Depuis quelques années, l'hydrogène est présenté comme la solution miraculeuse pour développer à grande échelle les transports propres et le stockage de l'énergie. La combustion de l'hydrogène, qui ne produit que de l'énergie, de l'eau et de l'oxygène, est en effet 100% propre, et l'on peut certainement entrevoir son potentiel prometteur. Cependant, l'empreinte carbone de sa production varie considérablement en fonction de son origine. La filière hydrogène n'est pas forcément propre, et seul l'hydrogène décarboné suscite tant de convoitises.
- Historiquement, l'hydrogène industriel - également connu sous le nom de gris a été produit à partir de combustibles fossiles et son bilan environnemental est insatisfaisant, voire médiocre, selon que le CO2 émis lors de sa production est capturé et stocké. L'hydrogène gris est un sous-produit inévitable du raffinage du pétrole (désulfuration du pétrole) et de la production d'ammoniac.
Aujourd'hui, plus de 90% de l'hydrogène produit dans le monde est gris, mais cette proportion est appelée à diminuer significativement au profit de l'hydrogène vert et bleu.
- Tous les regards sont désormais tournés vers la production de vert l'hydrogène, c'est-à-dire l'hydrogène produit à partir d'électricité décarbonée (énergie solaire, éolienne, nucléaire et hydraulique).
- Certains chercheurs s'intéressent également à l'exploitation des blanc l'hydrogène natif, c'est-à-dire l'hydrogène d'origine naturelle. Aussi surprenant que cela puisse paraître, les connaissances sur l'existence et les possibilités d'extraction de cet hydrogène natif sont encore rudimentaires. Pour l'instant, l'hydrogène blanc reste le rêve de quelques pionniers. Les connaissances qui s'y rapportent sont inchoatives et les volumes accessibles inconnus. Son cycle de recherche et son développement potentiel seront longs. Si cette voie s'avérait économiquement viable, elle serait très probablement explorée par les grands producteurs de pétrole grâce à leur expertise en matière d'extraction in situ.
- Enfin, les grands groupes pétroliers et pétrochimiques appellent à une phase transitoire en utilisant des produits de l'UE. bleu l'hydrogène. Produit à partir de gaz naturel, il peut être considéré comme propre tant que toutes les émissions de CO2 et les émissions de méthane sont capturées.
Pour les décennies à venir, l'hydrogène vert et l'hydrogène bleu seront les axes majeurs de développement de l'industrie de l'énergie. Mais cette ambition se heurte à trois contraintes.
Contrainte 1 : Demande par rapport à la capacité
Rien n'est plus imminent que l'impossible".
- Victor Hugo, Les Misérables
Les attentes environnementales vis-à-vis de l'industrie semblent aujourd'hui démesurées, car les besoins en capacité de production d'énergie sont d'une ampleur titanesque si l'on veut envisager de décarboner une part significative du marché. Pour rappel, la consommation mondiale d'énergie sert principalement l'industrie (29%), les transports terrestres et aériens (29%) et la consommation résidentielle (21%).
Actuellement, le secteur de l'hydrogène répond à moins de 2% des besoins énergétiques.
Pour couvrir la consommation mondiale d'énergie en 2030, il faudrait couvrir une surface de la taille de la France de panneaux solaires photovoltaïques, selon Land Art Generator (US). Et ce, en supposant que ces panneaux bénéficient d'un ensoleillement optimal et constant et qu'ils offrent un rendement maximal. Les rendements observés de l'énergie solaire étant aujourd'hui de 25%, la logique voudrait que l'on utilise une surface quatre fois plus grande que la France pour atteindre le même objectif.
Ces chiffres permettent de comprendre pourquoi les grandes puissances envisagent aujourd'hui de réinvestir massivement dans l'industrie nucléaire et de sécuriser leur accès aux gisements d'uranium à travers le monde. Un redéploiement massif de l'énergie nucléaire pour la production d'électricité pourrait permettre de résoudre l'équation environnementale dans 50 ans (changement climatique - objectifs du GIEC). Bien sûr, il reste à résoudre de nombreuses questions importantes, notamment celles de la sûreté nucléaire, du traitement et du stockage des déchets nucléaires. Mais étant donné que l'échelle de temps pour résoudre ces questions se mesure plutôt en centaines, voire en milliers d'années, qu'en 50 ans, certains évalueront rapidement les conséquences et décideront.
Contrainte 2 : un cycle de développement des grands projets qui ne peut être raccourci
La différence entre le possible et l'impossible se trouve dans la détermination.
- Gandhi
Les procédés d'électrolyse actuels offrent un faible rendement énergétique, et le secteur de l'hydrogène vert nécessitera la construction de gigafactéries, dont la technologie, la conception et la mise à l'échelle ne sont pas encore totalement maîtrisées.
Malgré toutes les tentatives d'accélération du processus, nous parlons de grands projets et leurs cycles de développement sont normalisés. Il faut un prototype ou un site d'essai de 10 à 20 MW avant de pouvoir lancer des sites de 100 MW - actuellement la capacité d'entrée visée pour jouer dans la cour des grands.
Ces grands projets suivent le cycle classique de l'ingénierie des grands projets tel que présenté ci-dessous. Si l'on prend l'exemple du processus de liquéfaction du gaz naturel, qui est le plus similaire en termes de complexité d'ingénierie et de construction à celui de l'électrolyse à grande échelle, il faudrait entre cinq et sept ans pour passer de l'étude de faisabilité à la mise en service du site d'essai.
