Biomasse hydrogène et Green Deal: Il est possible de contourner les lois de la thermodynamique avec une directive CE?

Dernière mise à jour le 14/08/2020 par Piero Mattirolo

Re-publication d'un article de Mario A. Rosé sur Agronotizie.

L’European Green Deal (Texte italien en Cette page), fortement soutenu par l'administration Von der Leyen, est le manifeste que la classe politique européenne propose comme recette pour:

“... construire une Europe dans laquelle il n'y aura pas de pollution locale, ni perte de biodiversité, ni impact global sur le climat, ni pauvreté énergétique, les entreprises seront compétitives, la société juste et prospère, et personne ne sera laissé pour compte”.

Lisez avec un esprit critique, purement technique et dépourvu de parti pris idéologique, le document ressemble plus à une liste de souhaits utopique qu'à une ligne directrice, car il manque des actions concrètes pour atteindre les objectifs fixés. Le contenu comprend plusieurs affirmations qui ne sont étayées par aucune preuve, Par exemple:
“La baisse rapide du coût des énergies renouvelables, combiné à une meilleure définition des politiques d'accompagnement, a déjà réduit l'impact des énergies renouvelables sur la facture énergétique des ménages” (sic).

La série historique d'ARERA (Autorité de régulation de l'énergie, Réseaux et environnement), reproduit sur la photo 1, refuser cette réclamation, au moins en ce qui concerne les familles italiennes. Dans les années de boom des énergies renouvelables, une tendance à la hausse du prix total est clairement observée, causée par l'effet combiné des impôts – qui restent constants ou légèrement en croissance – et les frais de système qui augmentent également lorsque le prix de l'énergie baisse.

Figure 1: Données officielles deARERA sur l'évolution du prix de l'électricité aux ménages et de ses éléments de coût. La source https://www.arera.it/it/dati/eep35.htm, fichier https://www.arera.it/allegati/dati/ele/eep35new.xls , élaboration graphique par l'auteur.

Le rôle de l'hydrogène dans le Green Deal

Outre l'examen point par point de la Accord vert, dans cet article nous nous limiterons à analyser l'un des «mantras» de la rhétorique écologique: l'économie de l'hydrogène. Nous vérifierons ensuite le potentiel des procédés de gazéification de la biomasse et s'ils peuvent donc représenter une opportunité concrète pour les fermes italiennes.

Dans le secteur des énergies renouvelables, la "nouvelle économie de l'hydrogène" est le sujet le plus brûlant du moment. L'actualité la plus récente vient d'Allemagne et concerne l'inauguration d'un train -de la production franco-allemande- équipé de bouteilles d'hydrogène comprimé qui alimentent les piles à combustible et d'un parc de bus à hydrogène -de la production belge- dans la ville de Hürth (près de Cologne). Certainement le nouveau train Coradia iLint il n'émet pas de fumée de sa cheminée, mais il n'est pas clair si l'hydrogène qu'il utilise est produit par l'allemand Linde- peut être considéré comme «propre». L'hydrogène qui alimentera les bus, au lieu, c'est le sous-produit d'un centre industriel chimique, mais l'article cité ne précise pas s'il s'agit de l'hydrogène résiduel issu de la production de soude caustique - en principe «propre»- ou la production de polyéthylène ou de PVC - produits dérivés du pétrole. Il n'est pas non plus clair si le coût plus élevé d'un train ou d'un bus à hydrogène par rapport à la simple électrification des lignes est économiquement justifié ou par une ACV (analyse du cycle de vie). Le revenu d'image des hommes politiques français et allemands, en revanche, est incontestable. le Accord vert a été immédiatement évoqué dans la presse, malgré son 25 pages le mot hydrogène apparaît seul 3 fois, spécifier -sans le définir- qu'il s'agit de "l'hydrogène propre". En réalité, une étude de la IEA (Agence internationale de l'énergie, figure 2) montre que l'hydrogène actuellement sur le marché est tout sauf propre: les 73% de la production mondiale provient du gaz naturel, les 26% du charbon et seulement 1% pourrait être considéré comme de «l'hydrogène propre» auquel le texte de la Accord vert. L'étude de l'AIE montre que, en ce moment, le coût de production d'hydrogène à partir d'énergie renouvelable - compris comme uniquement l'énergie photovoltaïque et éolienne, laissant de côté toutes les autres formes- c'est prohibitif.

