L’hydrogène « imparfait » pourrait être la solution parfaite pour l’Europe

En avril 2024, la compagnie d’électricité Axpo a ouvert une installation de production d’hydrogène à côté d’une centrale hydroélectrique dans le canton suisse des Grisons. Une usine d’ammoniac à grande échelle nécessiterait une installation beaucoup plus grande. (Photo : Keystone-SDA / Gian Ehrenzeller)

La production d’hydrogène durable soulève des questions pour l’industrie et l’environnement. Une étude récente examine les implications économiques et écologiques de l’utilisation d’hydrogène « presque vert » dans la fabrication d’ammoniac, ouvrant de nouvelles perspectives pour la transition énergétique.

L’hydrogène durable joue un rôle clé dans la transition énergétique, notamment dans l’industrie de l’ammoniac. Chaque année, 180 millions de tonnes d’ammoniac sont produites mondialement, principalement pour l’industrie des engrais. Actuellement, l’hydrogène nécessaire est obtenu à partir du gaz naturel, entraînant d’importantes émissions de gaz à effet de serre et une dépendance aux pays exportateurs de gaz.

L’utilisation d’hydrogène vert comme alternative propre permettrait de se rapprocher des objectifs climatiques et de réduire la dépendance énergétique. L’hydrogène vert est produit à partir d’électricité durable via un processus appelé électrolyse.

Une étude révélatrice sur l’industrie européenne de l’ammoniac

Des chercheurs de l’Université de Science et Technologie de Hong Kong (HKUST) et de l’ETH Zurich ont mené une étude sur l’industrie européenne de l’ammoniac. Leurs calculs ont permis de déterminer les conditions dans lesquelles le passage à l’hydrogène vert ou presque vert serait économiquement viable pour la production d’ammoniac.

Deux résultats significatifs ont été mis en évidence :

1. Dans certains pays européens comme la Norvège, l’Espagne, la Hongrie ou la Pologne, la production d’ammoniac à partir d’hydrogène vert ou presque vert serait déjà économiquement viable aujourd’hui. Ces pays bénéficient de conditions géographiques favorables pour la production d’électricité durable à partir d’énergie solaire ou éolienne, ainsi que de subventions étatiques ou de coûts d’électricité généralement bas.

2. Même une électricité qui n’est pas entièrement exempte de combustibles fossiles aurait un impact positif sur le climat. L’étude montre que l’hydrogène produit par électrolyse est pertinent même si une partie de l’électricité utilisée n’est pas d’origine renouvelable.

L’hydrogène « presque vert » : une solution pragmatique

Selon l’étude, les émissions de gaz à effet de serre liées à la production d’ammoniac pourraient être réduites de 95% si l’hydrogène utilisé était produit de manière à ne pas émettre plus d’un kilogramme de CO2 par kilogramme d’hydrogène. L’électricité nécessaire devrait être significativement plus verte que le mix actuel en Allemagne, en Pologne et aux Pays-Bas, les trois plus grands producteurs d’ammoniac en Europe.

Giovanni Sansavini, professeur au Département de génie mécanique et des procédés de l’ETH Zurich, souligne : «Si vous utilisez de l’hydrogène presque vert pour produire de l’ammoniac, vous pouvez obtenir beaucoup très rapidement – c’est un fruit à portée de main.»

La production d’hydrogène à grande échelle nécessitera probablement la construction de nouvelles fermes solaires ou éoliennes à proximité directe des usines d’ammoniac existantes. Cependant, cela requiert de vastes étendues de terrain. L’étude montre que plus une région bénéficie de conditions géographiques favorables pour la production d’électricité solaire ou éolienne, moins la surface nécessaire est importante.

Le Professeur explique : «En raison de l’importance des surfaces requises, nous devons principalement réfléchir à une utilisation combinée des terres – par exemple, une ferme éolienne ou solaire où l’agriculture peut être pratiquée simultanément.»

Bien que l’hydrogène vert soit déjà compétitif dans certains pays européens, sa production reste en moyenne plus coûteuse que l’extraction d’hydrogène à partir du gaz naturel. Pour que l’hydrogène vert devienne compétitif partout, des investissements supplémentaires dans la recherche et le développement sont nécessaires, ainsi que des incitations économiques.

La définition exacte de l’hydrogène «vert» fait actuellement l’objet de discussions au sein de l’UE. Sansavini conclut : «Nous devons équilibrer les coûts et l’impact environnemental. Toute définition devrait permettre à l’hydrogène vert de contenir une certaine proportion résiduelle d’énergie fossile.»

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Mingolla S, Gabrielli P, Manzotti A, Robson MJ, Rouwenhorst K, Ciucci F, Sansavini G, Klemun MM, Lu Z: Effects of emissions caps on the costs and feasibility of low-carbon hydrogen in the European ammonia industry, Nature Communications, 4 May 2024