Par Pr. Chems Eddine Chitour
Résumé
L’engouement pour l’hydrogène est aujourd’hui planétaire. Au point qu’il est considéré comme un élément essentiel de la transition énergétique, le pétrole du XXIe siècle. C’est l’un des meilleurs et souvent le seul substitut aux carburants fossiles. Dans les transports sur longue distance, de passagers comme de marchandises, sur terre, sur mer et dans les airs, dans la production de chaleur et dans l’industrie lourde, notamment sidérurgie et ciment, la seule alternative au pétrole, au charbon et au gaz naturel a pour nom hydrogène.
Voilà pourquoi en Chine, au Japon, en Corée du Sud, à Singapour, en Allemagne, aux États-Unis… les investissements annoncés dans l’hydrogène sont considérables. Plus de 300 milliards de dollars par plus de 30 pays dans des centaines de projets de toutes tailles dans la production, la distribution et l’utilisation. Plusieurs villes nouvelles, uniquement alimentées en énergie par l’hydrogène, vont voir le jour dans les prochaines années en Corée du Sud et au Japon. Une course contre la montre est engagée partout dans le monde pour dominer cette industrie. Ce sera évidemment compliqué. Les filières d’hydrogène propre ou vert sont à construire de fond en comble. Les équilibres économiques seront difficiles à atteindre. Les ressources, notamment en électricité décarbonée, sont insuffisantes. Il y a une nouvelle économie à construire.
L’Algérie devra se donner les moyens de monter dans le train de la nouvelle vision de la révolution de l’énergie verte avec l’hydrogène. Elle doit le faire maintenant et se donner les moyens et regrouper les intelligences pour ce challenge.
Introduction
À tout moment, la consommation et la production d'électricité doivent être parfaitement adaptées. Cet équilibre est nécessaire dans tous les réseaux électriques pour maintenir un approvisionnement stable et sûr. Le stockage d'énergie peut stabiliser les fluctuations de la demande et de l'offre en permettant d'économiser en grande quantité l'excédent d'électricité. Le système énergétique reposant de plus en plus sur les énergies renouvelables, la consommation d'énergie est de plus en plus électrique. Le stockage de l'énergie a donc un rôle clé à jouer dans la transition vers une économie neutre en carbone. L'hydrogène peut agir comme carburant, vecteur d'énergie pour transporter et stocker de grandes quantités d'énergie renouvelable sur de longues périodes, ce qui lui confère un rôle important à jouer dans la transition énergétique propre.
En réponse aux problèmes liés à la crise actuelle de l'énergie, et aux émissions de gaz à effet de serre, l’hydrogène apparaît aujourd’hui comme le combustible propre de substitution stratégique des prochaines décennies. Parallèlement, l’accroissement de la contribution des énergies renouvelables telles que l’énergie solaire au bilan énergétique nécessite le développement de méthodes de stockage et de moyens de transport de cette énergie. Dans ce contexte, l’hydrogène répond à ces trois objectifs comme une alternative énergétique entrant dans la perspective d’un développement durable. De plus, ce gaz s’adapte également à des applications multiples en tant que carburant. Or, sa production et son transport sont les deux principales conditions à son développement.
Les recherches sur l’hydrogène en Algérie
Il faut rendre hommage aux pionniers de l’hydrogène tels le docteur Belhamel, le docteur Mahmah et le professeur Khellaf qui ont été les premiers à noter l’importance de l’hydrogène. Ainsi, du 21 au 23 juin 2005, s’était tenu le premier Workshop International sur l’hydrogène : vecteur énergétique d’origine renouvelable.
Le directeur du CDER Mahfoud Belhamel m’avait convié à faire une conférence concomitamment avec un professeur de l’École polytechnique de Paris. Le débat était sur l’hydrogène. Lors de la discussion, il y avait les pour et les contre dans un contexte où on ne parlait pas encore d’hydrogène vert à partir du renouvelable. Par la suite, le Pr. Khellaf a organisé trois symposiums internationaux sur l'hydrogène d'origine renouvelable en 2016, 2017 et 2019.
Dans la publication suivante, quelques conclusions des auteurs : «Nous avons présenté un projet très prometteur pour les pays situés au sud et au nord de la Méditerranée concernant l’exploitation du gisement solaire dans la région du Maghreb qui présente un potentiel supérieur plus de 100 fois à la consommation d’énergie mondiale actuelle et, d’autre part, la possibilité de transporter ce vecteur énergétique à travers le réseau de gazoducs transméditerranéens existant de gaz naturel vers la Communauté européenne. Le Sahara peut alimenter l'Europe en électricité ou en hydrogène.»
Ce Sahara qui contient en volume environ 10 000 fois plus d’eau que de pétrole.