Photo 2: Coût de production d'hydrogène à partir de différentes sources d'énergie
(Source de la photo: IEA, Coûts de production d'hydrogène par source de production, 2018, IEA, Paris)

L'auteur a déjà exprimé quelques perplexités sur le bavardage “économie de l'hydrogène” dans l'articleHydrogène issu du biométhane, biométhane d'hydrogène. Ici, il est utile de rappeler que la thermodynamique n'est pas un avis et que ses lois ne peuvent pas être dérogées avec une directive européenne. S'il y aura une entreprise sur”hydrogène propre” A l'avenir, on peut être sûr qu'il ne se développera que grâce aux subventions publiques, finalement payé de nos poches.
Pourquoi tant d'intérêt pour l'hydrogène si, comme nous le verrons plus tard, l'efficacité de son utilisation ne le justifie pas? La Photo 3 nous donne un indice sur quels pays seront les principaux bénéficiaires des subventions substantielles qui seront accordées au nom du Green deal, et quelle est la part de l'Italie. Tirez au lecteur ses propres conclusions.

Photo 3: Classification par nationalité des industries affiliées à Hydrogen Europe
(Source de la photo: pagina Hydrogen Europe, élaboration graphique par l'auteur)
Cliquez sur l'image pour l'agrandir

Technologies de production d'hydrogène

L’Alliance européenne pour l'hydrogène propre (Jeter) a été inauguré par une réunion d'experts et de fonctionnaires le 8 juillet 2020. D'elle déclaration il semble que la seule technologie pour produire “hydrogène propre” à la fois électrolyse de l'eau, en utilisant le surplus d'énergie éolienne et photovoltaïque. La raison pour laquelle l'auteur déclare si catégoriquement qu'une économie basée sur l'hydrogène ne peut pas être compétitive sans subventions de l'État est que, à l'heure actuelle, il n'y a que trois façons de produire de l'hydrogène à l'échelle industrielle:

  1. Electrolyse de l'eau.
    C'est la solution proposée lors de la crise pétrolière qui a caractérisé les années 1970. La raison est due au concept très simple – seulement apparemment– capable de catalyser les faveurs des politiciens et de l'opinion publique. La solution consiste à stocker l'excédent d'énergie solaire photovoltaïque et éolienne sous forme d'hydrogène et d'oxygène. Les alternatives d'exploitation sont: la vente d'oxygène aux industries pour leurs procédés de production et la distribution d'hydrogène en remplacement du gaz naturel, ou recombiner l'hydrogène et l'oxygène dans les piles à combustible pour répondre aux pics de demande électrique. Les raisons pour lesquelles les deux alternatives ont échoué dans les années de la crise pétrolière, ils sont commerciaux aussi bien que thermodynamiques et n'ont rien à voir avec d'obscures conspirations des lobbies pétroliers, Loges maçonniques ou “forts pouvoirs”. Quant à l'oxygène, il existe des méthodes moins chères et plus efficaces pour l'obtenir directement à partir de l'atmosphère, là où c'est nécessaire, sans avoir besoin de le séparer de l'eau, le comprimer et le transporter dans des cylindres. D'un autre côté, l'hydrogène ne peut pas remplacer le gaz naturel pour une longue série de raisons techniques (voir l'article de l'auteur cité plus haut). Quant à la production d'électricité de pointe ou, comme dans le cas du trainCoradia iLint, le remplacement des combustibles fossiles dans le secteur des transports, l'efficacité globale du cycle ne justifie pas la solution proposée. Les efficacité de l'électrolyse, avec les meilleures technologies actuellement disponibles, il est né en 70%. Cela signifie qu'ils seraient nécessaires 6,299 kWh d'électricité pour chaque kilogramme d'eau à produire 1,24 Nm3 en H2 e 0,622 Nm3 d'O2 (Réf[je]). L'efficacité de la production d'électricité des piles à combustible va de 40% Al 60% (Réf.[ii] e[iii]). L'efficacité globale de l'ensemble du cycle est donc comprise entre 28% et le 42%. En pratique, il faut aussi considérer la consommation électrique pour produire l'eau déminéralisée nécessaire à l'hydrolyse, pour le pomper dans les cellules et, enfin, pour stocker H.2 et le O2 dans des cylindres à haute pression. Par conséquent, le rendement réel du cycle serait encore plus faible, mais qu'il soit là’ECHA che l’jeEA néglige cet aspect du processus. A titre de référence, rappelons qu'un cogénérateur de biogaz endothermique a un rendement de génération électrique de l'ordre de 38%-42%.
  2. Hydrogène dérivé de l'industrie chimique.
    La production de soude caustique est réalisée par électrolyse d'une solution de sel commun (ClNa) dans l'eau, obtenir de l'hydrogène et du chlore comme sous-produit. La production de certains plastiques génère également de l'hydrogène comme sous-produit. L'hydrogène sous-produit industriel est certainement une ressource à utiliser lorsqu'elle est disponible, mais il ne peut certainement pas répondre à la demande énergétique de tout un continent. En Italie, l'hydrogène sous-produit de l'usine pétrochimique de Marghera représente un autre exemple de ressource gaspillée en raison de trop de lois contradictoires et de l'immobilité bureaucratique (si tu vois, du même auteur, l'histoire du vaporetto à hydrogène construit à Venise).
  3. Réaction entre le carbone et l'eau.
    Le carbone peut réagir avec l'eau à haute température, selon ce qui suit réactions:
    • Réaction de déplacement de gaz d'eau, représenté schématiquement par: CO + H2O → CO2 + H2. La réaction est catalysée par Fe2O3 o Cr2O3.
    • Gazéification du charbon, C + H2O → CO + H2, est une réaction qui se produit entre le charbon et la vapeur d'eau à des températures supérieures à 1000 °C. Il était utilisé à la fin du XIXe et au début du XXe siècle pour produire du gaz de ville..
    • Réforme du gaz naturel. La réaction CH4 + H2O → CO + 3H2 se produit entre le méthane et la vapeur d'eau à une température comprise entre 700 e je 1100 °C.

