Innovation: bientôt de l’hydrogène vert à bas coût grâce à l’électrolyse capillaire

La société australienne Hysata développe depuis peu un électrolyseur qui se démarque par son rendement.

Sur la base des recherches de l’université australienne de Wollongong, la société australienne Hysata développe un électrolyseur qui se distingue par son rendement qu’elle situe entre 95% à 98%. En comparaison, les électrolyses alcalines et PEM (Proton Exchange Membrane), entre autres, à partir desquelles on produit de l’hydrogène aujourd’hui ont un rendement compris entre 50% et 75%. Cette hausse de rendement permettrait ainsi d’abaisser les coûts de production de l’hydrogène vert et de les porter à 1,35 USD le kilogramme à l’horizon 2025. Bref rappel de contexte : pour lutter contre les émissions de gaz à effet de serre et les changements climatiques qu’ils provoquent, l’une des pistes majeures retenues est la transition énergétique, c’est-à-dire le passage d’une consommation abondante des énergies finales produites à partir des énergies fossiles, à une consommation massive des énergies finales produites à partir des énergies décarbonées et renouvelables, comme l’énergie du soleil et l’énergie du vent, entre autres. Or ces dernières ont un inconvénient majeur : leur fluctuation et leur intermittence. Elles ne sont donc pas toujours disponibles au moment où (la nuit par exemple) et là où on en a le plus besoin. Et parfois, elles produisent plus d’électricité qu’on en a besoin ou alors plus que ce que les réseaux électriques peuvent absorber.

Il faut donc développer des technologies qui permettent de stocker l’électricité produite à partir d’elles, ou de la convertir en des formes stockables et transportables. L’électrolyse permet de transformer l’électricité produite à partir des énergies décarbonées et renouvelables en hydrogène (gaz) qui est alors dit vert, lequel peut ensuite être transporté et/ou transformé de nouveau en électricité quand et là où on en besoin, ou tout simplement injecté dans le réseau électrique lorsque cela est nécessaire.

Importants apports

Dans chaque étape du processus (de l’électricité vers le gaz et du gaz vers l’électricité), il y a des pertes d’énergie (traduite par les taux de rendement), notamment lors de l’électrolyse. Les technologies actuelles ont, on l’a vu, des taux de rendements compris entre 50% et 75%. Conséquence : il leur faut des apports importants en énergie primaire.

Selon la société australienne Hysata, avec les meilleurs électrolyseurs PEM dotés d’une efficacité énergétique de 75%, il faut en moyenne 52,5 kWh d’électricité pour obtenir 1 kg d’hydrogène vert. A l’année, il faudrait une capacité de 14 Gigawatts (GW) en énergies renouvelables pour obtenir un million de tonnes d’hydrogène vert.

Pour mener à bien la transition énergétique, l’Agence Internationale pour les Energies Renouvelables (plus connue sous son acronyme anglais IRENA), a fixé un objectif de rendement des électrolyseurs à 42kWh d’électricité pour la production de 1 kg d’hydrogène vert à l’horizon 2050.

Or avec un électrolyseur capillaire à efficacité énergétique de 95% (la borne inférieure du rendement de cette technologie), il faudrait 41,5 kWh pour produire 1 kg d’hydrogène vert (à un rendement de 98%, cette consommation peut descendre jusqu’à 40,4 kWh par kilogramme d’hydrogène vert produit). A l’année, le million de tonnes d’hydrogène vert nécessiterait un apport en énergies renouvelables de 11 GW. Ce qui abaisserait donc significativement le coût de production de l’hydrogène vert, si tous les autres paramètres sont par ailleurs stabilisés. Calculette en main, Hysata révèle que sa solution permettrait de réaliser des économies de 3 milliards USD pour la production d’un million de tonnes d’hydrogène vert, en prenant pour référence le coût moyen d’investissement des énergies renouvelables à 1000 USD le kilowatt installé. Si la solution de Hysata parvient à atteindre le stade de la production industrielle et de la commercialisation (la start-up espère y parvenir en 2025), elle redessinerait la carte géopolitique des énergies.

Forte concentration énergétique massique

Pour comprendre la portée de ce développement qui pourrait constituer une étape décisive dans le monde des énergies, quelques repères : face aux tensions désormais tendancielles sur les marchés mondiaux des énergies fossiles, les dirigeants publics et privés se tournent de plus en plus vers des alternatives crédibles. L’hydrogène, qui est davantage un vecteur d’énergie qu’une énergie, fait partie de ces alternatives sérieuses, en raison notamment de ses propriétés physiques. L’hydrogène possède en effet, une forte concentration énergétique massique, c’est-à-dire qu’il renferme beaucoup d’énergie par unité de masse et de volume. Par exemple, un kilogramme d’hydrogène contient trois fois plus d’énergie qu’un kilogramme d’essence, et plus de deux fois plus d’énergie qu’un kilogramme de gaz.

Sauf que comme gaz, l’hydrogène est très peu dense. Il doit donc être comprimé ou liquéfié, ce qui nécessite un apport supplémentaire en énergie et accroît ses coûts de développement. Mais au final, son exploitation industrielle reste économiquement compétitive.

Selon Planète Energie, 80% de l’hydrogène produit aujourd’hui est utilisé dans la fabrication de l’ammoniac, indispensable à l’industrie des engrais et au raffinage des produits pétroliers. Son utilisation comme vecteur d’énergie qui ne représente que 1% des usages, est circonscrit au domaine spatial et notamment à la propulsion des satellites et des fusées. Or face aux besoins de plus en plus importants en matière d’énergies, et face aux tensions géopolitiques de plus en plus récurrentes et vives pour le contrôle des énergies fossiles, la demande en hydrogène va significativement croître. Dans une note d’analyse de février dernier, le Cabinet Enerdata assure que la production annuelle mondiale d’hydrogène actuelle est de 90 millions de tonnes. Et tous les spécialistes sérieux annoncent une production et un commerce de l’hydrogène en constante progression au cours des années à venir.

Sauf que l’hydrogène est produit aujourd’hui, pour des raisons économiques, en moyenne à 95% à partir des énergies fossiles. La production à partir des énergies renouvelables engendre encore, par exemple, en moyenne quatre fois plus de dépenses que la génération à partir du gaz.

Les impératifs de la transition énergétique obligent cependant à un basculement de la production d’hydrogène principalement à partir des énergies renouvelables. Selon l’IRENA, le scénario de maintien des températures sous la barre des 1,5° C par rapport aux niveaux préindustriels oblige de porter la part de l’hydrogène «propre» dans la consommation finale d’énergie à 12% en 2050, avec la moitié de cet «hydrogène propre» produit à partir des énergies renouvelables.

Pour y parvenir, il faudra résoudre la question de la viabilité économique. Et la solution que développe actuellement Hysata est donc un bon pas dans la bonne direction.