De plus en plus de pays commencent à se fixer des objectifs stratégiques pour l'énergie hydrogène, et certains investissements tendent vers le développement de technologies vertes de l'hydrogène. L'UE et la Chine sont à l'avant-garde de ce développement, en quête d'avantages en matière de technologie et d'infrastructures. Parallèlement, le Japon, la Corée du Sud, la France, l'Allemagne, les Pays-Bas, la Nouvelle-Zélande et l'Australie ont tous publié des stratégies pour l'énergie hydrogène et développé des plans pilotes depuis 2017. En 2021, l'UE a émis une exigence stratégique pour l'énergie hydrogène, proposant d'augmenter la capacité opérationnelle de production d'hydrogène dans les cellules électrolytiques à 6 GW d'ici 2024 en s'appuyant sur l'énergie éolienne et solaire, et à 40 GW d'ici 2030, la capacité de production d'hydrogène dans l'UE étant portée à 40 GW par 40 GW supplémentaires hors UE.
Comme pour toutes les nouvelles technologies, l'hydrogène vert passe progressivement de la recherche et développement primaires au développement industriel général, ce qui se traduit par une baisse des coûts unitaires et une efficacité accrue en matière de conception, de construction et d'installation. Le LCOH à hydrogène vert comprend trois éléments : le coût de la cellule électrolytique, le prix de l'électricité renouvelable et les autres coûts d'exploitation. En général, le coût de la cellule électrolytique représente environ 20 % à 25 % du LCOH à hydrogène vert et la plus grande part de l'électricité (70 % à 75 %). Les coûts d'exploitation sont relativement faibles, généralement inférieurs à 5 %.
À l'échelle internationale, le prix des énergies renouvelables (principalement l'énergie solaire et éolienne à grande échelle) a considérablement baissé au cours des 30 dernières années, et leur coût énergétique égalisé (LCOE) est désormais proche de celui de l'électricité produite à partir du charbon (30-50 $/MWh), ce qui rend les énergies renouvelables plus compétitives à l'avenir. Leur coût continue de baisser de 10 % par an et atteindra environ 20 $/MWh vers 2030. Les coûts d'exploitation ne peuvent pas être réduits de manière significative, mais les coûts unitaires des cellules peuvent l'être et une courbe de coût d'apprentissage similaire à celle de l'énergie solaire ou éolienne est attendue pour les cellules.
Le solaire photovoltaïque a été développé dans les années 1970 et son coût unitaire (LCOE) était d'environ 500 $/MWh en 2010. Ce coût a fortement diminué depuis 2010 et se situe actuellement entre 30 et 50 $/MWh. Étant donné que la technologie des cellules électrolytiques est similaire à la référence industrielle pour la production de cellules solaires photovoltaïques, il est probable qu'elle suive une trajectoire similaire à celle des cellules solaires photovoltaïques entre 2020 et 2030 en termes de coût unitaire. Parallèlement, le coût unitaire (LCOE) de l'éolien a considérablement diminué au cours de la dernière décennie, mais dans une moindre mesure (environ 50 % en mer et 60 % à terre).
Notre pays utilise des sources d'énergie renouvelables (éoliennes, photovoltaïques et hydroélectriques) pour la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau. Lorsque le prix de l'électricité est contrôlé à 0,25 yuan/kWh, le coût de production d'hydrogène présente une rentabilité relative (15,3 à 20,9 yuan/kg). Les indicateurs techniques et économiques de la production d'hydrogène par électrolyse alcaline et électrolyse PEM sont présentés dans le tableau 1.
Français La méthode de calcul du coût de la production d'hydrogène électrolytique est présentée dans les équations (1) et (2). LCOE = coût fixe/(quantité de production d'hydrogène x durée de vie) + coût d'exploitation (1) Coût d'exploitation = consommation d'électricité pour la production d'hydrogène x prix de l'électricité + prix de l'eau + coût de maintenance de l'équipement (2) En prenant comme exemple les projets d'électrolyse alcaline et d'électrolyse PEM (1000 Nm3/h), supposons que le cycle de vie total des projets est de 20 ans et la durée de vie opérationnelle est de 9×104h. Le coût fixe de la cellule électrolytique emballée, du dispositif de purification d'hydrogène, des frais de matériel, des frais de construction civile, des frais de service d'installation et d'autres éléments est calculé à 0,3 yuan/kWh pour l'électrolyse. La comparaison des coûts est présentée dans le tableau 2.
Comparé aux autres méthodes de production d'hydrogène, si le prix de l'électricité issue des énergies renouvelables est inférieur à 0,25 yuan/kWh, le coût de l'hydrogène vert peut être réduit à environ 15 yuan/kg, ce qui commence à présenter un avantage financier. Dans le contexte de la neutralité carbone, avec la réduction des coûts de production d'électricité à partir d'énergies renouvelables, le développement à grande échelle des projets de production d'hydrogène, la réduction de la consommation énergétique et des coûts d'investissement des cellules électrolytiques, et l'orientation de la taxe carbone et d'autres politiques, la voie vers la réduction du coût de l'hydrogène vert se dessinera progressivement. Parallèlement, la production d'hydrogène à partir de sources d'énergie traditionnelles sera mélangée à de nombreuses impuretés telles que le carbone, le soufre et le chlore, et compte tenu des coûts de purification et de CCUS, le coût réel de production pourrait dépasser 20 yuan/kg.
Date de publication : 6 février 2023