«Dans la Déclaration d’Alger, les experts scientifiques (Algérie, Tunisie, Maroc, Égypte, France, Italie, Allemagne et UK), réunis, ont recommandé la création d’un grand projet de coopération Maghreb-Europe pour le développement et l’exploitation de l’hydrogène produit à partir de l’énergie solaire dans les pays du Maghreb. Ce projet répondra notamment aux objectifs suivants : - Développer les technologies les plus performantes pour la production d’hydrogène à l’aide de l’énergie du soleil. L’hydrogène pourra être produit à partir de l’eau. - Développer les technologies de transport de l’hydrogène sur de longues distances : gazoducs, transports maritimes et terrestres. - Évaluer, comparer et valider les technologies les plus performantes en vue de leur développement industriel à grande échelle.
- Recenser les acteurs de la R&D et industriels susceptibles de contribuer à ce développement. - Mener les études technico-économiques en vue de préparer la stratégie industrielle et le développement de la filière hydrogène solaire.» Conséquents avec eux-mêmes, ils donnent des informations concernant la disponibilité de l’eau. Les ressources en eau souterraines transfrontalières du Sahara septentrional sont contenues dans deux grands aquifères, qui s’étendent au-delà des frontières algériennes (Tunisie et Libye), ceux de : - la nappe du Continental Complexe Terminal qui couvre l’ensemble de la cuvette du Bas Sahara. Elle est exploitée depuis longtemps dans l’Oued Righ, région située aux environs de Touggourt.
- La nappe du Continental Intercalaire (dite nappe albienne), sa profondeur moyenne est de 1 000 m, elle est artésienne, caractérisée par un débit spécifique de l’ordre de 250 l/s. Son eau est chaude, elle dépasse les 60°C et salée de l’ordre de 2 à 7g/l. Cette nappe constitue un des plus grands réservoirs aquifères au monde.
Les estimations des deux aquifères des nappes du Continental Intercalaire et du Complexe Terminal du Sahara septentrional sont à près de 60 000 milliards de m3, la capacité du réservoir est si importante qu’elle autorise une exploitation durable, et ce qui peut permettre une vision de son exploitation sur le long terme».
Le Green deal européen
L'hydrogène représente moins de 2% de la consommation énergétique actuelle de l'Europe et est principalement utilisé pour fabriquer des produits chimiques, tels que les plastiques et les engrais. 96% de cette production d'hydrogène est produite par le gaz naturel, émettant des quantités importantes d'émissions de CO2 dans le processus. L'hydrogène peut cependant également être produit à partir d'énergie renouvelable. Cet hydrogène dit renouvelable (également appelé hydrogène vert) devrait jouer un rôle clé dans la décarbonisation des secteurs où d'autres alternatives pourraient ne pas être réalisables ou être plus coûteuses. Cela comprend les transports lourds et à longue distance et les processus industriels à forte intensité énergétique.
La nouvelle stratégie sur l'hydrogène explorera le potentiel de l'hydrogène propre pour aider le processus de décarbonation de l'économie de l'UE de manière rentable, conformément à l'objectif de neutralité climatique pour 2050, défini dans le pacte vert européen. La Commission européenne s'est fixé comme objectif d'installer 6 GW d'électrolyseurs à hydrogène renouvelable et un million de tonnes d'hydrogène d'ici 2024. La Commission devra atteindre 40 gW d'électrolyseurs et 10 millions de tonnes d'h2 renouvelable d'ici 2030.
Il devrait également contribuer à la récupération des effets économiques du Covid-19. Le 8 juillet 2020, la stratégie de l'UE sur l'hydrogène a été adoptée. Cette stratégie explorera comment l'hydrogène propre peut contribuer à réduire les émissions de carbone de l'économie de l'UE et à rendre l'UE climatiquement neutre d'ici 2050.
Une recherche et un développement continus sont nécessaires pour garantir que les technologies de l'hydrogène sont techniquement améliorées, hautement efficaces et aussi compétitives que possible.
L'électrification devant être l'une des principales voies de la décarbonation, les batteries en tant que dispositifs de stockage d'électricité deviendront l'un des principaux catalyseurs d'une économie à faible émission de carbone. La demande mondiale de batteries devrait croître très rapidement au cours des prochaines années, faisant du marché des batteries un marché très stratégique.
Hydrogène vert et applications
De l'hydrogène renouvelable «vert» peut être produit dans des électrolyseurs en divisant l'eau en oxygène et hydrogène à l'aide d'électricité renouvelable. L'hydrogène renouvelable peut à son tour être utilisé pour produire des produits industriels, tels que des engrais verts et de l'acier vert. Il peut également être utilisé dans le secteur de la mobilité, en particulier dans les applications de transport lourd et longue distance. Il est également compatible avec un secteur de l'électricité de plus en plus dominé par la production d'énergie renouvelable, offrant un stockage à long terme et à grande échelle et une flexibilité du système énergétique.
