L'hydrogène peut contribuer à décarboniser l'économie grâce à des investissements massifs (ONU)

5 novembre 2021

Le passage à une économie décarbonée fondée sur l'hydrogène, capable d'atteindre la neutralité carbone d'ici à 2050 conformément aux objectifs de l'Accord de Paris, nécessite un développement rapide et massif de la production d'hydrogène renouvelable et à faible teneur en carbone. Cela nécessitera des investissements massifs et un soutien politique approprié, selon un nouveau rapport des Nations Unies publié jeudi.

L'hydrogène (H2) est un produit chimique de base utilisé principalement aujourd'hui dans le raffinage du pétrole et dans la production d'ammoniac (pour les engrais) et de méthanol. Lorsqu'il est utilisé comme combustible, il ne génère pas d'émissions directes de polluants ou de gaz à effet de serre.

En raison de son potentiel en tant que matière première, vecteur énergétique et moyen de stockage, l'hydrogène offre la perspective de décarboniser le secteur de l'énergie et de vastes secteurs de l'économie, tels que les transports, l'industrie, la production d'électricité et le chauffage municipal.

Il ouvre également des perspectives intéressantes dans les secteurs difficiles à décarboniser, comme les industries à forte intensité énergétique ou les transports longue distance, où l'électrification n'est que partiellement possible.

Le passage à une économie de l'hydrogène porterait la demande mondiale annuelle d'hydrogène en 2050 à quelque 650 Mt, contre 70 Mt actuellement, soit environ 14 % de la demande énergétique mondiale totale anticipée à cette date.

Selon la stratégie de l'Union européenne (UE) en faveur de l'hydrogène, les investissements cumulés dans l'hydrogène renouvelable en Europe d'ici 2050 devraient se situer dans une fourchette de 180 à 470 milliards d'euros et, pour l'hydrogène à faible teneur en carbone (d'origine fossile avec CCUS), dans une fourchette de 3 à 18 milliards d'euros.

Toutefois, aujourd'hui, environ 95 % de l'hydrogène est produit à partir de gaz naturel ou d'autres hydrocarbures, ce qui entraîne des émissions de 70 à 100 millions de tonnes de CO2 par an dans les seuls pays de l'UE (l'Agence internationale de l’énergie estime les émissions mondiales à 900 millions de tonnes de CO2).

Pour contribuer à la neutralité carbone, la production actuelle d'hydrogène doit passer des combustibles fossiles aux combustibles fossiles avec captage, utilisation et stockage du carbone (CCUS), à l'électricité renouvelable, à l'énergie nucléaire ou à l’électrolyse en utilisant une électricité à faible teneur en carbone. Mais actuellement, l'hydrogène propre est 2 à 3 fois plus cher à produire. Les investissements publics et privés dans la recherche et le développement de l'hydrogène propre ont augmenté au cours des quatre dernières années pour résoudre ce problème. Toutefois, des défis importants doivent encore être relevés.

« De nombreux pays de la région ont lancé des expériences, adopté des stratégies en matière d'hydrogène et mobilisé des milliards de dollars de financement. Beaucoup d'autres manifestent leur intérêt. La région est bien placée pour devenir un acteur majeur de la future économie de l'hydrogène. Mais cela nécessitera des investissements publics et privés à grande échelle et un engagement politique soutenu », a déclaré Olga Algayerova, Secrétaire exécutive de la Commission économique des Nations Unies pour l’Europe (CEE-ONU).

« La CEE-ONU continuera à faciliter le dialogue politique sur l'hydrogène et l'élaboration de normes et de règlements pour le transport, le stockage et l'utilisation sûrs de l'hydrogène, qui sont nécessaires pour le passage à une économie de l'hydrogène », a-t-elle ajouté.

  Hydrogen Laboratory produit également des batteries qui génèrent une énergie propre, sans combustion ni émission de polluants.
CINU Rio/Ana Rosa Alves
Hydrogen Laboratory produit également des batteries qui génèrent une énergie propre, sans combustion ni émission de polluants.

État des lieux dans la région

L'intérêt pour l'hydrogène figure en bonne place dans l'agenda politique de la région de la CEE-ONU. Plusieurs pays, dont l'Autriche, la France, l'Allemagne, les Pays-Bas, la Suède et le Royaume-Uni figurent parmi les leaders mondiaux de la mise en œuvre de projets d'hydrogène à grande échelle. Le rapport fournit une évaluation de l'état de préparation des pays de la région.