Étant donné que la biomasse végétale est composée approximativement de 50% C, 6% H, e 41% O (Réf.[iv]), leur gazéification à des températures supérieures à 1000 °C, avec de la vapeur ajoutée, effectue les trois réactions décrites ci-dessus. le résultat est un riche mélange de H2, appel gaz de synthèse, duquel il est relativement facile de séparer le dioxyde de carbone (CO2). Le procédé de gazéification de la biomasse est cependant plus complexe et inefficace que le reformage du gaz naturel, raison pour laquelle l'industrie préfère ce dernier. Si la politique décide d'encourager la gazéification de la biomasse et de pénaliser le reformage du gaz naturel, donc un nouveau marché s'ouvrirait pour les fermes, celui de”hydrogène propre” produits avec leurs déchets lignocellulosiques.

D'un point de vue purement thermodynamique, la gazéification de la biomasse est moins chère que l'électrolyse de l'eau car elle utilise la chaleur produite par la combustion d'une fraction de la biomasse. Selon une étude publiée par l'AIE(Réf.[v]), la production d'hydrogène par gazéification de biomasse est réalisable à condition que le procédé n'utilise pas d'air mais de l'oxygène pur et de la vapeur, car l'azote atmosphérique finirait dans le gaz de synthèse, et étant un gaz inerte légèrement soluble, il est très difficile à séparer de l'hydrogène.

L'étude en question analyse données de trois usines pilotes (des universités de Vienne, Centre de recherche Stuttgart e l'Energy Pays-Bas) dans lequel la gazéification est réalisée avec la vapeur générée par la combustion de la biomasse par chauffage indirect, utiliser l'air comme oxydant tout en évitant que l'azote atmosphérique ne se retrouve dans le gaz de synthèse. Ces technologies produisent du gaz de synthèse avec une teneur en H.2 entre 27 e 45%. L'Etude de’jeEA analyse également les performances d'une nouvelle technologie, cette ÊTRE (Réforme améliorée par sorption), qui utilise de la chaux vive (OCa) injecté dans le gazéifieur avec la biomasse dans le but d'éliminer le CO2 lors de la gazéification et favoriser la production d'hydrogène. Lors des tests de prototypes aux universités de Vienne et de Stuttgart, La technologieÊTRE a produit du gaz de synthèse avec 73% en H2. L'efficacité globale de la gazéification de la biomasse est 69%, donc presque égal à celui de l'électrolyse de l'eau, avec l'avantage de ne pas dépendre des déséquilibres entre la production solaire/éolien et la demande du réseau. L'étude économique indique que, à l'état actuel de la recherche, la gazéification de la biomasse n'est économique que si le prix de l'hydrogène est supérieur à 2,70 euro / kilogramme.

Conclusions

Du Photo 2 nous observons que l'hydrogène du charbon, ou à partir de gaz naturel, c'est toujours le plus compétitif. L'”hydrogène propre” vanté par la dameVon der Leyen et par M.Timmermans, basé exclusivement sur l'électrolyse de l'eau utilisant l'énergie éolienne et photovoltaïque en excès, il n'est compétitif que s'il est subventionné avec de l'argent public. Éveille les soupçons, ou du moins la perplexité, le fait que l'UE a l'intention d'allouer des fonds publics substantiels à la technologie de l'électrolyse, lorsque l'UE elle-même considère hydrogène et biométhane venir vecteurs énergétiques équivalents.

