L’hydrogène électrique jouera un rôle essentiel dans la décarbonisation de l’Europe, mais les décideurs politiques ne devraient l’utiliser que dans les secteurs où l’électrification directe est une option peu probable, selon une nouvelle étude scientifique évaluée par des pairs et réalisée par l’Institut allemand de Potsdam pour la recherche sur l’impact du climat.
“Un modèle de calcul qui prend en compte plusieurs voies de transformation du système énergétique de l’UE a montré que la meilleure manière d’atteindre l’objectif de neutralité climatique de l’UE [d’atteindre des émissions nettes nulles d’ici 2050] est que les décideurs politiques donnent la priorité à l’électrification directe pour les voitures particulières et le chauffage à basse température, et à l’électrification indirecte via l’hydrogène et les carburants synthétiques pour l’aviation, le transport maritime, l’industrie chimique et le stockage de l’électricité”, écrivent les chercheurs.
Les exportations d’hydrogène vert pourraient retarder la décarbonatation des réseaux électriques nationaux – et l’UE pourrait même ne pas avoir besoin d’importer de l’hydrogène” : rapport
Nous constatons que, dans [nos six] scénarios, 73 à 78 % de l’énergie finale dans l’UE27 est fournie soit par l’électricité, soit par l’hydrogène et les carburants synthétiques à base d’électricité en 2050.
L’utilisation directe d’électricité dans l’énergie finale passe de 20 % en 2020 à au moins 42-60 % [en 2050], tandis que 9-26 % [de l’énergie finale] sont fournis par l’hydrogène et les carburants synthétiques à base d’électricité.”
L’étude, intitulée “Distinct roles of direct and indirect electrification in pathways to a renewables-dominated European energy system” et publiée dans le journal One Earth, ajoute que l’électrification directe et l’électrification indirecte sont “complémentaires” et qu’elles ne s’achèveront que dans deux segments – les camions et la chaleur industrielle à haute température – qui, ensemble, représentent jusqu’à 15 % de la demande d’énergie finale. Dans ce domaine, l’UE devrait faire preuve de souplesse en ce qui concerne les choix d’infrastructure et de technologie.
Les chercheurs identifient “trois pierres angulaires pour guider la politique de l’UE”.
La première consiste à concentrer l’électrification directe et indirecte sur les “secteurs sans regret” mentionnés ci-dessus ; la deuxième consiste à supprimer les obstacles à l’expansion de l’énergie renouvelable ; et la troisième consiste à encourager l’expansion des chaînes d’approvisionnement en hydrogène.
ANALYSE : Quelle quantité d’hydrogène vert et d’énergie renouvelable sera nécessaire pour décarboner le transport maritime mondial ?
Le rapport souligne que, bien que les solutions électriques à base de batteries dans le secteur des transports aient un rendement élevé, “elles sont limitées pour les applications à long terme”.
Les voitures particulières “passent presque entièrement” à la batterie électrique dans tous les scénarios, à l’exception des deux scénarios dans lesquels l’interdiction européenne des nouveaux véhicules à combustion interne (ICE) d’ici à 2035 n’est pas promulguée. Mais même dans ce cas, il ne restera que “quelques voitures à moteur à combustion interne” en 2050.
Dans l’aviation et le transport maritime à longue distance, les batteries ne seront pas envisageables, laissant les carburants liquides – fossiles, biosourcés ou synthétiques fabriqués à partir d’hydrogène – comme seules options.
Un mélange de carburants résiduels à base de pétrole et de carburants neutres en carbone (synthétiques ou biocarburants) fournira les carburants liquides restants pour les transports en 2050″, indique l’étude. “Les émissions des carburants fossiles résiduels sont compensées par l’élimination du CO2 afin d’atteindre l’objectif de neutralité en matière de GES (gaz à effet de serre).
L’étude ajoute : “Dans tous nos scénarios, la part de l’électricité dans l’énergie finale [des transports] en 2050 (y compris l’aviation internationale et le transport maritime) se situe entre 28 % et 41 %, et la part des transporteurs à base d’hydrogène entre 13 % et 32 %.
La production d’hydrogène vert en Europe ne sera viable que si elle est dérivée du solaire ibérique et des électrolyseurs chinois.
Le transport
En ce qui concerne le transport routier, l’étude ne parvient pas à des conclusions définitives, soulignant qu’elle a trouvé une “forte variation” entre les scénarios, dépendant largement des densités futures des batteries et du déploiement de la recharge des véhicules électriques à l’échelle des mégawatts.