L'Union européenne a publié une vaste stratégie pour l'hydrogène à la mi-2020. Celle-ci vise à fournir 1 million de tonnes d'hydrogène renouvelable d'ici 2024 et 10 millions de tonnes d'ici 2030.

Le réseau mature et réglementé d'infrastructures gazières de l'Europe (le réseau européen de transport de gaz naturel est long d'environ 200 000 km et le réseau de distribution deux fois plus long) est un élément clé pour le déploiement d'une économie de l'hydrogène.

+ Un engagement politique soutenu sera nécessaire

Le rapport identifie une série de mesures que les décideurs politiques et les régulateurs devront adopter pour que l'économie de l'hydrogène se concrétise :

+ Promouvoir toutes les technologies de l'hydrogène propre

La recherche et l'innovation dans toutes les technologies de l'hydrogène propre sont nécessaires pour débloquer toutes les voies de production durables et s'éloigner des ressources fossiles.

+ S'appuyer sur l'infrastructure gazière existante

Le réseau de transport de gaz naturel peut être utilisé pour intégrer l'hydrogène de manière rentable, pour un coût représentant 10 à 15 % de celui d'un nouveau pipeline dédié.

+ Accélérer le déploiement des électrolyseurs

Le développement des électrolyseurs ne peut attendre que 100 % de l'électricité provienne de sources renouvelables. Il faut soutenir le déploiement d'électrolyseurs connectés au réseau électrique et aux centrales à faible émission de carbone.

+ Accroître les projets d'ici à 2030

Il est nécessaire de prendre des engagements d'achat à long terme pour l'hydrogène propre produit dans le cadre de projets concernant l'industrie, les transports, le chauffage et les combustibles de synthèse. Il faut un cadre réglementaire clair et des mécanismes de soutien qui encouragent les investissements et les rendent moins risqués.

+ Promouvoir les projets d'intérêt régional commun

D'ici à 2030, les investissements dans les électrolyseurs en Europe pourraient se situer entre 24 et 42 milliards d'euros et environ 11 milliards d'euros pourraient être mobilisés pour la modernisation de la moitié des centrales existantes fonctionnant au charbon et au gaz avec CCUS. Des investissements de 65 milliards d'euros seront nécessaires pour le transport, la distribution et le stockage de l'hydrogène, les stations de ravitaillement en hydrogène, la fabrication et la propriété intellectuelle.

Stockage et transport de l'hydrogène

Pour être transportable, l'hydrogène doit être comprimé, liquéfié ou combiné chimiquement. L'hydrogène peut être mélangé au gaz naturel et transporté via l'infrastructure gazière existante. Des études indiquent que les chaudières et les gazoducs fonctionnant au gaz naturel peuvent fonctionner en toute sécurité avec une teneur en hydrogène allant jusqu'à 5-15 %. Selon le ministère américain de l'énergie, les pipelines peuvent traiter des mélanges d'hydrogène de 15 à 30 % sans modification.

Le rapport indique que la réutilisation et la modernisation de l'infrastructure gazière existante constituent la solution la plus rentable pour transporter l'hydrogène jusqu'à 5 000 km. Au-delà, la conversion de l'hydrogène en vecteurs énergétiques plus faciles à stocker et à transporter, tels que l'ammoniac, le méthanol et les combustibles synthétiques, serait moins coûteuse. Cela permettrait également, à plus long terme, de découpler les centres de production et d'utilisation de l'H2.

En outre, le stockage de millions de tonnes d'hydrogène pour répondre à la demande prévue d'ici 2050 reste un défi. Des politiques incitatives et des investissements ambitieux sont nécessaires aujourd'hui pour soutenir les infrastructures de stockage, de transport et de conversion de l'hydrogène qui seront indispensables au fonctionnement d'un futur marché de l'hydrogène. Cela peut être optimisé par des approches régionales d'un réseau d'hydrogène.

Cadre réglementaire pour les véhicules à hydrogène

Selon les estimations actuelles, le coût de l'hydrogène « à la pompe » se situe entre 7 et 9 €/kg. En 2030, le coût de l'hydrogène devrait être inférieur à 6 €/kg et être compétitif par rapport aux combustibles fossiles.

Les véhicules à hydrogène e à pile à combustible (HFCV) ont généralement un rendement énergétique de 40 à 60 %, contre 25 % pour les véhicules classiques à moteur à combustion interne. Les véhicules à hydrogène et à piles à combustible ne produisent pas d'émissions nocives à l'échappement.

Les règlements internationaux élaborés par le Forum mondial de l'harmonisation des règlements concernant les véhicules de la CEE-ONU constituent la base de l'utilisation à grande échelle des véhicules HFCV.

