Pour que l'hydrogène soit une solution climatique, il faut s'attaquer aux fuites.
Cet article a été publié par l'Environmental Defense Fund et rédigé par Steven Hamburg et Ilissa OckoIt. Il résume très bien le défi du stockage et du transport de l'hydrogène et fait honneur aux auteurs qui expliquent un sujet complexe de manière très simple.
Les principaux points à retenir sont les suivants :
Les compagnies pétrolières et gazières et les gouvernements du monde entier se tournent de plus en plus vers l'hydrogène comme voie de décarbonisation. Plus de 350 nouveaux projets d'une valeur de $500 milliards ont été récemment annoncés, selon le Conseil de l'hydrogène. L'Agence internationale de l'énergie estime que la demande pourrait être multipliée par six d'ici à 2050.
Avant de s'engager dans ce vaste projet, il est essentiel de comprendre comment l'hydrogène peut contribuer au changement climatique, notamment en ce qui concerne son propre potentiel de réchauffement, qui reste largement méconnu.
La science de l'hydrogène à la loupe
Nous avons entrepris d'évaluer les données scientifiques actuelles dans un article qui fait actuellement l'objet d'une évaluation par les pairs, et nous avons constaté que, dans de bonnes conditions, l'hydrogène pourrait en effet faire partie d'une transition vers l'énergie propre. Mais s'il n'est pas utilisé correctement, il pourrait être pire pour le climat à court terme que les combustibles fossiles qu'il remplacerait.
Si le dioxyde de carbone peut être un sous-produit de la production d'hydrogène, l'hydrogène lui-même n'émet pas de dioxyde de carbone lorsqu'il est brûlé ou utilisé dans une pile à combustible. Mais lorsqu'il est émis dans l'atmosphère, l'hydrogène contribue au changement climatique en augmentant les quantités d'autres gaz à effet de serre tels que le méthane, l'ozone et la vapeur d'eau, ce qui entraîne un réchauffement indirect.
C'est un problème car la petite molécule d'hydrogène est difficile à contenir. On sait qu'il s'échappe facilement dans l'atmosphère tout au long de la chaîne de valeur. Plus la distance entre la production et l'utilisation finale est grande, plus le risque de fuite est élevé.
Cela est bien connu. Mais il s'avère que nous savons très peu de choses sur la quantité d'hydrogène qui s'échappe réellement des systèmes du monde réel. Ce n'était pas clair parce qu'il n'y avait pas de raison de regarder au-delà des seuils de sécurité de base - jusqu'à présent.
En effet, les mesures traditionnelles ignorent systématiquement l'impact à court terme de l'hydrogène et d'autres agents climatiques à courte durée de vie en exprimant les effets de réchauffement d'une impulsion unique d'émissions sur une période de 100 ans (PRP-100), masquant ainsi une influence beaucoup plus importante et plus immédiate.
Il existe une autre raison pour laquelle les effets de réchauffement de l'hydrogène ont été sous-estimés. Jusqu'à récemment, toutes les estimations du pouvoir de l'hydrogène sur le climat ne prenaient en compte que la troposphère et non les effets dans la stratosphère. La prise en compte des deux révèle que le potentiel de réchauffement de l'hydrogène est plus important que ce qui est généralement reconnu.
En appliquant les effets atmosphériques combinés sur une période plus courte et plus pertinente, nous estimons que le pouvoir de réchauffement sur cinq ans d'une impulsion d'hydrogène par rapport au CO2 est 20 fois plus important que ce que les calculs actuels indiquent en utilisant l'approche standard sur 100 ans.
Et si l'on considère l'impact relatif sur le réchauffement des émissions continues plutôt que des émissions pulsées - qui sont plus représentatives du monde réel - l'hydrogène est 100 fois plus puissant que les émissions de CO2 sur une période de 10 ans.
L'importance de l'évaluation des taux de fuite
Pour comprendre ce que cela pourrait signifier, nous avons examiné les taux de fuite possibles suggérés dans la littérature.
En cas de fuites importantes, les émissions d'hydrogène pourraient entraîner un réchauffement presque deux fois plus important au cours des cinq premières années suivant le remplacement des combustibles fossiles. Mais si les taux de fuite sont minimes, l'hydrogène pourrait entraîner une diminution du réchauffement de 80% au cours de la même période.
