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Hydrogène: le gaz le plus léger peut-il devenir vert dans l’industrie lourde?


Sur les rives du Rhin, dans le nord-ouest de l’Allemagne, se trouve l’usine de Duisburg de Thyssenkrupp, la plus grande aciérie intégrée d’Europe. L’usine de moulage de fer produit environ 11 millions de tonnes d’acier par an – avec environ 20 millions de tonnes de dioxyde de carbone, soit près de 2,5% des émissions de CO2 du pays.

Avec les pays de l’UE engagés à réduire de 55% les émissions de gaz à effet de serre d’ici 2030Des entreprises comme Thyssenkrupp doivent rapidement décarbonater. Finalement, le projet de Duisburg de convertir les fours à l’hydrogène est l’un des plus ambitieux de l’industrie lourde.

Des secteurs tels que l’acier, le ciment et la pétrochimie qui nécessitent des températures élevées pendant la production ont d’énormes empreintes carbone. L’acier est responsable de 7 à 9% des émissions totales directement des combustibles fossilesSelon l’Association mondiale de l’acier, chaque tonne produite produit en moyenne 1,83 tonne de CO2. Le ciment occupe environ 8% des émissions mondiales totales.

Les fabricants lourds, en particulier en Europe sur la base de ses règles environnementales, sont plus avancés que la plupart des fabricants de décarbonatation. Mais c’étaient les premiers jours. Alors que la plupart des sociétés sidérurgiques européennes considèrent l’hydrogène comme une voie vers la production d’acier dit à faible teneur en carbone, les rivaux chinois se sont davantage concentrés sur la combinaison de la production traditionnelle d’acier avec la technologie de récolte, rétention et stockage du carbone.

Les opposants affirment que le gaz n’est qu’une des solutions à la production de décarbonatation et que l’utilisation généralisée d’hydrogène propre ou « vert » sera limitée par les infrastructures et la quantité d’énergie renouvelable nécessaire. Cependant, les experts affirment que les gouvernements et les entreprises n’ont peut-être pas d’autre choix que de surmonter ces obstacles si l’industrie lourde veut réduire les émissions.

Julio Friedmann, chercheur principal au Center for Global Energy Policy de l’Université de Columbia, SIPA, a déclaré: «Il y a beaucoup de problèmes avec l’hydrogène, y compris l’expansion de masse dont nous avons besoin, mais cela n’a pas d’importance, c’est un must. .

Arnd Köfler, directeur de la technologie chez Thyssenkrupp, a déclaré que pour atteindre les objectifs d’émissions sévères de l’Europe, « vous devez identifier les grandes opportunités, où et comment réduire les émissions de dioxyde de carbone ». Il pense que l’ampleur des émissions de Duisburg offre l’opportunité parfaite pour le déploiement de l’hydrogène.

Le graphique montre la production et les émissions de ciment par pays

La société mène des tests utilisant l’hydrogène comme agent réducteur dans les hauts fourneaux traditionnels, ce qui pourrait théoriquement économiser jusqu’à 20% de CO2. Mais pour réduire considérablement les émissions, il faut des changements technologiques radicaux et utiliser du gaz naturel ou de l’hydrogène au lieu du coke pour séparer l’oxygène du minerai de fer – pour créer ce que l’on appelle le fer à réduction directe (DRI).

Thyssenkrupp prévoit de mettre en service la première usine DRI d’ici 2025, produisant initialement 400 000 tonnes d’acier «respectueux du climat» par an – produites à l’hydrogène ou au gaz naturel – et 3 millions de tonnes d’ici à 2030. Elle vise à remplacer l’intégralité de son explosion fours d’ici 2050.

Des obstacles majeurs subsistent, notamment un approvisionnement adéquat en hydrogène et le coût – la facture pour convertir Duisbourg en hydrogène est estimée à environ 10 milliards d’euros.

La mise en place de l’infrastructure d’un centre d’hydrogène nécessitera également le soutien du gouvernement. Cependant, l’échelle de Duisbourg pourrait en faire le noyau de l’économie de l’hydrogène, avec des tuyaux fournissant du gaz à d’autres industries, y compris les fabricants de produits chimiques. La stratégie nationale de l’hydrogène du gouvernement allemand, annoncée l’année dernière, se concentre clairement sur l’hydrogène «vert» produit en utilisant l’électricité provenant de sources d’énergie renouvelables pour électrolyser l’hydrogène de l’eau.

Aditya Mittal, directeur général d’ArcelorMittal, a déclaré cette semaine qu’il était « trop ​​tôt pour appeler » quand l’hydrogène bleu émergera. La société mène un certain nombre de tests de réduction du carbone, dont un pour tester la capacité de l’hydrogène à dé-fer du minerai dans son usine de Hambourg.

« C’est un long chemin à parcourir », a déclaré Mittal. « Nous ne sommes pas encore près d’y mettre fin. »

La conversion de 100 millions de tonnes d’acier produites par an dans l’UE en carbone nécessiterait environ 400 térawattheures d’électricité par an, ce qui équivaut à 15% de la consommation actuelle du continent. Tout cela devra provenir de sources renouvelables.

