L’hydrogène vert pour stocker les énergies renouvelables, c’est maintenant !

Un argument opposé aux énergies solaires et éoliennes est qu’elles sont peu concentrées et qu’il n’est pas possible de les stocker… Mais l’argument est faux. Des investissements importants et bien réels dans la filière de l’hydrogène vert le démontrent clairement.

Dans un blog récent, Christian Jacot-Descombes louait les vertus du nucléaire pour sa capacité à produire de l’énergie sans contribuer au réchauffement climatique : le nucléaire serait l’ami du climat, notamment en France, où cette industrie, je cite, « fonctionne très bien » ; un propos amusant pour qui connaît les déboires de Framatome dans la construction de l’EPR (dix ans de retard et un coût à 542% du montant initial), sachant de plus que la France a abandonné en 2019 le projet ASTRID de réacteur nucléaire de quatrième génération après y avoir dépensé plus de 738 millions d’euros. Mais passons les échecs de l’atome pour nous intéresser au stockage des énergies renouvelables.

Le fait nouveau à retenir est que nous savons stocker les énergies éolienne et solaire à grande échelle.

En Suisse nous connaissons bien le stockage journalier et saisonnier de capacité électrique par les barrages alpins. Nous connaissons moins les techniques disponibles pour convertir l’électricité renouvelable en hydrogène, grâce à des électrolyseurs, puis stocker l’hydrogène et utiliser son pouvoir énergétique ultérieurement, sur demande. Plusieurs solutions de stockage existent, dont l’une implique une transformation de ce gaz en méthane vert, avec un bon bilan CO2. L’utilisation des surplus éoliens et solaires mène de plus à la production et au stockage d’énergie utilisable pour différents types de véhicules difficiles à électrifier.

De nombreuses entreprises investissent désormais pour récupérer ces surplus d’électricité et créer ainsi une filière énergétique capable de les stocker à grande échelle, sous différentes formes. La Commission Européenne a dévoilé ses ambitions en la matière le 8 juillet dernier. Elle vise la construction rapide d’un électrolyseur dont la puissance installée atteindrait 100 Méga Watts, une puissance équivalant au dixième de celle d’une centrale nucléaire comme Goesgen (1’060 MW), ce qui constitue un pas intéressant.

Le but est d’atteindre une puissance installée totale de 40’000 MW dans l’Union et de produire de l’hydrogène pour un montant avoisinant l’énergie de six réacteurs nucléaires dès 2030, selon une progression exponentielle.

L’Allemagne investit à elle seule 8 milliards d’Euros sur dix ans. L’intérêt de la filière est de valoriser les surplus des énergies renouvelables et de pouvoir optimiser la production, le stockage et l’utilisation de l’énergie éolienne et solaire pour continuer à les développer. La voie n’est pas facile, mais les objectifs climatiques et les intérêts économiques motivent l’opération.

La Suisse avance plus lentement, pour l’instant. L’Office fédéral de l’énergie a soutenu une étude interdisciplinaire de faisabilité réalisée par plusieurs universités et hautes écoles, dont l’Université de Genève et l’Institut Paul Scherrer (2019). L’étude ne se focalise pas sur l’accroissement du stockage saisonnier dans une perspective radicale d’autonomie énergétique du pays en hiver – puisque celle-ci serait antiéconomique – mais elle confirme le stockage des énergies renouvelables. Pour exemple, l’association suisse de l’industrie gazière (ASIG) vise, en mettant à profit le potentiel de l’hydrogène vert, une production annuelle de biométhane de 4’400 Giga Wattheures dès 2030.

Oui, les surplus des énergies éolienne et solaire peuvent être stockées par la filière de l’hydrogène vert et, bien-sûr, par les barrages alpins.

Prétendre le contraire revient à désinformer le public. Les techniques existent à l’échelle commerciale et des acteurs économiques – industriels ou paysans – sont dans les starting-blocks pour les développer et les perfectionner. Un débat devrait s’ouvrir sur les conditions cadres indispensables au stockage des énergies renouvelables en partant des faits, sans dévier des objectifs climatiques.