L'hydrogène renouvelable peut également aider à équilibrer l'offre et la demande d'électricité dans des régions isolées ou autonomes de l'UE, ou pour des usages spécifiques et locaux, concentrés dans une ville ou une zone restreinte.
Potentiel de stockage
Certains secteurs continueront probablement de dépendre des combustibles à diverses fins à l'avenir. Cela signifie qu'il est peu probable que l'ambition de l'UE en matière de neutralité carbone soit atteinte à elle seule grâce à une plus grande utilisation de l'électrification. Une solution potentielle consiste à convertir les sources d'énergie renouvelables en hydrogène, car l'hydrogène traité fournit une chaleur de haute qualité qui peut être utilisée dans les transports comme carburant, dans les industries comme matériau et dans l'agriculture pour les engrais.
Le potentiel de stockage de l'hydrogène est particulièrement bénéfique pour les réseaux électriques, car l'hydrogène permet de conserver les sources d'énergie renouvelables, non seulement en grande quantité, mais aussi pendant de longues périodes. Cela signifie que l'hydrogène peut aider à améliorer la flexibilité des systèmes énergétiques en équilibrant l'offre et la demande avec peu ou pas assez de production d'électricité
La recherche européenne : électrolyseurs avancés pour carburants verts
La stratégie européenne pour une économie verte à faible émission de carbone repose sur des solutions efficaces et peu coûteuses qui fournissent des carburants verts tels que le méthanol vert. L'UE promeut plusieurs projets de recherche et d'innovation sur l'hydrogène dans le cadre d'Horizon 2020.
Ces projets sont gérés par l'entreprise commune Piles à combustible et hydrogène (FCH JU), un partenariat public-privé conjoint soutenu par la Commission européenne. Le projet Djewels, financé par l'UE, prouvera la disponibilité opérationnelle de l'électrolyseur de 20 mW pour la production de méthanol vert dans des situations industrielles et commerciales ordinaires.
Le projet stimulera la création d'électrolyseurs alcalins pressurisés avancés en améliorant les électrodes de densité existantes visant une production standardisée. Il combinera les économies d'échelle avec le fonctionnement flexible et parfait de l'électrolyseur pour garantir un hydrogène à faible coût aux clients. Le projet vise à améliorer la technologie vers la prochaine génération de 100 mW et s'inscrit dans les ambitions du FCH2-JU et de la feuille de route régionale.
Il en ainsi du projet H2020-EU.3.3.8.3. - Démontrer à grande échelle la faisabilité de l'utilisation de l'hydrogène pour soutenir l'intégration des sources d'énergie renouvelables dans les systèmes énergétiques, notamment par son utilisation comme moyen de stockage d'énergie compétitif pour l'électricité produite à partir de sources d'énergie renouvelables
C’est le cas aussi du projet FCH-02-1-2018 - Démonstration d'un électrolyseur à grande échelle (min. 20 mW) pour convertir les énergies renouvelables en hydrogène. Il est possible aussi de lancer des études sur la locomotion à l’hydrogène pour les flottes captives.
Enfin, la capture de l’hydrogène et du carbone
Le problème du CO2 a trouvé sa solution si on accorde crédit à cette entreprise de Dartmouth, en Nouvelle-Écosse, PlanetaryHydrogen, qui considère à la fois la production d’hydrogène et la transformation chimique du CO2. L’entreprise tire de l'électricité sans combustibles fossiles de l'énergie éolienne, solaire ou hydraulique et utilise un électrolyseur pour séparer l'eau en hydrogène et oxygène, s'appuyant sur les travaux du Dr. Greg Rau. L'hydrogène planétaire ajoute un petit quelque chose au mélange, le transformant en hydrogène à émissions négatives ou NE H2. «Notre innovation est qu'en ajoutant un sel minéral, nous forçons la cellule d'électrolyse à créer également un composé d'épuration de l'atmosphère appelé hydroxyde minéral comme déchet. Cet hydroxyde se lie activement au dioxyde de carbone, produisant un «antiacide océanique». L'effet net est le captage et le stockage directs du CO2 tout en produisant de l'hydrogène pur précieux.
Le système peut consommer jusqu'à 40 kg de CO2 et le stocke en permanence pour chaque 1 kg d'hydrogène qu'il produit. Tout en désacidifiant l'océan, ce qui est assez remarquable. C'est très différent des processus de capture et de stockage du carbone que nous voyons habituellement, où l'un des gros problèmes est de savoir quoi faire avec le CO2. Ici, l'hydroxyde de sodium est produit dans l'électrolyseur, qui se combine avec le CO2 dans l'eau de mer pour produire du bicarbonate de sodium, c'est aussi littéralement juste une goutte dans l'océan. L'hydrogène planétaire continue.