La cokerie du groupe industriel allemand Thyssenkrupp à Duisburg, dans l’ouest de l’Allemagne. Le coke dérivé du charbon est utilisé pour fabriquer de l’acier en séparant l’oxygène du minerai de fer. © AFP via Getty Images

«Il semble très difficile d’obtenir ce type d’hydrogène basé sur une nouvelle production d’électricité renouvelable», a déclaré Brian Aranha, vice-président et stratège en chef d’ArcelorMittal.

Des problèmes similaires dominent les opérateurs de l’industrie du ciment, où le CO2 est généré à la fois par la combustion chimique et thermique impliquée dans la production. La plupart des grandes entreprises du domaine explorent les utilisations de l’hydrogène et de la capture et du stockage du carbone.

Hanson UK, la filiale britannique de HeidelbergCement Group, s’est associée à des chercheurs de l’Université de Swansea pour tester l’utilisation de l’hydrogène bleu pour remplacer le gaz naturel dans les incinérateurs de leur usine de Port Talbot, dans le sud du Pays de Galles. Un projet parrainé par le gouvernement dans le projet de ciment Ribblesdale de la société dans le Lancashire teste l’utilisation de l’hydrogène et de la biomasse dans un four à ciment.

Tableau des fabricants de ciment

Iain Walpole, directeur de la durabilité environnementale chez Hanson UK, a déclaré que la manifestation visait à démontrer « si nous pouvons fabriquer un produit qui reste du ciment » en utilisant de l’hydrogène.

Les entreprises chimiques examinent également l’utilisation de l’hydrogène pour alimenter leurs usines. Ils avaient une expérience considérable avec le gaz, un sous-produit de plusieurs procédés de fabrication.

Ineos, qui produit 300 000 tonnes d’hydrogène par an, pense que ce sera le «seul élément» du processus de réduction du carbone. Le groupe chimique privé prévoit de mettre en place un centre d’approvisionnement en hydrogène propre dans son usine de Rafnes, en Norvège, en construisant un électrolytique de 20 MW.

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Geir Tuft, directeur général d’Inovyn, une filiale d’Ineos, prévient qu’avec la quantité de gaz requise, les progrès prendront beaucoup de temps.

«Il y a beaucoup de marketing autour des projets d’hydrogène. Nous devons être réalistes – nous sommes là où l’industrie éolienne en était il y a 20 à 30 ans en termes de déploiement ».

Et tout comme le développement de l’industrie éolienne offshore a été lancé par des programmes de subventions, l’hydrogène dans les industries de l’acier et du ciment aura besoin du soutien de l’État, selon les experts.

Aaron Goater, du Comité consultatif du gouvernement britannique sur le changement climatique, a déclaré: «Dans un proche avenir, nous prévoyons qu’un mécanisme de subvention sera nécessaire pour contribuer à la réduction du carbone et du ciment.

Des prix élevés du carbone sont essentiels. Une étude récente de BloombergNEF montre que l’hydrogène produit à partir d’électricité renouvelable pourrait être à un prix compétitif avec le charbon pour la sidérurgie d’ici 2050 si un prix du carbone de 50 $ / tonne de CO2 était appliqué au charbon à coke.

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En fin de compte, les gouvernements aideront à créer l’infrastructure nécessaire à l’économie de l’hydrogène. Le plan climatique du gouvernement britannique promet d’investir plus d’un milliard de livres sterling pour soutenir des projets d’hydrogène et établir des installations de captage, d’utilisation et de stockage du carbone dans quatre pôles industriels.

Selon Friedmann, c’est là que l’accent devrait être mis sur le processus de réduction du carbone. Il estime que l’Europe est en avance sur la plupart des autres pays dans la réflexion sur les pôles industriels pour fournir les lignes de transport, les systèmes de transport de CO2 et les systèmes de distribution d’hydrogène nécessaires.

«C’était difficile et coûteux, mais c’était le travail. Les gouvernements européens paient pour cette infrastructure ou incitent le secteur privé à le faire.

La couleur de l’hydrogène arc-en-ciel

© Christopher Furlong / Getty Images

Hydrogène vert Créé en utilisant de l’électricité propre à partir de technologies d’énergie renouvelable jusqu’à l’eau électrolytique (H2O), séparant l’atome d’hydrogène à l’intérieur de son oxygène à double molécule. Maintenant très cher.


Hydrogène vert Produit avec du gaz naturel mais avec l’empreinte carbone captée et stockée ou réutilisée. La quantité de production est négligeable en raison du manque de projets d’exploitation.


Hydrogène gris C’est la forme la plus courante de production d’hydrogène. Il est produit à partir de gaz naturel par la conversion du méthane par la vapeur mais ne recueille pas les gaz d’échappement.


Hydrogène brun Le moyen le moins cher de produire de l’hydrogène, mais aussi de nuire à l’environnement, consiste à utiliser l’énergie thermique au charbon dans le processus de fabrication.


Hydrogène turquoise Utilisez un processus appelé pyrolyse du méthane pour créer de l’hydrogène et du carbone solides. Non prouvé à grande échelle. Les préoccupations entourent les fuites de méthane.

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