Notons encore que l’Europe entend promouvoir une filière d’hydrogène vert en Afrique du nord et en Ukraine pour une puissance d’électrolyse de 40’000 MW (en plus de celle sur son territoire donc). Elle lutte ainsi contre le réchauffement climatique sans mettre de petites centrales atomiques dans toutes les mains. On verra si elle parvient à ses fins, mais au moins chemine-telle dans la direction du stockage et de la production accrue des énergies renouvelables. Le stockage du solaire et de l’éolien, c’est maintenant !

Frédéric-Paul Piguet

Frédéric-Paul Piguet est philosophe du droit et expert en sciences de l’environnement. L'axe principal de son blog est celui de la résilience de la Suisse et de ses habitants, alors qu'il convient de restaurer les qualités de la biosphère. Afin d'élargir le propos, le blog met aussi à profit les apports de l'histoire et de l'anthropologie.

22 réponses à “L’hydrogène vert pour stocker les énergies renouvelables, c’est maintenant !

  1. On l’aura compris, on ne produit pas de l’énergie, mais on transforme en fait une énergie en une autre avec production de déchets, comme le CO2 par exemple. Arriver à stocker l’hydrogène produit par les énergies dites renouvelables est une filière interessante, mais sera-t-elle en capacité de répondre aux besoins de notre activité économique actuelle. J’imagine que non, de sorte qu’un mixe énergétique sera requis, du moins temporairement, et l’énergie nucléaire, je le crains, en fera encore partie pour être conforme aux engagements climatiques signés.

    1. A condition d’être certain que nos installations nucléaires, contrairement à celles de la Russie et du Japon, sont entièrement à l’abri d’une catastrophe, on peut vous suivre et préférer qu’un “mixe énergétique (comprenant le nucléaire) soit requis”. J’aimerai être dans votre cas. Il faut pourtant reconnaitre que l’arrogance qui a prévalu au Japon a mené aux 130’000 personnes évacuées, aux milliards dépensés pour tenter de décontaminer les sols et refroidir jusqu’à ce jour le coeur du réacteur en fusion, a l’arrêt brutal des 25 réacteurs du pays. La Suisse a décidé de sortir du nucléaire, nous sommes capables de transitionner. L’alternative, vivre dans le risque d’un Fukushima suisse, est un risque inacceptable.

  2. Le stockage est techniquement possible, vous avez raison de le rappeler. Cependant, n’avons-nous pas un problème d’ordre de grandeur?
    Je me permets quelques questions critiques:
    Quel serait le volume d’eau (uniquement dans des barrages, sans hydrogène) nécessaire pour couvrir 15 jours de consommation électrique en Suisse? En Europe? Quelle est la capacité disponible?

    Combien de tonnes de néodyme, aluminium, acier, béton, ect… seraient nécessaires pour remplacer l’ensemble de la production électrique européenne d’origine fossile ou fissible par des éoliennes? A quelle fréquence devrait-on les renouveler?

    Quelle est la part de l’énergie primaire servant à produire de l’électricité, aujoud’hui?

    Combien de temps doit tourner une éolienne “moyenne” (grâce à un vent d’environ 50km\h) pour extraire la quantité d’énergie contenue dans 1l. de pétrole? Et juste pour rire, dans 1g d’uranium?

    Combien les deux EPR chinois en service ont-ils coûtés? En Combien de temps, ont-ils été construits?

    Combien coûte un kWh éolien ou solaire une fois que l’on a inclu le stockage et l’adaptation du réseau (pour supporter les fluctuations inhérentes)?

    J’invite, sincérement, chaque lecteur à chercher les réponses à ces questions.

    Le nucléaire et le stockage au moyen d’hydrogène ont, au moins, deux points communs: ce sont des technologies intéressantes pour fournir de l’énergie pour des usages prioritaires dans un monde sans énergie fossile et ils permettent d’animer le débat “écologique” sans aborder les questions qui fâchent.

    1. Merci pour votre réaction à chaud. Je vous réponds par une question: A quelle perte de qualité de vie, d’emplois et de sécurité devrions nous faire face si l’engagement dans les énergies renouvelables restait mou ? Vous feriez quoi pour adapter le tournant énergétique au respect des lois naturelles ?

