Hydrogène | WAGO CH

1. Production – Énergie renouvelable

Au regard de la décarbonation recherchée, l'hydrogène vert jouera un rôle clé et remplacera à terme les énergies fossiles. L'accent est actuellement mis sur l'utilisation matérielle de l'hydrogène, par exemple dans la production de carburants synthétiques ou dans la production d'ammoniac et de méthanol.

L'hydrogène vert est obtenu à partir de sources d'énergie renouvelables par électrolyse. Grâce à sa capacité de stockage, la production et la consommation peuvent être découplées l'une de l'autre. Par exemple, l'énergie solaire excédentaire des systèmes PV en été peut être stockée pour l'hiver et les périodes de faible ensoleillement, ou appelée ultérieurement si nécessaire. Ce stockage recèle également un grand potentiel dans le domaine de la technologie de télécontrôle, afin d'utiliser prioritairement l'Allemagne comme lieu de stockage et non, comme c'est actuellement nécessaire, de devoir recourir à la vente de l'énergie excédentaire à l'étranger.

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2. Production - électrolyse

L'électrolyse est un processus éprouvé de séparation de l'eau (H₂O) en hydrogène (H₂) et en oxygène (O₂) à l'aide d'électricité. Les procédés d'électrolyse les plus connus sont l'électrolyse alcaline (AEL), l'électrolyse à membrane échangeuse de protons (PEM) et l'électrolyse à haute température (HTE). L'hydrogène vert obtenu par électrolyse à partir de sources d'énergie renouvelables, sous la forme d'un gaz transparent incolore, devrait couvrir à l'avenir de nombreux secteurs encore alimentés aujourd'hui par des sources d'énergie fossiles et contribuer ainsi de manière décisive à la décarbonation de notre société. Afin de passer à une économie durable de l'hydrogène à long terme, des systèmes d'électrolyse décentralisés plus petits et des électrolyseurs centraux de l'ordre du mégawatt avec des rendements particulièrement élevés sont nécessaires.

3. Transformation

Dans l'industrie chimique et la technologie de raffinage en particulier, l'hydrogène est souvent utilisé comme matière première pour la transformation en Power-to-X. Entre autres, il est utilisé dans la production d'ammoniac et de méthanol.

Production d'ammoniac et de méthanol
L'ammoniac est produit par ce qu'on appelle la synthèse d'ammoniac. L'avantage évident de l'ammoniac en tant que vecteur énergétique est qu'il a une grande capacité de transport et de stockage. Cela permet d'utiliser l'ammoniac comme Power-to-x à l'avenir, par exemple comme carburant pour les moteurs et pour faire fonctionner les centrales électriques. Le méthanol est un produit chimique organique produit en masse qui peut également être utilisé comme produit chimique de base ou comme source d'énergie. Comme pour la production d'ammoniac, la synthèse du méthanol nécessite de l'hydrogène et du CO2.

À l'aide de carburants synthétiques - appelés eFuels - des moteurs à combustion neutres en CO₂ pourraient fonctionner à l'avenir. Un produit de départ pour la production de carburant synthétique est l'hydrogène. Ceci est obtenu en séparant l'hydrogène (H₂) de l'eau par électrolyse. Pour que l'hydrogène devienne un eFuel liquide, du dioxyde de carbone (CO₂), qui vient comme déchet de l'industrie ou des usines de biogaz, est ensuite ajouté. Grâce à certains processus chimiques, le mélange résultant acquiert les propriétés de l'essence, du kérosène ou du diesel et convient alors pour une utilisation dans les moteurs à essence et diesel ou dans les moteurs d'avion. De plus, l'hydrogène lié à l'ammoniac peut être récupéré et réutilisé.

Transformation - eFuels, carburants synthétiques
Alors que le carburant conventionnel est fabriqué à partir de pétrole, de gaz naturel ou de charbon, les carburants alternatifs sont fabriqués à partir de matériaux « biogéniques » ou « synthétiques ». Les combustibles biogéniques sont obtenus à partir de plantes, de résidus végétaux ou de fumier liquide. En revanche, les carburants synthétiques neutres en termes de CO₂ sont produits par des procédés chimiques complexes et, en règle générale, sans utiliser de matières premières fossiles. Un produit de départ pour la production de carburant synthétique est l'hydrogène. Pour transformer l'hydrogène en eFuel liquide, du dioxyde de carbone (CO₂) est ajouté, qui est un déchet de l'industrie ou des usines de biogaz. Ces procédés permettent d'obtenir de l'essence, du kérosène ou du diesel de synthèse, qui conviennent à une utilisation dans les moteurs à combustion conventionnels.