Cycle d'ingénierie de grands projets
Ensuite, si l'on considère que le retour d'expérience du site de test se fera en parallèle de la conception et des études de faisabilité d'une gigafactory, il faudrait envisager cinq à sept années supplémentaires avant que la gigafactory ne puisse commencer ses opérations. Il serait raisonnable d'imaginer qu'une usine de 100 MW soit composée d'unités indépendantes, dont l'installation serait séquentielle sur une période supplémentaire de 12 à 24 mois. Sur la base de ce plan, il faudrait compter une quinzaine d'années au total pour créer une gigafactory avec une production effective de 100 MW.
Pour accélérer le cycle de développement de ces types de projets, les leviers suivants pourraient être activés :
- Sélectionner directement des prestataires de services qualifiés, en minimisant la phase d'appel d'offres. Sur la base de notre expérience dans des projets majeurs similaires, la solution de sélection "à livre ouvert" permet de réduire le délai de l'appel d'offres, tout en maintenant un contrôle efficace sur les dépenses d'investissement. Ce levier pourrait permettre de tronquer la phase d'appel d'offres, en gagnant potentiellement environ 12 mois.
- Commencer la construction du prototype et obtenir en parallèle les autorisations administratives et environnementales pour le site de la gigafactory. Ce levier permettrait de réduire le cycle de développement de quelques mois.
- Démarrer la capacité de l'usine de manière séquentielle, segmentée en unités discrètes, ce qui permet d'avancer le début de la production d'un an.
- Lancer l'ingénierie et la construction de la gigafactory parallèlement au prototype et gérer le retour d'information sur l'optimisation du processus par le biais d'un réaménagement (une approche disruptive rare mais efficace).
- Accélérer les cycles d'ingénierie et de construction en finançant un projet plus coûteux et en mobilisant plus de ressources à un moment donné.
Pour une urgence encore plus grande, des leviers plus perturbateurs pourraient être appliqués :
- La suppression de certaines contraintes administratives et environnementales et des retards qui en découlent.
- Développer des outils (informatique et IA), permettant d'accélérer considérablement la phase d'ingénierie.
- Travailler sur des unités plus petites et interconnectées pouvant être produites en série.
Dans tous ces cas, il faut accepter que les coûts et les risques résultant de l'utilisation d'un levier d'accélération soient plus élevés que ceux d'un cycle de développement traditionnel.
Contrainte 3 : Contrainte financière
Si vous devez demander combien cela coûte, c'est que vous n'avez pas les moyens de vous le permettre
- John Pierpont Morgan
Le développement de la filière hydrogène vert nécessite des investissements massifs et soutenus. Les grandes puissances l'ont enfin compris et agissent : plus de 30 pays ont annoncé des investissements totalisant près de 300 milliards d'euros pour développer la filière.
Cependant, ces investissements substantiels semblent encore insuffisants face au mastodonte carbone qui menace la planète. Selon les calculs de la Commission de transition énergétique partagés en avril 2021, 15 000 milliards de dollars doivent être investis entre 2021 et 2050 pour décarboner le marché mondial de l'énergie. C'est 50 fois plus que ce qui a été annoncé jusqu'à présent.
Comme l'a dit Bill Gates à travers son initiative Catalyst de Breakthrough Energy, les mondes scientifique, politique et économique ont déjà prouvé leur capacité à soutenir l'innovation dans le domaine de l'énergie et à lui donner un cadre de développement favorable. C'est ce qui s'est passé au cours des dernières décennies avec les énergies solaire et éolienne et les batteries lithium-ion.
Mais en 2021, nous n'avons plus le luxe d'attendre des décennies. Nous devons collectivement faire un bond en avant pour accélérer l'innovation en matière de décarbonisation et sa mise en œuvre. Il s'agit non seulement d'investir dans des proportions qui dépassent de loin les investissements réalisés dans le passé, mais aussi de nous affranchir des modèles financiers historiques de TRI. Voici une courte liste d'actions qui pourraient être mises en place :
- L'obtention d'un montant colossal de capitaux auprès des banques centrales, des pays, des institutions financières, des grandes fortunes et des philanthropes.
- Elle vise également une part importante de l'épargne personnelle (fonds de pension, fonds communs de placement, etc.).
- Renforcer les incitations en faveur des technologies de décarbonisation en mettant en œuvre des systèmes plus puissants que les taxes et crédits carbone (dont l'effet est ponctuel), par exemple en utilisant des taux d'intérêt spécifiques basés sur l'impact environnemental futur d'un projet.
- Ne pas fournir de retour financier (IRR) pour une partie du capital investi. Le rendement attendu deviendrait essentiellement environnemental...
- Breakthrough Energy, une organisation à but non lucratif, a levé plus d'un milliard d'euros pour son initiative Catalyst à la fin du mois de septembre 2021.
- Mettre en place des rapports environnementaux aussi fiables que les rapports financiers.
Les investissements dans la décarbonisation révolutionnent la finance par leur ampleur et la nature du rendement attendu ; celui-ci sera environnemental et non financier.
Jean-François Partiot - Associé - Accuracy
Hervé de Trogoff - Associé - Accuracy
Accuracy Talks Straight #3 - Industry Insight