      1. Cher Monsieur, votre article est bien formulé et ça se lit bien mais malheureusement ça manque de tangibilité. Par example vous commencez par: « Des investissements importants et bien réels dans la filière de l’hydrogène vert le démontrent clairement »  Hors ces investissement sont le fruit de décisions irrationnelles de la part de politiques et de gouvernements. Ils basent leurs décisions sur avis d’économistes (pour faire court) alors qu’il faudrait plutôt consulter des physiciens et scientifiques… Pour moi après avoir lu cette première phrase le reste de votre article n’as plus vraiment d’intérêts… vous faites vos bases sur l’argent alors que ce temps là est fini, les lois des physiques se contre fiche des lois des humains ou du faites que nous mettons sur la table des milliards.

        Revenons à l’hydrogène. Pour produire de l’hydrogène via l’électrolyse (Car les molécules de di hydrogène n’existant pas à l’état isolés dans la nature… et les autres moyens d’extraction c’est juste pire que le pétrole en termes de CO2) …il faudra la même quantité voir plus d’énergie(1,1) pour produire de l’hydrogène, ensuite il faut ajouter une perte d’ordre de 20-30% si on le comprime en tant que gaz (car sinon pas possible pour une utilisation), sinon vous avez une perte de 50% pour un état liquide!!

        Revenons au energies dites renouvelables éolien et solaire. Avec un minimum de cours en macroéconomie vous savez que si vous augmentez les importations vous détruisez les emplois chez vous, plus exactement pour chaque tranche de 50k/€ investi vous détruisez un emploi(faites les calculs). Savez vous que 95% des panneaux solaires sont fabriqués en Chine? Ça va un peu prêt de même avec l’éolien vue que les allemands ont décidé de localiser la production (Siemens) en Chine?

        Cher Monsieur, je vous invite à bien se former sur le sujet, il y a plus que urgence. Si vous ne voulez pas le faire pour vous faites le pour vos enfants ou petits enfants. Vous ne vous rendez peut être pas compte mais vos articles, en tant que journaliste, ont un impact important. C’est peut être choquant ce que je vais vous dire mais nos politique basent leurs décisions sur ce qu’ils lisent dans les journaux… croyez le ou non! Svp lisez les rapports de « vrais » experts, sur le sujet, essayer de baser vos critiques sur des chiffres et des fait et non sur de l’opinion. L’avenir de nos enfants est en jeux, et ça se passe maintenant!
        Salutations

        1. Cher Monsieur, votre appel aux scientifiques et physiciens est louable et j’y souscris. Toutefois, un point de nature psychologique vous a certainement échappé. J’ai présenté quelques chiffres non économiques de la filière hydrogène vert en adoptant une attitude constructive, pour faire reconnaitre des avancées notables qui visiblement vous dérangent. Vous avez raison de dire que certaines choses ne vont pas, mais que proposez-vous pour les améliorer?

          1. Merci pour votre réponse. Effectivement nous avons tous nos forces et faiblesse, à moi c’est des choses de l’ordre psychologiques, a d’autre de l’ordre pragmatiques etc et etc.

            En ce qui concerne l’hydrogène vous ne pouvez pas imaginer à quelle point je suis favorable, ce qui me dérange c’est que la il y a urgence, grosse urgence je dirais, le CO2 nous étouffe! donc un ordre de priorité s’impose, l’hydrogène c’est très bien mais c’est dans une seconde phase, il faudrait d’abord remplacer le charbon et le gaz par du nucléaire et en petit complément de l’éolien, solaire on oubli, en tout cas pas pour tout de suite! C’est difficile de résumer quelque chose qui peut faire de millier de page en quelques lignes…
            mais tout ce qu’il faut retenir cher Monsieur de cet échange, c’est ce que j’ai écris plus haut, dans mon précédent commentaire, vos articles (et celles de vos confrères journalistes) peuvent avoir un impact bien plus important et peut aller au delà d’un simple article.

