, le prix du solaire aura lui aussi baissé selon la loi de Swanson, et sera autour de 1c€/kWh…….il va donc il y avoir encore pendant longtemps un prix du stockage hydrogène qui va rester élevé et qui va donc limiter cette technologie à des usages marginaux.
L’hydrogène est-elle une technologie qui va enfin permettre la décentralisation et la démocratisation de l’énergie ?
Comme tout le monde sait, la famille Bush (qui compte 2 présidents des US) est liée au pétrole mais quand Georges Bush parlait d’énergie, il évoquait souvent l’hydrogène, c’était son sujet fétiche. Pour s’en convaincre revenons sur cette déclaration qui a presque 20 ans, retrouvée sur le site de la maison blanche :
“Le 25 juin 2003, les États-Unis et l’Union européenne ont convenu de collaborer pour accélérer le développement de l’économie de l’hydrogène. Le président Bush et le président de la Commission européenne, M. Prodi, ont tous deux fait du développement d’une économie de l’hydrogène une priorité majeure. L’initiative du président Bush sur l’hydrogène, annoncée le 28 janvier 2003, envisage la transformation de la flotte de transport du pays, qui passerait d’une dépendance quasi-totale au pétrole à une utilisation croissante de l’hydrogène à combustion propre”. (vous trouverez le lien vers la page de ma maison blanche, ici)
Cette déclaration qui date de 2003 confirme que derrière les annonces rien ne bouge depuis 2003, un problème politique ou technologique ?
Pourquoi Georges Bush était il aussi intéressé par l’hydrogène ?
Dans ses discours Georges Bush faisait la liste des bénéfices de l’hydrogène avant de conclure : “L’hydrogène c’est fantastique et cela va permettre de rentre enfin l’énergie verte, mais cela va prendre 20 ans, d’ici là, nous n’avons pas le choix et nous allons devoir utiliser les anciennes énergies et le pétrole en particulier”. Ainsi depuis 2003 les USA sont devenu le premier pays producteur de pétrole et le gaz de schiste a ravagé la plupart des nappes phréatiques aux USA. Dans le plan de Georges Bush, hydrogène a parfaitement rempli sa fonction de retardateur.
En 2020, et malgré ses multiples avantages, l’hydrogène n’est-il pas une pilule empoisonnée ?
Dans cette illustration, on comprend parfaitement pourquoi les acteurs de l’ancien monde énergétique (pétrole, charbon et nucléaire) aiment tant l’hydrogène. car avec l’hydrogène, il faut continuer de centraliser les flux.
Quand un particulier ou une entreprise a une voiture électrique, elle a la possibilité de la recharger sur une simple prise de courant avec des panneaux solaires. Mais avec un véhicule à hydrogène, il faut faire appel à l’industrie lourde, un réseau de distribution, des stations services, il n’est pas question de générer l’hydrogène et de le compresser à 700 bars avec un kit solaire d’un particulier.
Donc avec le solaire + batterie lithium ion il est possible de mettre en place un système décentralisé, ce qui n’est pas le cas de l’économie de l’hydrogène.
Dans cette illustration, on comprend parfaitement pourquoi les acteurs de l’ancien monde énergétique (pétrole, charbon et nucléaire) aiment tant l’hydrogène. car avec l’hydrogène, il faut continuer de centraliser les flux.