La technologie pour produire du biométhane est beaucoup moins chère, et le biométhane est 100% compatible avec les infrastructures existantes: alors pourquoi allouer des ressources massives à l'hydrogène? Il semble également étrange que le biohydrogène produit parfermentation sombre – une technologie très proche de celle de la méthanisation– ainsi que la gazéification de la biomasse n'ont pas été minimalement envisagées par la classe politique bruxelloise. Les technologies de gazéification de la biomasse les plus avancées sont capables de produire du gaz de synthèse à haute teneur en hydrogène, avec la même efficacité énergétique que les électrolyseurs, mais ils sont encore au stade expérimental, ils ne représentent donc pas une opportunité pour les exploitations à court et moyen terme.

D'un point de vue purement technique, nous pouvons prouver avec une certitude mathématique qu'un train diesel conventionnel, converti pour fonctionner au biométhane, aurait la même efficacité globale que leCoradia iLint Franco-allemand. Cette conversion est parfaitement à la portée des ateliers de laChemins de fer italiens, cela ne nécessiterait qu'une dépense modeste – entre autres, non soumis au paiement de redevances à des sociétés étrangères– et l'achat de biométhane par le Grouper FS cela favoriserait les entreprises agro-énergétiques locales.

Bibliographie

[je] Université de Naples, Cours sur les technologies de l'énergie, Module de technologie de l'hydrogène.
[ii] Marina Ronchetti; Réservoirs de carburant. État de développement et perspectives de la technologie; Publication Enea, 2008.
[iii] US D.O.E.,Fiche d'information sur les piles à combustible.
[iv] Channiwala S.A., Sur le processus de gazéification de la biomasse et les développements technologiques. Thèse de doctorat, Département de génie mécanique, Iit, Bombay 1992). Les valeurs obtenues par Channiwala sont rapportées sur le site de laFondation biomasse énergie.
[v] Reliure Matthias, Michael Kraussler, Matthias Cuba, et Markus Luisser; Hydrogène issu de la gazéification de la biomasse, Aie Bioénergie; ISBN 978-1-910154-59-5, 2018.

5 Réponses à "Biomasse hydrogène et Green Deal: Il est possible de contourner les lois de la thermodynamique avec une directive CE?”

  1. Grazie di questo approfondito dettaglio sull’argomento “Hydrogène”, divenuto così di moda nell’ambito UE.

    Al riguardo segnalo un interessante articolo recente dell’amico Prof. Samuele Furfari sempre sul tema “Hydrogène” che potrebbe risultare utile a complemento di quanto ottimamente scritto dal Dr. Mario Rosato qui sopra:

    “https://www.latribune.fr/opinions/hydrogene-enieme-utopie-de-l-ue-ou-comment-se-chauffer-en-brulant-des-sacs-louis-vuitton-853316.html?utm_source=Energy+geopolitics&utm_campaign=9d8b65cbf5-EMAIL_CAMPAIGN_2020_07_22_04_39&utm_medium=email&utm_term=0_1fc3386348-9d8b65cbf5-413909217

  2. Penso che non ci sia da scomodare troppo la Termodinamica per rendere evidente che c’è un’azione di lobbying dietro questa nuova politica che supporta la diffusione dell’idrogeno.
    Avvenne negli anni ‘90 (ma anche prima negli anni ‘60 collegato col nucleare) ed ora si ripresenta. Per l’Italia sarà da acquistare tutta tecnologia straniera (da cui i notevoli fondi fornitici). Ma questo già vale per il settore del biogas. Si risolverà in un grande flop dovuti agli intrinseci alti costi (vedi auto elettrica).

    1. Sono d’accordo che c’è una certa confusione sull’idrogeno. Certamente ha la sua attrattiva come combustibile pulito, ma si tende a confonderlo con una fonte energetica, mentre non è che un vettore e non senza complicazioni tecniche nel suo stoccaggio. Quanto alle lobby, ce ne sono per tutte le energie e non ci vedo niente di male nel propugnare le proprie ragioni. Meno condivisibile trovo la preoccupazione per l’acquisto di tecnologia straniera, tanto più che proprio il settore del biogas sta a dimostrare che l’industria italiana ha saputo rafforzarsi in questo settore ed oggi i tre leader del settore sono tutti italiani e stanno consistentemente esportando tecnologia in tutto il mondo. Per non parlare del settore del gas naturale e del biometano, su cui l’Italia ha storicamente una chiara leadership.

  3. Sarebbe però opportuna una seria riflessione se siano davvero utilmente spesi (visto che vengono prelevati dalle Bollette dei consumatori elettrici) questo immane volume di risorse economiche per finanziare questo o quel settore opportunista , sulla base di un’ideologia (quella del clima che è stravolgente per chi volesse semplicemente approfondire il tema , esaminando proprio la storia del clima anche solo negli ultimi 2-3.000 années!
    Forse è arrivata l’ora di darci un taglio nell’interesse di tutti e soprattutto dei consumatori elettrici che da molti anni pagano il balzello in Bolletta e questo continuerà almeno fino al 2032.

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