Nous suivre Industrie Techno

Exclusif

« L’hydrogène bleu ne peut en aucun cas être considéré comme une énergie verte », tranche Robert W. Howarth de l’université de Cornell (New York)

Aline Nippert
Soyez le premier à réagir

Soyez le premier à réagir

« L’hydrogène bleu ne peut en aucun cas être considéré comme une énergie verte », tranche Robert W. Howarth de l’université de Cornell (New York)

© Cornell University Photography

Sortie jeudi 12 août, une étude américaine a fait grand bruit : l'hydrogène bleu (produit à partir de gaz naturel avec captage de CO2) serait presque aussi polluante que l'hydrogène gris (sans captage de CO2). Co-auteur de l'étude, le chercheur Robert W. Howarth de l’université de Cornell en détaille les résultats pour Industrie & Technologies. Et appelle à se détourner de ce mode de production d'hydrogène.

Le bleu n'est pas vert dans l'hydrogène. C’est ce qui ressort d’une récente étude américaine, publiée dans la revue scientifique Energy, Science and Engineering jeudi 12 août. Les émissions d’équivalent CO2 (CO2 éq) de l’hydrogène bleu (produit par vaporéformage de gaz naturel avec captage de CO2) ne seraient inférieures que de 9 à 12 % à celles de l’hydrogène gris, produit par vaporéformage de gaz naturel sans captage de CO2 associé. Pire encore, cet hydrogène émettrait 20 % d’équivalent CO2 de plus que la combustion directe de gaz naturel ou de charbon. Ces émissions sont calculées par unité d'énergie produite par combustion de l'hydrogène (et des autres combustibles).

Ces résultats résonnent comme un coup de tonnerre alors que l’hydrogène bleu est considéré par l’industrie comme une étape indispensable pour transiter vers l’hydrogène vert (produit à partir d’énergie renouvelable), à l’heure où se précisent différents plans hydrogène nationaux en Europe et dans le monde.

Dans une interview exclusive pour Industrie & Technologies, le chercheur Robert W. Howarth de l’université de Cornell (New York), l’un des deux auteurs principaux, détaille cette étude et pointe le coupable : le méthane, un puissant gaz à effet de serre inhérent à l’exploitation de gaz naturel, dont le potentiel réchauffant est 86 fois plus important que le CO2 sur une période de 20 ans.

Industrie & Technologies : L’hydrogène bleu est, comme l'hydrogène gris, produit par un procédé de vaporéformage mais il a l'avantage de capter le CO2 émis lors du process. Alors comment se fait-il que l’hydrogène bleu émette seulement 9 à 12 % d’équivalent CO2 en moins que l’hydrogène gris ?

Robert W. Howarth : La raison principale en est que le CO2 n'est qu'une partie du problème du point de vue du réchauffement climatique. Le procédé de vaporéformage utilise du CH4 (le méthane du gaz naturel): à la fois comme matière première (qu'il transforme en CO2 et en H2) et comme combustible de chauffe. Or pour chaque gramme de méthane entrant dans le process, il y a une petite quantité de méthane qui a été perdue - émise dans l'atmosphère - tout au long de la chaîne d'approvisionnement, de la production à la distribution. Et comme le méthane est un gaz à effet de serre incroyablement puissant, ces fuites ont un fort impact, supérieur même à celui du CO2 généré lors du vaporéformage.

La capture - seulement partielle, d'ailleurs - du CO2 de l'hydrogène bleu ne réduit en rien l'usage du méthane et les fuites associées. Elle accroît même la consommation de méthane si on considère que l'électricité nécessaire à la capture du CO2 est produite par une centrale à gaz. D'où le gain global pour le climat très réduit de l'hydrogène bleu par rapport à l'hydrogène gris. Et ce résultat encore plus marquant : l’impact sur le climat de l’hydrogène bleu est même plus important que celui de la combustion directe de gaz naturel (de l’ordre de 20 %).

