L'électrolyse à grande échelle et son rôle dans la décarbonation mondiale

La décarbonation de l’économie mondiale est l’une des tâches les plus importantes du 21e siècle. Mais c’est incroyablement complexe – impliquant une mosaïque de technologies, de parties prenantes, de réglementations et d’investissements en constante évolution. Atteindre la neutralité carbone d’ici 2050 nécessite bien plus qu’un simple changement au niveau individuel ou au niveau de l’entreprise. Des changements à grande échelle dans les infrastructures qui régissent presque tous les aspects de la vie quotidienne sont également nécessaires. 

L’hydrogène vert produit par électrolyse à grande échelle à partir de sources renouvelables est essentiel au puzzle mondial de la décarbonation. L’intérêt croissant des entreprises, des organismes publics et des investisseurs pour le développement et le déploiement de solutions d’hydrogène vert stimule une innovation significative dans le secteur des technologies propres. 

Mais qu’est-ce que l’électrolyse – et pourquoi son application à grande échelle est-elle si cruciale pour l’économie émergente de l’hydrogène ?  

Comprendre l'électrolyse

L'électrolyse est une réaction électrochimique efficace qui utilise l'électricité pour décomposer l'eau (H2O) en ses éléments fondamentaux : l'hydrogène (H2) et l'oxygène (O). L'électrolyse est considérée comme totalement « verte » – c'est-à-dire que le processus n'émet pas de gaz à effet de serre (GES) – lorsque l'électricité utilisée pour diviser l'eau provient de sources renouvelables telles que l'énergie solaire, hydraulique ou éolienne. À son tour, l’hydrogène produit est classé comme « vert » car il n’émet aucun GES lorsqu’il est utilisé comme carburant ou source d’énergie. 

D’autres méthodes de production d’hydrogène, telles que la gazéification de la biomasse, le reformage du gaz naturel et la division thermochimique de l’eau, sont toutes des méthodes éprouvées et matures, mais elles ont chacune des impacts environnementaux plus sévères liés aux GES. L’électrolyse verte étant un processus sans émissions, l’électrolyse à grande échelle a rapidement gagné en popularité en tant que voie vers la décarbonisation.

Électrolyse à grande échelle

À grande échelle fait référence au niveau de puissance absorbée qu’un système d’électrolyseur peut consommer. L’industrie classe souvent un système de 1 mégawatt (MW) comme étant à petite échelle, contre une gamme de 20 à 150 MW pour un système à grande échelle. Ceci est basé sur les systèmes en fonctionnement dans le monde, avec le le plus grand système d'électrolyseur PEM au monde actuellement en opération et propulsé par Accelera™ de Cummins à Bécancour, Québec, Canada. D'une puissance de 20 MW, le système est composé d'électrolyseurs Accelera HyLYZER® PEM et peut produire plus de 3,000 XNUMX tonnes d'hydrogène par an en utilisant de l'hydroélectricité propre.

L’électrolyse à grande échelle peut accélérer l’adoption d’un hydrogène zéro émission abordable et est également considérée comme une solution attrayante pour le stockage excédentaire d’énergie renouvelable. Lorsqu'un excès d'énergie renouvelable est produit (par exemple, le soleil brille, mais la demande d'électricité du réseau est inférieure à l'offre), cette énergie peut être introduite dans un électrolyseur et stockée sous forme d'hydrogène pendant de longues périodes. Une fois que l’énergie est nécessaire, l’hydrogène peut être utilisé par une pile à combustible, dans laquelle il subit une électrolyse inverse et se transforme en électricité utilisable.

Accelera développe un système d'électrolyseur avec des piles à production d'hydrogène plus élevée et des modules de 25 MW, ce qui le rend adapté à des projets d'électrolyseurs encore plus importants (> 200 MW). Cette technologie sera essentielle pour les projets de plus grande envergure et sera fabriquée dans nos locaux. Usine de fabrication d'électrolyseurs basée aux États-Unis à Fridley, Minnesota, et dans notre nouvelle usine de fabrication d'électrolyseurs à Guadalajara, Castilla-La Mancha, Espagne.

L’économie émergente de l’hydrogène

Selon le Conseil de l'hydrogène, il y a actuellement plus de 1,000 2030 projets hydrogène en cours dans le monde. D’ici 800, un peu moins de 38 d’entre eux seront entièrement ou partiellement déployés, contribuant ainsi à un approvisionnement mondial de 1 millions de tonnes d’hydrogène vert par an. Il s’agit d’une augmentation significative par rapport aux moins d’un million de tonnes produites en 2023. La dynamique va dans le bon sens, mais le nombre d’investissements et de projets liés à l’hydrogène zéro émission devra augmenter considérablement pour répondre aux exigences d’une économie nette. économie nulle. 

Aujourd'hui, la majeure partie de l'hydrogène mondial est utilisée dans des processus industriels tels que le raffinage du pétrole, la production d'ammoniac, la production de méthanol et la production d'acier. La majeure partie de cet hydrogène est produite à partir de combustibles fossiles, ce qui crée une énorme opportunité de réduire les émissions mondiales en passant à l’électrolyse utilisant de l’électricité renouvelable. Dans le secteur des transports, les véhicules à hydrogène deviendront plus viables à mesure que les infrastructures seront créées et que le coût de la technologie continuera de baisser. Les carburants à base d’hydrogène pourraient également offrir aux secteurs du transport maritime et de l’aviation davantage de choix en matière d’alternatives à faible émission de carbone.  

