Le rêve d’une économie mondiale alimentée par l’hydrogène renouvelable se précise, à l’exception d’un point de friction clé. Transporter de l’hydrogène d’un endroit à un autre augmente les coûts. La perte d’énergie est également un problème. Un moyen de transport peu coûteux, efficace et durable comblerait le vide, et apparemment l’ammoniac vert est en première ligne.
Obtenir de l’hydrogène d’ici à là
Le département américain de l’énergie fait partie de ceux qui lorgnent sur l’ammoniac pour améliorer la rentabilité du stockage et du transport de l’hydrogène. La formule chimique de l’ammoniac est NH3. Le défi est de savoir comment éliminer l’hydrogène quand c’est nécessaire, de manière économique et efficace.
En 2006, le département de l’énergie a publié un livre blanc dans lequel il expliquait pourquoi l’ammoniac valait la peine d’être poursuivi, plutôt que de transporter l’hydrogène seul.
Le ministère de l’Énergie a supposé que de nouveaux pipelines spécialement conçus pour le transport de l’hydrogène ne seraient pas envisagés, du moins pas pendant les premières années du marché de l’hydrogène en expansion. C’était une observation prémonitoire compte tenu de l’opposition à l’oléoduc Keystone XL et à d’autres pipelines d’énergie fossile ces dernières années.
L’agence a également noté que des alternatives au camion et au rail étaient disponibles, mais qu’elles étaient relativement coûteuses. Ils sont arrivés à la même conclusion pour l’hydrogène liquéfié.
« Les camions-citernes à hydrogène liquide sont moins chers, mais la liquéfaction entraîne une pénalité considérable en termes d’énergie et de coûts (actuellement, plus de 30 % de la teneur en énergie de l’hydrogène est nécessaire pour le liquéfier) », a observé le département de l’énergie.
La connexion à l’ammoniac
Pour surmonter ces obstacles, la Direction de l’Energie a privilégié l’approche porteuse, dans laquelle l’hydrogène est transporté comme élément dans un autre milieu, puis extrait à son point d’utilisation.
« Pour être efficaces, les transporteurs doivent répondre à plusieurs critères. Ils doivent avoir des densités d’énergie effective (hydrogène) élevées (liquides ou solides). Les processus d’hydrogénation-déshydrogénation associés doivent être simples et économes en énergie », a expliqué le département de l’énergie.
Tout en reconnaissant l’ammoniac comme une substance dangereuse, l’agence a plaidé pour son utilisation comme transporteur d’hydrogène.
« L’ammoniac est l’un des seuls matériaux qui peut être produit à moindre coût, transporté efficacement et transformé directement pour produire de l’hydrogène et un sous-produit non polluant », ont-ils conclu.
De l’hydrogène vert à l’ammoniac vert
Il n’y a rien de particulièrement vert dans l’approche de l’ammoniac en tant que vecteur alors que la grande majorité de l’approvisionnement mondial en hydrogène provient du gaz naturel et d’autres ressources fossiles. Cependant, le scénario a basculé ces dernières années. Des sources d’hydrogène plus durables font leur apparition dans l’économie mondiale, principalement à partir de systèmes d’électrolyse qui poussent l’hydrogène vert à partir de l’eau avec des énergies renouvelables. Ajoutez de l’azote ambiant de l’air et le résultat est un moyen plus durable de produire de l’ammoniac.
Dans une tournure intéressante, la baisse du coût de l’électrolyse a ouvert une nouvelle opportunité pour développer des réseaux d’installations d’hydrogène à petite échelle, destinées à la production pour une utilisation sur site. Le Département de l’énergie a examiné cette voie en 2006 et l’a rejetée comme étant d’un coût prohibitif dans le cadre d’un scénario d’hydrogène d’origine fossile. Maintenant, l’agence plaide pour le modèle de production distribuée pour aider les agriculteurs. L’idée est de déployer des éoliennes dans les fermes pour faire fonctionner des systèmes d’électrolyse, offrant aux agriculteurs la possibilité de produire leur propre carburant hydrogène et engrais ammoniac sur place.
Ammoniac vert comme transporteur d’hydrogène
Indépendamment de la disponibilité de ressources énergétiques renouvelables décentralisées à faible coût, les installations d’électrolyse centralisées continueront très probablement à jouer un rôle de premier plan dans l’économie émergente de l’hydrogène, et Siemens fait partie des acteurs du secteur privé qui parient que ce sera le cas.