Le chauffage
En 2050, le chauffage des bâtiments dans l’UE sera largement assuré par des options électriques – principalement des pompes à chaleur, mais aussi des chauffages à résistance – dans tous les scénarios.
“La part de l’électricité dans la fourniture de chaleur (en termes d’énergie utile) passe de 17 % en 2020 à 65-92 % en 2050 [selon le scénario]”, explique l’étude, le reste provenant du chauffage urbain ou du gaz (fossile, biogaz ou méthane de synthèse).
“Le chauffage direct à l’hydrogène n’est pas compétitif, même dans des conditions technologiques favorables”, ajoute l’étude. “D’importantes pertes d’énergie et (dans le cas de l’hydrogène direct) une nouvelle infrastructure de réseau rendent le chauffage à base d’hydrogène peu attrayant par rapport au chauffage électrique.
L’industrie
Dans l’industrie lourde, les vecteurs énergétiques électriques et à base d’hydrogène joueront un rôle important, écrivent les chercheurs.
Quels secteurs seront les premiers à passer à l’hydrogène vert – malgré la prime ?
Nous constatons que la part de l’électricité dans l’énergie finale (y compris l’utilisation non énergétique) [dans l’industrie] passera de 23 % en 2020 à 28-47 % d’ici 2050, tandis que la part des vecteurs à base d’hydrogène en 2050 varie entre 14 % et 44 % (9-31 % pour les carburants synthétiques) selon les scénarios.
En outre, une part importante de l’énergie finale provient des combustibles carbonés issus de la biomasse (16-22 %), qui sont utilisés à des fins énergétiques et comme matières premières.”
La quantité d’hydrogène nécessaire au secteur de l’acier dépend largement de l’ampleur de la réduction directe du fer dans l’UE en 2050, c’est-à-dire du remplacement du charbon à coke pour chauffer le minerai de fer tout en éliminant l’oxygène qu’il contient.
L’étude souligne également que les processus à haute température dans des secteurs tels que le ciment, le verre et la céramique “posent des limites à l’électrification car les technologies requises sont très incertaines”.
En revanche, dans les secteurs de l’alimentation, du papier, des machines et des métaux non ferreux, le chauffage à basse et moyenne température peut facilement être assuré par des pompes à chaleur ou un chauffage résistif.
Bilan 2023 | Les principaux développements et tendances du secteur mondial de l’hydrogène (Partie 1 : Production)
“En l’absence de réseaux d’hydrogène importants à proximité des centres industriels (comme dans les scénarios H2), l’utilisation directe de l’hydrogène pour le chauffage ne joue qu’un rôle marginal dans ces secteurs”, explique le document.
Offre et demande totales
En 2050, l’utilisation directe d’hydrogène se situera entre 500 et 1 800 TWh par an – 15 millions à 54 millions de tonnes – dans tous les scénarios, ce qui dépendra en grande partie de la quantité nécessaire pour le stockage saisonnier de l’électricité (c’est-à-dire la conversion de l’énergie solaire en H2 en été et son stockage pour la production d’électricité en hiver).
En outre, au moins 500 TWh de combustibles synthétiques (y compris l’ammoniac et le méthanol) seront également nécessaires d’ici 2050 pour les transports maritimes et aériens à longue distance, ainsi que pour la production de produits chimiques (c’est-à-dire non énergétiques).
Pour donner une idée de l’ampleur des besoins en carburants synthétiques, 500 TWh d’ammoniac équivalent à 96,7 millions de tonnes de NH3, dont la production nécessiterait environ 17,2 millions de tonnes d’hydrogène.
Un million de tonnes d’hydrogène par an nécessite environ 10 GW d’électrolyseurs et 20 GW d’énergie renouvelable, ce qui représente un coût d’investissement d’environ 30 milliards de dollars aux prix d’aujourd’hui.
L’étude souligne toutefois qu’elle n’a pas pris en compte l’impact sur le climat des fuites d’hydrogène, l’H2 étant lui-même un puissant gaz à effet de serre.
Une quantité “non négligeable” de fuites d’hydrogène et son impact sur la consommation nette zéro “affecteraient nos résultats et pourraient conduire, en particulier, à réduire le rôle de l’utilisation directe de l’hydrogène”