Alors que plusieurs pays envisagent de passer par l’hydrogène bleu pour le déploiement de la filière, vous dites être les premiers à publier un travail scientifique (avec comité de lecture) sur l’impact environnemental de l’hydrogène bleu. Comment est-ce possible ?

Il y a deux ans, l’Etat de New York a promulgué une loi dans l’optique d’atteindre la neutralité carbone d’ici 2050. J’ai fait partie d’une Commission d’une vingtaine de personnes, chargée d’élaborer les détails du plan d’action climatique. C’est là que j’ai entendu pour la première fois parler de l’hydrogène bleu, par les représentants des industries du gaz naturel.

Il s’agit en fait d’un concept plutôt récent, mais intensément promu depuis 2017 par « Le Conseil de l’Hydrogène », organisation fondée par le pétrolier britannique Shell qui regroupe beaucoup de majors du gaz et du pétrole, parmi lesquels l’énergéticien français Total. Ils sont très actifs à Bruxelles et promeuvent notamment l’idée de chauffer nos logements avec de l’hydrogène dans le futur.

Qu’est-ce qui vous a mis la puce à l’oreille ?

Les représentants gaziers mettaient en avant l’hydrogène bleu pour que l’Etat de New York atteigne ses objectifs climatiques, arguant qu’il s’agissait d’un type d’hydrogène très, très bas carbone grâce à la capture et la séquestration de CO2. Or, en tant que scientifique, je travaille sur le gaz naturel depuis 20 ans… Je doutais du fait que, en exploitant du gaz naturel qui émet du méthane, ce type de procédé puisse avoir un faible impact environnemental.

Comme il n’existait pas de documentation scientifique sur le sujet, j’ai proposé à Mark Z. Jacobson de se joindre à mes recherches, en tant qu’ingénieur spécialisé sur la capture du carbone à l’université de Stanford. Nous travaillons d’arrache-pied sur la question depuis janvier dernier.

Il existe plusieurs types d’hydrogène issus de sources d’énergie fossile. Pourquoi vous êtes-vous concentré sur celui produit à partir de gaz naturel ?

Aujourd’hui, la grande majorité de l’hydrogène est en effet produite à partir d’énergie fossile (96%), en particulier à partir de vaporéformage du méthane présent dans le gaz naturel (hydrogène gris) et de gazéification du charbon (hydrogène noir). Nous avons évalué les émissions d’équivalent CO2 de l’hydrogène bleu à partir de gaz naturel, car c’est ce procédé de production qui domine en Europe et en Amérique du Nord. Mais en Chine, c’est plutôt l’hydrogène issu du charbon qui prévaut.

Que prend en compte votre analyse et quelles sont les principales hypothèses sur lesquelles vous vous êtes appuyés ?

Nous avons d'abord considéré la réaction elle-même de transformation du CH4 en H2 et CO2 ainsi que la génération des hautes température et pression nécessaires au vaporéformage. Comme celle-ci, dans le cas de l'hydrogène gris, est étant principalement générée par la combustion de gaz naturel, nous supposons que ce sera également le cas pour l’hydrogène bleu en Europe et en Amérique du Nord.

Nous avons aussi pris en compte la capture du CO2 émis lors du process et enfin la génération d'électricité nécessaire à cette capture du CO2 en faisant l'hypothèse que l'électricité était produite par une centrale à gaz.

Nous avons déterminé pour tous ces éléments les quantités de CO2 émis (et capturé) et de méthane consommé puis nous avons intégré les émissions liées à l'extraction, le traitement, le transport et le stockage du méthane. D'une part les émissions de CO2, estimées à 7,5% des émissions directes de CO2 issues de la combustion du méthane, et, d'autre part, les fuites de méthane lors de l'extraction (2,6%) et lors du stockage-transport (0,8%).

Comparaison des émissions CO2 équivalent (en grammes) par unité d’énergie (en mégajoules) associées à la production d’hydrogène gris et d’hydrogène bleu – avec captage du CO2 issu de l’évacuation des gaz ou sans ce captage –, ainsi qu’à la combustion de gaz naturel, de gazole et de charbon. La production d’hydrogène bleu génère 135 ou 139 g de CO2eq/MG, à savoir 9 à 12% plus que l’hydrogène gris (153 g de CO2eq/MG).