        2. Bonjour,
          Je réagis moi aussi au premier paragraphe du blog de Frédéric-Paul Piguet du 11 septembre, ci-dessous reproduit in extenso :
          Un argument opposé aux énergies solaires et éoliennes est qu’elles sont peu concentrées et qu’il n’est pas possible de les stocker… Mais l’argument est faux. Des investissements importants et bien réels dans la filière de l’hydrogène vert le démontrent clairement.
          Toni Lux a répondu sur l’aspect “des investissements importants le démontrent bien” et en quoi le stockage de l’énergie à l’échelle d’un réseau électrique (pas celle des bricoles comme les téléphones et les ordinateurs portables) demande encore des gros travaux pour aboutir à une solution ne faisant pas faire la culbute au prix du kWh.
          Je me permets d’ajouter un commentaire sur l’aspect physique du problème. Je ne vois pas en quoi il est faux, comme le prétend Frédéric-Paul Piguet, d’écrire que les énergies solaires et éoliennes sont peu concentrées, et comment ceci peut être contredit par des “investissements”. 1 litre d’eau pèse… 1 kg, tout le monde sait cela. 1 litre d’air pèse 1,2 gramme. Toutes choses égales par ailleurs, il faut donc une installation 830 fois plus grande pour une installation éolienne que pour une installation hydraulique de même puissance nominale. Les plus brillants économistes n’y peuvent rien.
          J’insiste sur “nominale”, car il est connu que le vent ne souffle pas en permanence, et le facteur de charge des éoliennes installées en Europe est en moyenne de 25%. Encore un facteur 4 (et toujours en supposant résolue la question du stockage de façon économiquement viable).
          Pour satisfaire nos besoins avec ces renouvelables, a-t-on idée de la taille des installations à construire ?

          Cordialement

  3. Lorsque nos 5 réacteurs auront cessé de produire, il y aura un manque de 10 TWh en été et 14 TWh en hiver. La partie estivale sera couverte par du PV avec stockage jour/nuit. En hiver il faudra compter surtout sur un stockage saisonnier été/hiver, de l’ordre de 8 à 10 TWh résultant d’une surproduction estivale. Pour envisager le seul pompage-turbinage, retenons, en comparaison, qu’un stock comme la Grande Dixence représente 2 TWh turbinables en 40 jours sous 2 GW. Il faudrait donc trouver, mais où, près de 4 Grandes Dixences de plus. Le rendement de conversion étant de 80%, il faudra une surproduction estivale de 10 TWh pour assurer au moins les 8 TWh nécessaires en hiver. Il y a loin de la coupe aux lèvres !

  4. Vous parlez des piles à hydrogène pour le stockage de puissance comme s’il s’agissait d’une technologie mature. Y aurait-il eu une évolution notable dans la fabrication des membranes pour les rendre plus durable ou du moins économiquement compétitives?
    Existe-t-il sur le marché des piles à hydrogène de capacité supérieur à 100MWh?
    L’hydrogène est à la mode dès lors que l’on parle de projet et de subvention, mais à par cela, où en est on (par rapport à la situation du siècle précédent)?
    Je n’oublie pas que la foi dans l’hydrogène avait déjà été brandie par G.W Bush pour mettre fin à l’expérience des voitures électriques en Californie.

    1. Je ne parle pas des piles à combustibles, mais d’investissement massifs dans des technologies qui utilisent l’hydrogène et qui sont désormais exploitées à l’échelle industrielle, tels le “power to gas” et l’injection d’hydrogène dans le biogaz. Visiblement ces succès dérangent.

      1. Oui. Au centre de votre article, les passerelles entre différents vecteurs énergétiques: électricité, hydrogène, méthane… Intercommunications qui décloisonneront des réseaux aujourd’hui hétérogènes en apparence.

        Mais demain tout le monde trouvera banal leur association en un maillage cohérent, redondant, protéiforme, multiscalaire, saisonnier, souple et finalement très résilient. Le paysan avec son biométhane, l’usine d’incinération, la voiture individuelle, le chauffage à distance, les plaquettes de bois hachées en forêt, les sondes géothermiques, nos panneaux thermiques et PV en toiture (complétez svp. votre propre liste à la Prévert) deviendront toujours moins des solutions individuelles et toujours davantage les cellules d’un organisme continu.

        On peut se focaliser sur les éléments du système, mais votre article propose un autre point de vue: observer les liens. Une « simple » passerelle reliant électricité et hydrogène change déjà la donne. En y rajoutant le pont entre H2 et CH4, hydrogène et méthane, on intègre tout le réseau de gaz au réseau électrique. Le power to gas (gas to power on sait déjà faire..) est incontestablement un game changer. Pardon pour les anglicismes, pour la paraphrase de votre propos et merci de nous éclairer.