La branche Siemens Energy de l’entreprise est à la tête d’un consortium pour construire un craqueur d’ammoniac de 3,5 millions de livres sterling au Royaume-Uni, à Newcastle. L’objectif est de produire de l’hydrogène vert à partir d’ammoniac à l’échelle industrielle, à son point d’utilisation.
Siemens cite la densité énergétique élevée et la capacité de transport de l’ammoniac, ainsi que l’avantage d’une infrastructure de chaîne d’approvisionnement existante et la production durable d’ammoniac vert à partir d’hydrogène vert.
Siemens Energy Ventures est également partenaire du projet avec FFI (la branche verte de Fortescue Metals Group), la société d’hydrogène vert GeoPura et Innovate UK, l’agence nationale de l’innovation.
« Le système sera conçu pour fournir de l’hydrogène de haute pureté, adapté à l’utilisation des piles à combustible PEM, en utilisant le processus de purification de la technologie à membrane métallique (MMT) de FFI », explique Siemens.
« Le procédé MMT développé par FFI et l’agence scientifique nationale australienne, l’Organisation de recherche scientifique et industrielle du Commonwealth (CSIRO), est essentiel pour produire de l’hydrogène de haute pureté à partir du procédé de craquage de l’ammoniac », ajoute Siemens. « Il filtre sélectivement l’hydrogène tout en bloquant les autres gaz, ce qui lui permet d’être utilisé comme carburant et converti au besoin, au moment du ravitaillement.
Le retour de la voiture à hydrogène
En termes de fourniture d’hydrogène durable pour une utilisation hors réseau, le projet d’ammoniac vert a pris une longueur d’avance. GeoPura déploie déjà sa pile à combustible à hydrogène verte transportable « Hydrogen Power Units » pour une utilisation sur des sites hors réseau, y compris le site du Surveillance d’hiver Netflix/BBC série et l’ambitieux projet ferroviaire zéro carbone HS2.
Si tout se passe comme prévu, le nouveau craqueur d’ammoniac vert sera mis à l’échelle et utilisé pour décarboner les installations industrielles ainsi que la production d’électricité et l’énergie thermique à l’échelle du réseau.
En attendant, Siemens envisage également certaines applications de mobilité pour l’hydrogène du projet d’ammoniac vert.
L’angle de la mobilité revient à ce livre blanc du Département de l’énergie d’il y a 16 ans (voici à nouveau ce lien). L’article était sous-titré « Une étude des problèmes liés à l’utilisation de l’ammoniac pour le stockage d’hydrogène à bord des véhicules. » DaimlerChrysler Corporation, Ford Motor Company et General Motors étaient les parties prenantes de la pile à combustible automobile qui ont fait équipe avec le département de l’énergie pour produire le document.
BP America, Chevron Corporation, ConocoPhillips, Exxon Mobil Corporation et Shell Hydrogen étaient également de la partie, ayant repéré le potentiel des véhicules à pile à combustible à hydrogène pour leur fournir un nouveau marché pour l’hydrogène provenant du gaz naturel.
Les choses ont certainement changé au cours des 16 dernières années. Les véhicules à pile à combustible à hydrogène ont mis du temps à s’imposer ici aux États-Unis, dissipant toute idée de choix facile sur le marché de la mobilité pour les acteurs de l’énergie fossile. Si et quand les véhicules à pile à combustible deviennent courants, les propriétaires de flotte préféreront très probablement faire le plein d’hydrogène vert plutôt que d’hydrogène d’origine fossile.
Quant à l’ammoniac vert comme vecteur d’hydrogène embarqué pour les véhicules à pile à combustible, il semble avoir été abandonné. Depuis l’année dernière, les partenaires US DRIVE du département de l’énergie semblent accorder plus d’attention à l’amélioration de la technologie des réservoirs de stockage d’hydrogène.
À un moment donné dans l’avenir vert étincelant, l’ammoniac vert pourrait également devoir concurrencer les transporteurs d’hydrogène organique liquide, les «éponges» d’hydrogène à base de carbone et d’autres matériaux de stockage de haute technologie pour le stockage d’énergie à bord des véhicules.
L’industrie du transport maritime est une toute autre histoire, alors que Maersk et d’autres propriétaires de flottes de premier plan commencent à se concentrer sur le carburant à l’ammoniac vert pour décarboner les émissions maritimes.
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Image : Utilisation hors réseau d’hydrogène durable pour la production de films, avec l’aimable autorisation de GeoPura.
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