4. Transport

L'hydrogène peut être transporté sans grand effort dans des récipients sous pression s'il est sous forme gazeuse et dans des réservoirs spéciaux s'il est transporté sous forme liquide. Dans certains cas, le réseau de gaz naturel existant en Allemagne peut même être utilisé pour le transport, le stockage et l'approvisionnement. Cette versiont est nettement moins chère que la création de systèmes entièrement nouveaux. Grâce aux électrolyseurs, l'énergie excédentaire des centrales solaires ou éoliennes peut être stockée sous forme d'hydrogène sur de plus longues périodes. Afin de réagir individuellement et rapidement aux fluctuations de puissance, l'hydrogène peut être converti en électricité pendant une courte période en utilisant la technologie des piles à combustible ou en liaison avec des centrales à gaz en cas de pointe de charge.

Afin de réduire davantage les émissions de CO₂, il est techniquement possible dans l'industrie de remplacer le gaz naturel comme source d'énergie par de l'hydrogène sans modifications importantes ou de le mélanger temporairement avec du gaz naturel.

La situation est similaire pour les dérivés produits synthétiquement tels que les eFuels ou les matières premières chimiques telles que l'ammoniac ou le méthanol. Les infrastructures et processus existants peuvent également être utilisés ici.

5. Utilisation finale - industrie sidérurgique

L'industrie sidérurgique est actuellement à l'origine d'environ 5 % des émissions totales de gaz à effet de serre dans l'UE. La production d'acier conventionnel via la filière établie des hauts fourneaux génère des quantités considérables de CO₂. Afin de réduire le degré d'émission, les composés d'hydrogène et de monoxyde de carbone pertinents pour le processus de réduction peuvent être fournis au moyen d'une électrolyse à haute température. Le type de couplage de procédé le plus simple consiste à ajouter de l'hydrogène au gaz naturel. L'utilisation d'hydrogène vert permet de réaliser d'importantes économies d'émissions de CO₂.

6. Utilisation finale - industrie chimique/raffinage

Dans l'industrie chimique et la technologie de raffinage, l'hydrogène joue un rôle majeur en tant que matière première. Cependant, pour rendre techniquement possible la neutralité en matière de CO₂ dans les transports routiers, maritimes et aériens, de grandes quantités d'hydrogène sont nécessaires. Afin de répondre à cette demande, des procédés dits Power-to-X (PTX) sont utilisés, par exemple pour convertir l'excédent d'électricité en hydrogène et celui-ci à son tour en carburant. Pour produire des carburants synthétiques, on peut utiliser de l'hydrogène vert et du CO₂ provenant de l'atmosphère, ou encore de processus industriels et de la biomasse. En principe, il est plus efficace de ne pas convertir d'abord l'électricité en d'autres formes d'énergie, mais de l'utiliser directement. Cependant, étant donné que les sources d'énergie renouvelables ne peuvent garantir une production d'électricité continue et constante, les processus Power-to-X associés aux technologies de stockage peuvent devenir une partie importante de la transition énergétique à l'avenir.

7. Utilisation finale - secteur de la mobilité

Grâce aux technologies et procédés Power-to-X, l'énergie renouvelable peut être stockée à long terme et utilisée de manière écologique, quel que soit l'emplacement du générateur d'électricité. L'hydrogène "vert" produit et ses dérivés deviennent des vecteurs énergétiques totalement sans émission : notamment pour le kérosène synthétique dans l'aviation, l'ammoniac ou le méthanol

Pour la propulsion des navires, en tant que piles à combustible pour les transports lourds et ferroviaires et pour les véhicules électriques à batterie dans le transport privé, l'hydrogène deviendra ainsi une alternative durable - en particulier là où les systèmes électriques à batterie ont jusqu'à présent atteint leurs limites.

Power-to-X : votre chemin vers un avenir neutre en CO₂

Automatisation pour la production modulaire d'hydrogène

1. Production – Énergie renouvelable

2. Production - électrolyse

3. Transformation

4. Transport

5. Utilisation finale - industrie sidérurgique

6. Utilisation finale - industrie chimique/raffinage

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De la production au stockage à l'utilisation des énergies renouvelables

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