        1. Merci beaucoup pour vos précisions qui suggèrent que la combinaison des nombreuses options à disposition devraient permettre, à terme, de remplacer le nucléaire et les énergies fossiles. Je m’explique: votre propos montre qu’aucun ingénieur ne peut maitriser seul et déjà aujourd’hui le résultat à venir de cette transition vu les interactions à créer et perfectionner entre de très nombreux acteurs de la production énergétique. Remplacer le nucléaire et les énergies fossiles implique de poursuivre et d’accentuer l’effort en cours, en ayant la modestie de faire les adaptations qui s’imposeront au fil des années, afin de garder le cap. Le planificateur tout puissant qui avait pris l’habitude de déterminer les moyens à mettre en oeuvre trente ans à l’avance selon différents scénarios ne peut pas le faire aujourd’hui à l’échelle du réseau énergétique, même s’il le voulait. Mais les contours du nouveau réseau qui est en train de se construire deviendront plus claires avec les années, du moins si nous parvenons à garder le cap.

      2. Et vous le stockez où l’hydrogène que vous avez produit? je vous raconte pas le feu d’artifice le jour où une citerne d’hydrogène explosera… Le gaz de ville c’est de la gnognotte en comparaison.

    2. Pas besoin de piles à combustible pour stocker l’hydrogène, il suffit de l’électrolyse pour séparer les deux composants de l’eau .
      Pour récupérer l’énergie de l’hydrogène, on connaît deux principes :
      – la pile à combustible
      – la simple machine thermique identique aux centrales à gaz
      Dans ce dernier cas, on maîtrise déjà cette technologie avec du gaz naturel , donc rien de nouveau à inventer …
      quant à l’énergie primaire nécessaire , pas la peine de chercher midi à quatorze heures, le soleil nous envoie 10 puissance 17 watts sans limite de temps qu’il suffit de convertir en électricité ( une centrale nucléaire représente 10 puissance 9 watts).
      Je vous laisse calculer la part de l’énergie solaire reçue à convertir pour satisfaire nos besoins …

    3. Nul besoin de pile à combustible pour stocker l’hydrogène, la seule électrolyse suffit pour séparer les composants de l’eau !
      Ensuite , pour exploiter l’énergie de l’hydrogène on connait deux méthodes:
      – la pile à combustible avec des restrictions et des limites, principalement pour de petites installations
      – les simples centrales thermiques pareilles au gaz mais plus énergétiques
      On pourra donc imaginer une transition douce entre les gaz carbonés et l’hydrogène en conservant les mêmes installations .
      Quant à l’énergie primaire , pas besoin de chercher midi à quatorze heures, le soleil nous apporte directement sur Terre environ 10 puissance 17 watts pour la durée de vie du Soleil ( une centrale nucléaire représente 10 puissance 9 watts) .
      Vous pouvez calculer la part de cette énergie pour les besoins de l’humanité …

    1. Un des buts est d’associer l’hydrogène à d’autres éléments pour faire en sorte que les voitures ne soient pas plus dangereuses pour leurs occupants et le public que les voitures à essence. Ce type de motorisation a en plus l’avantage de ne pas contribuer aux changements climatiques qui déclenchent des incendies de forêts, prairies, champs (et même de villes) de plus en plus graves et non maitrisables.

  5. Personnellement j’ai pas compris le rendement pour la fabrication de l’hydrogène puis visiblement il y aurai encore une autre étape pour faire du gaz (doux des pertes ?)

    Je serai pour renouvelé les centrales nucléaires, j imagine que les rendement sont élevé ?
    Être scientifiques et pragmatiques faire des choses que on sait faire dans un premier temps et surtout économisé l’énergie.

    1. Oui, il y a encore des pertes pour faire du méthane vert à partir d’hydrogène.
      Non, le rendement du nucléaire n’est pas très élevé. Pour l’illustrer de façon simple, la centrale nucléaire de Goesgen a une puissance de 3’002 Méga Watts thermiques (qui correspond d’une certaine manière à sa consommation d’uranium), mais sa puissance électrique nette, qui correspond à sa production d’énergie utile, est de 1’010 Méga Watts électriques.

  6. Un calcul d’électrolyse.
    Nous avons vu qu’en Suisse il faudra stocker plusieurs TWh produits en surplus en été par du PV pour en disposer en hiver. Transformer un seul TWh en H2 demande d’électrolyser 240’000 m^3 d’eau, soit un électrolyseur ( ou des électrolyseurs ) d’une puissance totale de 250 MW travaillant durant 4’000 heures en été ( environ le nombre d’heures du semestre estival ) et transformant 60m^3 d’eau en H2 chaque heure.

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