La viabilité de l’hydrogène zéro émission pour les véhicules à pile à combustible et les processus industriels dépend toujours du coût. Sur le plan économique, personne n’est prêt à opérer un changement complet aujourd’hui, car il reste plus cher que l’hydrogène produit par d’autres moyens en raison du coût plus élevé des nouvelles technologies, des nouvelles capacités renouvelables et de la distribution. Cependant, de plus en plus de gouvernements proposent des incitations et des subventions croissantes pour contribuer à rendre la transition vers l’hydrogène vert plus réalisable d’ici 2030. 

Accelera investit activement dans la capacité de production de produits pour parvenir à une production d'hydrogène à très grande échelle avec une grande modularité et avec la plus petite empreinte du marché. Le concept est de permettre la production d’hydrogène avec flexibilité pour réduire les coûts d’exploitation et réduire le coût de l’hydrogène par kg à mesure que le réseau se décarbonise. En d’autres termes, il s’agit de fournir un électrolyseur de taille optimale, capable d’ajuster sa capacité en fonction du facteur de charge en énergie propre disponible et d’augmenter son efficacité en produisant davantage d’hydrogène.

Favoriser le changement structurel

Il existe cependant des obstacles importants à une économie mondiale de l’hydrogène. Outre le coût actuel de production d’hydrogène propre, le plus grand défi réside peut-être dans l’ampleur des infrastructures requises : construire un réseau pour acheminer l’hydrogène de l’endroit où il est produit jusqu’à là où il sera utilisé. 

Une option consiste à créer un réseau de pipelines d’hydrogène. Si le pipeline existant peut être réutilisé, cela pourrait constituer l’une des solutions de distribution les moins coûteuses. Les gazoducs existants et les infrastructures associées dans la plupart des pays pourraient être adaptés pour être utilisés pour l’hydrogène, mais réaliser cette transition serait complexe et nécessiterait encore des investissements et du temps importants. 

Une autre option consiste à transporter l’hydrogène par camion depuis l’endroit où il est produit jusqu’à là où il est nécessaire. Pour que le processus reste sans émissions, ces camions de distribution devraient également être des véhicules zéro émission et nécessiteraient leur propre infrastructure de ravitaillement pour transporter l'hydrogène à travers le pays, perpétuant ainsi le scénario de la poule et de l'œuf.

Heureusement, nous assistons à l’émergence d’un réseau de partenariats publics et privés cherchant à apporter des solutions à ce problème complexe. Mais il faudra bien plus de collaboration entre les gouvernements qui importent et exportent de l’énergie, les fournisseurs d’électricité renouvelable, les fabricants de gaz industriels, les services publics d’électricité et de gaz, les constructeurs automobiles, les sociétés pétrolières et gazières, les grandes sociétés d’ingénierie et les villes. Les investissements dans l’hydrogène ont le potentiel de stimuler une nouvelle croissance technologique et industrielle à l’échelle mondiale, conduisant à la création d’emplois qualifiés.

Pourquoi l’électrolyse à grande échelle est-elle importante ?

Il est important de développer les projets et les capacités d’électrolyse pour plusieurs raisons : 

Diminuer le coût de l'hydrogène 

L’hydrogène zéro émission est cher aujourd’hui, et son coût doit baisser pour permettre une large adoption. Grâce aux économies d'échelle et aux innovations technologiques, à mesure que les coûts de production diminuent, les coûts pour les clients diminuent également, ouvrant la voie à une adoption sur davantage de marchés et de régions. À mesure que l’utilisation de l’hydrogène se généralise, les infrastructures suivront. 

Expansion de la décarbonisation 

L’hydrogène abordable permettra à d’autres secteurs, tels que les transports à moyen et long terme et les processus industriels, de se décarboner. Cela facilitera une adoption plus large des véhicules alimentés par pile à combustible et réduira les niveaux d’émissions des secteurs difficiles à réduire comme les services publics, la production d’acier, d’ammoniac et de méthanol et le stockage saisonnier d’énergie.

Atteindre les objectifs climatiques mondiaux 

À la suite de l’Accord de Paris sur le climat en 2015, de nombreux pays et entreprises ont fixé des objectifs climatiques ambitieux dans le but de transformer le mix énergétique mondial et de maintenir le réchauffement climatique en dessous de 1.5 °C. La production d’hydrogène à zéro émission joue un rôle clé dans cette transformation. 

Dans le cadre des efforts visant à réduire les coûts de production et à établir un changement global – de la politique et de la réglementation aux investissements, à la recherche et au développement – ​​de plus en plus de projets d'électrolyseurs obtiennent le feu vert dans le monde et les entreprises recherchent des solutions viables pour se décarboner. Selon l’Hydrogen Council, plus de 1,000 2023 propositions de projets hydrogène ont été annoncées dans le monde en 795, dont 2030 prévoient un déploiement total ou partiel d’ici 32. Et 2030 milliards de dollars d’investissements directs ont été annoncés jusqu’en XNUMX. 

Avec des projets comme Bécancour, le Projet d'électrolyseur de 35 MW avec Linde et la Projet de système d'électrolyseur de 90 MW avec Varennes Carbon Recycling, Accelera™ s'engage à contribuer à accélérer la transition vers une économie de l'hydrogène sans émissions et à soutenir les efforts mondiaux de décarbonation.