Des émissions difficiles à réduire : L'hydrogène vert apporte-t-il la solution ?

Les spécialistes s'accordent à dire qu'il est possible de contribuer de manière significative à l'amélioration du climat en réduisant les émissions de CO2. Seulement, cela ne se traduit pas partout de la même manière dans la pratique. Dans certains secteurs industriels, les émissions sont difficiles à réduire, surtout dans les secteurs qui dépendent en grande quantité des combustibles fossiles, soit pour l'énergie à haute température, soit pour les matières premières chimiques. Il s'agit notamment de l'industrie sidérurgique, de l'industrie du ciment, de l'industrie chimique et de l'industrie des matériaux de construction, qui sont responsables ensemble d'environ 30 % des émissions annuelles de CO2 dans le monde. Le transport lourd produit lui aussi des émissions difficilement réductibles. Les camions ou le transport maritime, par exemple, sont plus difficiles à électrifier que le transport de personnes, car ils nécessitent d'énormes batteries qui augmentent le poids des véhicules et impliquent de longs temps de chargement.

Particulièrement gros émetteur de CO2 : la Chine

De nombreux pays explorent les voies de la décarbonisation. Des pays relativement prospères comme les États-Unis et une grande partie de l'Europe développent des stratégies axées sur la production d'énergie renouvelable et les véhicules électriques. La Chine, quant à elle, est confrontée à des défis très différents en raison de son profil d'émissions de carbone particulier, dû au rôle beaucoup plus important de l'industrie lourde dans son économie. Une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Energy examine comment la Chine - de loin le plus grand producteur de fer, d'acier, de ciment et de matériaux de construction - peut utiliser l'hydrogène propre (hydrogène "vert" ou "bleu") pour décarboniser les secteurs dont les émissions sont difficiles à réduire (les secteurs dits "HTA", en anglais "hard-to-abate sectors") et tenir ses promesses de décarbonisation pour 2030 et 2060. L'hydrogène vert est produit par la décomposition de molécules d'eau - H2O - en utilisant de l'électricité renouvelable, tandis que l'hydrogène bleu est produit de manière conventionnelle à partir de combustibles fossiles, mais en combinaison avec le captage et le stockage du carbone.

Le rôle de l'hydrogène propre

La nouvelle étude du Harvard-China Project on Energy, Economy and Environment, un programme de recherche commun des États-Unis et de la Chine basé à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, est la première à utiliser une approche de modélisation intégrée pour évaluer l'utilisation potentielle de l'hydrogène propre dans le système énergétique et l'économie de la Chine afin d'atteindre l'objectif net zéro pour 2060. "Combler cette lacune dans la recherche contribuera à établir une feuille de route plus claire pour la réduction des émissions de CO2 de la Chine", explique Xi Yang, auteur principal de l'étude et chercheur dans le cadre du projet Harvard-Chine. "Notre objectif avec cette étude était de concevoir un rôle pour l'hydrogène propre dans le secteur énergétique de la Chine, qui pourrait ensuite servir de référence pour d'autres pays en développement ayant de grands secteurs d'industrie lourde et de transport".

L'étude s'est penchée sur trois questions : Quels sont les principaux défis de la décarbonisation des secteurs HTA ? Quel rôle l'hydrogène propre pourrait-il jouer, à la fois comme vecteur d'énergie et comme matière première, dans la lutte contre les émissions difficiles à réduire ? Et une application à grande échelle de l'hydrogène propre dans les secteurs HTA serait-elle rentable par rapport à d'autres options ?

Modèles contre les émissions difficilement réductibles

Afin d'analyser le rapport coût-efficacité et le rôle de l'hydrogène propre dans l'ensemble de l'économie chinoise - en mettant l'accent sur les secteurs HTA peu étudiés - l'équipe a développé un modèle de système énergétique intégré qui comprend l'offre et la demande dans tous les secteurs. Les résultats montrent qu'une utilisation généralisée de l'hydrogène propre dans les secteurs HTA peut aider la Chine à atteindre la neutralité carbone de manière rentable, par rapport à un scénario sans production ni utilisation d'hydrogène propre. L'hydrogène propre peut permettre d'économiser des coûts d'investissement de 1,72 billion de dollars et d'éviter une perte de 0,13 % du PIB total (2020-2060) par rapport à une trajectoire sans hydrogène.

Les chercheurs ont également étudié quel type d'hydrogène propre - vert ou bleu - serait le plus rentable. Leur étude montre que le coût moyen de l'hydrogène vert en Chine pourrait être réduit à 2 $/kg d'hydrogène d'ici 2037 et à 1,2 $/kg d'ici 2050, ce qui le rendrait beaucoup plus rentable que l'hydrogène bleu (1,9 $/kg). "La Chine dispose de riches ressources inexploitées en énergie solaire et éolienne, tant sur terre qu'en mer", explique Chris P. Nielsen, co-auteur de l'étude et directeur général du projet Harvard-Chine. "Ces ressources confèrent à la Chine des avantages dans le développement de l'hydrogène vert pour une utilisation dans les secteurs de l'industrie et des transports.

Plusieurs mouches d'un coup

Et si la lutte contre les émissions difficilement réductibles est cruciale pour la protection du climat, la décarbonisation des secteurs HTA pourrait avoir d'autres avantages. De nouveaux marchés pour l'hydrogène vert pourraient également soutenir la transition du système énergétique vers des sources d'énergie renouvelables. Nielsen explique que la production d'hydrogène vert constituerait une forme relativement flexible de demande d'électricité, qui ne doit pas être satisfaite immédiatement comme la plupart des charges électriques. Au lieu de cela, elle peut souvent être planifiée, du moins sur de courtes périodes. Une telle flexibilité de la demande est précieuse pour les gestionnaires de réseau, car elle les aide à tenir compte des fluctuations inhérentes aux sources d'énergie renouvelables, qui sont influencées par les conditions météorologiques changeantes. Cela permettrait de faire d'une pierre deux coups.

Source : https://techxplore.com/