La production d'hydrogène par électrolyse n'est pas très efficace, et un rapport de S&P Global indique qu'elle doit réduire ses coûts de plus de 50% pour être une alternative viable à l'hydrogène fabriqué à partir de combustibles fossiles. Ce ne sont pas seulement les émissions de CO2 évitées grâce à l'utilisation de l'hydrogène, c'est du CO2 qui est séquestré dans la mer. Le procédé proposé réalise ces caractéristiques en fusionnant trois technologies distinctes : l'électricité renouvelable, l'électrolyse de l'eau saline et l'altération améliorée des minéraux.
«Le prix de l'énergie renouvelable baisse si rapidement que l'un des moyens proposés pour lutter contre l'intermittence est de surconstruire le système, de sorte qu'il pourrait bien y avoir beaucoup d'énergie renouvelable excédentaire, en particulier dans les endroits venteux.
L’importance de l’hydrogène pour l’Algérie
Aujourd’hui, de plus en plus l’hydrogène offre un réel potentiel pour remplacer les capacités de stockage et de transport des combustibles fossiles. S’il est important pour une technologie d’avoir un bon retour énergétique sur l’énergie investie, il l’est tout autant d’avoir un stockage énergétique qui soit flexible et adéquat.
L’hydrogène vecteur énergetique, solution complémentaire au développement des sources renouvelables. Lorsque la production d’hydrogène est d’origine renouvelable cela permet de stocker, transporter et distribuer l’électricité intermittente. Selon l’Irena, l’hydrogène produit avec de l’électricité renouvelable pourrait être compétitif avec les combustibles fossiles à l’horizon 2030 grâce à la baisse des coûts du solaire combinée aux meilleures performances des électrolyseurs (gain de 40% à court terme) et aux économies d’échelle.
Afin de ne pas prendre de retard, il est nécessaire, dès aujourd’hui, de prendre le train de la révolution verte qui mise sur les énergies renouvelables pour produire l’hydrogène comme levier de la transition énergétique dans notre pays et pour générer de l’hydrogène on pourra faire l’électrolyse de l’eau avec l’électricité verte. Il faut préparer les changements structurels pour préparer le futur.
Conclusion
L’Algérie doit rattraper le train du progrès en misant sur un plan renouvelable vert. Nous devons proposer des solutions réalistes mais audacieuses. La fin du gaz naturel à partir des 30 prochaines années devrait correspondre avec l’avènement d’une nouvelle énergie aux applications multiples mais aussi qui peut constituer une source de devises en exportant dans les canalisations du gaz naturel l’hydrogène vers nos clients européens traditionnels d’une nouvelle énergie aux applications multiples mais aussi qui peut constituer une source de devises en exportant dans les canalisations du gaz naturel l’hydrogène vers nos clients européens traditionnels.
Je propose que ce workshop soit le début de la recherche appliquée après une capitalisation aussi importante avec une centaine de chercheurs à travers tout le pays. Nous devrons nous organiser en créant une synergie entre les différentes structures de recherche travaillant sur l’hydrogène. Mettre en place une instance capable de mobiliser et suivre le Plan renouvelable la Green Hydrogène Alliance (GHA), l’Alliance algérienne de l’hydrogène ou mieux et mettre tout en œuvre pour une coopération internationale.
Les principaux objectifs d’une telle rencontre sont avant tout faire l’inventaire de notre force de frappe. Ensuite échanger des avis d’experts sur les axes de recherche les plus courants.
1- Promouvoir la recherche scientifique appliquée dans le domaine de la production l’hydrogène d’origine renouvelable par l’étude la conception et la réalisation d’électrolyseurs pouvant aller jusqu’à 1mW.
2- Étudier les modes de stockage avec des possibilités appliquées pour vaincre l’intermittence des énergies renouvelables.
3- Étudier les modes de transport aussi bien de véhicules lourds (camions, bus trains).
Il nous faut concomitamment penser à un système de formation spécifique et de recherche au sein d’une entité dédiée à cela. L’Institut de la transition énergétique à Sidi Abdallah qui pourra rapidement être opérationnel avec des formations de PGS à la carte. Tout ceci sera à notre portée et plus vite nous prendrons le train de la modernité et de la révolution électrique verte plus vite nous allons assurer un avenir au pays en remplaçant graduellement le gaz naturel — laissé aux générations futures — par l’hydrogène vert provenant de l’électricité solaire générée par un immense Sahara véritable pile électrique si on sait y faire.
C. E. C.