Les émissions de CO2 évitées pendant des décennies grâce au remplacement de l'hydrogène signifient que les avantages climatiques s'accumulent indépendamment des taux de fuite. Même avec un taux de fuite élevé, l'effet de réchauffement 100 ans après le passage à l'hydrogène serait inférieur de 80% par rapport aux combustibles fossiles (bien que le fait de se baser sur des impulsions, plutôt que sur des émissions continues, gonfle considérablement cet avantage).
Ces conclusions s'appliquent à l'hydrogène produit à partir d'énergies renouvelables : En cas de fuite, même modérée, cet hydrogène "vert" pourrait accroître le réchauffement à court terme. Les effets sont encore plus importants pour l'hydrogène "bleu" produit à partir de gaz naturel, en raison du réchauffement supplémentaire dû aux émissions de méthane tout au long de la chaîne d'approvisionnement du gaz naturel.
Cela signifie que dans les scénarios à forte intensité d'hydrogène (50% ou plus de la demande d'énergie finale fournie par l'hydrogène) avec des taux de fuite élevés, même l'hydrogène vert pourrait contribuer à un dixième de degré Celsius de réchauffement en 2050.
Étant donné que les effets de l'hydrogène sur le réchauffement à court et à moyen terme sont beaucoup plus importants que ce qui est généralement reconnu, il est logique que ces effets soient explicitement pris en compte et activement minimisés afin que le remplacement des combustibles fossiles par l'hydrogène présente le maximum d'avantages pour le climat. Après tout, il est beaucoup plus facile de réduire les fuites d'hydrogène lors de la conception d'un système que lors de sa modernisation.
Bien choisir l'hydrogène, dès le départ
Voici cinq points à prendre en compte pour obtenir un résultat positif en matière de climat :
Mener des recherches plus approfondies sur les effets de réchauffement de l'hydrogène par rapport à d'autres gaz à effet de serre et développer des modèles qui peuvent accroître la confiance dans les impacts que le déploiement de l'hydrogène aurait sur les températures mondiales à des taux de fuite variables.
Mesure précise des fuitesqui nécessitera un équipement capable de mesurer les concentrations d'hydrogène au niveau des parties par milliard, afin que nous puissions quantifier systématiquement les taux de fuite.
Utiliser des mesures climatiques qui reflètent le rôle que les fuites d'hydrogène pourraient jouer à court terme, au lieu de s'appuyer exclusivement sur une comptabilité centennale.
Inclure la probabilité d'une fuite d'hydrogène et ses impacts dans les décisions concernant le lieu et la manière de déployer l'hydrogène. L'utilisation devrait être concentrée là où il est produit et utilisé à proximité, avec un besoin limité de transport.
Identifier les mesures d'atténuation des fuites et les meilleures pratiques. Les leçons apprises au cours de la dernière décennie sur la réduction des fuites de gaz naturel peuvent être utiles, malgré les différences de propriétés de ces deux gaz.
Le détournement de l'électricité produite à partir de sources renouvelables pour produire de l'hydrogène vert est également un sujet de préoccupation. L'hydrogène ne se produisant pas de lui-même, il faut énormément d'énergie pour l'extraire de l'eau ou d'autres molécules. Cela signifie qu'il faut plus d'énergie pour utiliser l'hydrogène que dans les cas où l'électrification directe est possible.
Nous devons également mieux comprendre d'autres questions relatives au climat et à l'environnement, notamment les effets sur la santé des communautés locales des émissions de NOx provenant de la combustion de l'hydrogène et l'impact sur les ressources en eau.
Nous ne pouvons pas non plus oublier de prendre en compte l'efficacité et la permanence de la technologie de capture du carbone nécessaire pour produire de l'hydrogène à partir du gaz naturel et minimiser les fuites de méthane. La prévention de ces émissions est essentielle pour que l'hydrogène bleu apporte des avantages nets importants sur le plan climatique.
L'industrie en est encore à ses débuts. Nous avons la possibilité de faire en sorte que l'énorme investissement dans les projets liés à l'hydrogène dans le monde entier apporte les avantages promis par ses promoteurs, mais seulement si nous adoptons une approche proactive et scientifique dans la manière, le moment et le lieu où nous l'adoptons.
Note de bas de page de l'équipe Triton Hydrogen : Tritonex fournit une solution scientifiquement prouvée pour prévenir les fuites d'hydrogène.