Le règlement technique mondial des Nations Unies (RTM des Nations Unies) n° 13, dans le cadre de l'accord de 1998, et le règlement des Nations Unies n° 134 (qui reprend les mêmes dispositions dans le cadre du système d'homologation de type), dans le cadre de l'accord de 1958, précisent les exigences de performance en matière de sécurité pour les HFCV, afin de protéger les occupants contre un incendie ou une explosion des réservoirs d'hydrogène embarqués. Elles comprennent également des exigences visant à éviter les chocs électriques aux occupants ou aux premiers intervenants en cas d'accident.

Les dispositions de sécurité à haute tension pour les HFCV ont été utilisées dans les RTM et les règlements des Nations Unies que le Forum mondial a adoptés pour englober tous les types de véhicules électriques (quelle que soit la technologie utilisée pour produire de l'énergie).

Le RTM n° 13 tient compte des normes et règlements existants du Canada, de la Chine, de l'Union européenne, du Japon, de la Corée et des États-Unis. Le Japon, la Corée, la Turquie et la Chine ont transposé le RTM n° 13 dans leur législation nationale. La liste des 57 parties contractantes de l'accord de 1958 qui appliquent le règlement n° 134 est disponible à l'adresse suivante (en sélectionnant 134) : https://apps.unece.org/WP29_application/.

L'astronaute de la NASA Christina Koch entame une sortie dans l'espace de sept heures et une minute pour mettre à niveau les grandes batteries nickel-hydrogène de la station.
NASA/ONU
L'astronaute de la NASA Christina Koch entame une sortie dans l'espace de sept heures et une minute pour mettre à niveau les grandes batteries nickel-hydrogène de la station.

Dispositions réglementaires pour le transport sûr de l'hydrogène

Le règlement type des Nations Unies relatif au transport des marchandises dangereuses contient des dispositions relatives à la sécurité du transport de l'hydrogène et d'autres marchandises dangereuses par tous les modes de transport. Ces dispositions, élaborées par le Comité d'experts du transport des marchandises dangereuses de l'ECOSOC, dont le service est assuré par la CEE-ONU, sont ensuite intégrées dans tous les instruments modaux du transport aérien, maritime et terrestre.

La CEE-ONU est chargée de veiller à ce que ces dispositions soient prises en compte par les instruments juridiques dont elle a la charge, à savoir : « l'Accord international relatif au transport des marchandises dangereuses par route (ADR) » et « l'Accord européen relatif au transport international des marchandises dangereuses par voies de navigation intérieures (ADN) ». Elle est également chargée d'assurer leur harmonisation avec les dispositions applicables au transport ferroviaire élaborées par l'OTIF.

Les dispositions couvrent la classification, l'étiquetage et l'emballage de l'hydrogène (y compris les composés et mélanges d'hydrogène et l'hydrogène dans les systèmes de stockage à hydrure métallique) afin d'assurer la sécurité de leur transport. Elles fournissent les exigences relatives à l'emballage, aux réservoirs portables et aux conteneurs, aux types de réservoirs et de véhicules adaptés à leur transport, au transport dans les tunnels (dans le cas du transport routier) ainsi que des dispositions spéciales pour le transport en colis ou en vrac, en plus des dispositions opérationnelles, de chargement, de déchargement et de manutention.

Sécurité industrielle

Un certain nombre d'activités industrielles produisent ou utilisent de l'hydrogène, par exemple l'industrie chimique, nucléaire ou pharmaceutique, les raffineries de pétrole, les activités de conditionnement, etc. L'hydrogène peut également être produit accidentellement (par exemple, par contact avec de l'eau et du métal en fusion, par dilution, etc.), ce qui est souvent le cas dans la métallurgie, l'assainissement, le traitement et le recyclage des déchets.

L'hydrogène n'est pas toxique, mais il est extrêmement inflammable, peut facilement détoner, a tendance à s'échapper (en raison de sa petite taille) et est très réactif. La grande majorité des accidents impliquant de l'hydrogène sont donc des incendies et/ou des explosions.

L'hydrogène est couvert en tant que substance dangereuse par les dispositions de la Convention de la CEE-ONU sur les effets transfrontières des accidents industriels, qui aide les pays à renforcer la prévention, la préparation et la réaction en cas d'accident. Un groupe d'experts conjoint relevant de la Convention et de la Convention sur l'eau a élaboré des lignes directrices et des bonnes pratiques en matière de sécurité des pipelines

 

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