N’est-il pas possible de minimiser les émissions de méthane, voire de les éradiquer ?

Avec les procédés industriels actuellement en œuvre, il est impossible de supprimer les émissions de méthane. Certaines sont dues à des fuites accidentelles, il est en effet très difficile de transporter puis stocker un gaz sans aucune perte. L’autre partie du méthane est relâchée délibérément dans l’atmosphère, lors de la ventilation des pipelines (natural-gas venting).

Nous avons toutefois joué sur les paramètres, et même en estimant que le taux d’émission de méthane associé à la production d’hydrogène bleu n’est que de 1,5 %, cela ne change en rien nos conclusions.

Vous avez noté l’existence de deux installations d’hydrogène bleu à l’échelle commerciale : la première est opérée par Shell, en Alberta (Canada), la seconde par Air Products au Texas (Etats-Unis). Les technologies de capture et de séquestration du CO2 sont encore en cours de développement, peut-être leur rendement peut-il encore sensiblement s’améliorer ?

Là encore, si notre hypothèse de base consiste à dire que 85 % du CO2 est capturé pendant le procédé vaporéformage et 65% lors de l’évacuation des gaz, nous avons exploré différentes estimations. Le meilleur taux recensé atteindrait les 90% de rendement. En plus de douter de ces chiffres, nous sommes partis d’un présupposé très optimiste : que le dioxyde de carbone puisse être stocké définitivement, sans aucune fuite. Cela n’a jamais été démontré.

De plus, la capture de carbone ne change rien sur les émissions de méthane, un gaz à effet de serre très puissant.

En un sens, les émissions de CO2 équivalent que vous avez calculées sont probablement sous-évaluées…

Oui, nous pouvons le formuler de cette façon. L’hydrogène bleu et a fortiori le gaz naturel ne peut, d’aucune manière, être considéré comme une énergie verte, il n'apporte aucun bénéfice en termes de décarbonation. Pire, il ne fait que reporter d’autres actions nécessaires et véritablement capables de décarboner l'économie mondiale de l'énergie. Le stade de réchauffement climatique que nous avons atteint est tel qu’il faut désormais cesser de brûler des énergies fossiles.

Avez-vous reçu beaucoup de réactions après la publication de votre papier ?

Sur le réseau social Twitter, des personnes ont mis en doute notre démarche, affirmant que nous n’avons pas testé nos hypothèses… ce qui est évidemment faux.

Mais j’ai surtout reçu des messages positifs, où les gens me remercient d’avoir effectué ce travail. Certaines personnes sont inquiètes, notamment au Royaume-Uni : le plan énergétique britannique vient de sortir et le gouvernement mise beaucoup sur l’hydrogène bleu.

Bienvenue !

Vous êtes désormais inscrits. Vous recevrez prochainement notre newsletter hebdomadaire Industrie & Technologies

Nous vous recommandons

Un Institut de l'aviation durable est annoncé à Toulouse pour accélérer la décarbonation de l'aéro

Un Institut de l'aviation durable est annoncé à Toulouse pour accélérer la décarbonation de l'aéro

Des équipes de l'Isae-Supaéro, de l'Enac et de Toulouse School of Economics (TSE) ont jeté les bases de l'ISA,[…]

Du sucre pour accroître la durée de vie des batteries Lithium-Soufre

Du sucre pour accroître la durée de vie des batteries Lithium-Soufre

Stockage des ENR : Entech se lance en Bourse pour intensifier sa R&D et s'implanter à l'international

Stockage des ENR : Entech se lance en Bourse pour intensifier sa R&D et s'implanter à l'international

Trois projets d’avions légers verts présentés lors de la semaine de la mobilité aérienne légère verte et durable à Toulouse

Trois projets d’avions légers verts présentés lors de la semaine de la mobilité aérienne légère verte et durable à Toulouse

Plus d'articles