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L’hydrogène vert : la clé de la décarbonisation de l’industrie lourde
En avril 2021, l’Union européenne a adopté la loi européenne sur le climat en vertu de laquelle ses pays membres s’engagent à réduire leurs émissions de gaz à effet de serre (GES) d’au moins 55% d’ici à 2030.1 Au début du même mois, le Royaume-Uni a adopté sa propre loi qui définit un budget carbone encore plus ambitieux : réduire ses émissions de 78% d’ici 2035.2 Malgré les nombreux obstacles, la voie vers l’objectif « net zero » dans la majeure partie de l’économie est tracée. Dans certains secteurs, les solutions de décarbonisation dont nous avons besoin peinent toutefois à voir le jour.
L’un de ces secteurs « difficiles à décarboniser » est l’industrie lourde, qui comprend la fabrication d’acier, de ciment et de produits pétrochimiques (y compris le plastique). Ces industries sont difficiles à décarboniser pour deux raisons. Tout d’abord, leurs processus de production requièrent des températures extrêmement élevées qu’il est difficile, voire impossible, d’atteindre sans brûler de combustibles fossiles. Deuxièmement, bon nombre de ces processus sont hautement intégrés et réglementés, et nécessitent des investissements importants en temps et en argent. De ce fait, même lorsque des méthodes alternatives sont théoriquement disponibles, les niveaux de complexité et de dépenses à fonds perdu font que les processus des industries de l’acier, du ciment et de la pétrochimie sont souvent extrêmement difficiles à modifier dans la pratique.
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Mais, malgré ces difficultés, ils doivent changer. A moins d’une découverte scientifique inattendue et révolutionnaire, ces industries resteront essentielles au bon fonctionnement de la société pour les générations à venir, même si leurs processus à haute température sont responsables d’environ 10% des émissions mondiales, soit plus que les voitures et les avions réunis3.
Pour opérer un changement aussi radical, un consensus semble se former autour d’une approche qui, d’une certaine manière, est un retour aux sources.
Elémentaire
Avec ses atomes constitués d’un seul proton et d’un seul électron, l’hydrogène est l’élément le plus simple et le plus abondant de l’univers. Il constitue environ 75% de toute la matière ordinaire, est incolore, inodore et insipide, et présente un grand intérêt pour ceux qui cherchent à décarboniser les industries à haute température. Car, tout comme les combustibles fossiles, l’hydrogène sous forme gazeuse est hautement inflammable. Mais, contrairement aux combustibles fossiles, la seule émission produite par la combustion de l’hydrogène est de l’eau.
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Aujourd’hui, les industries de l’acier, du ciment et de la pétrochimie font leurs premiers pas en vue de concrétiser cet intérêt en une transformation profonde.
Par exemple, la société canadienne ArcelorMittal, deuxième sidérurgiste du monde, a récemment effectué un essai réussi en utilisant de l’hydrogène « vert » pour réduire le minerai de fer.4 L’hydrogène vert est produit en utilisant exclusivement de l’électricité décarbonisée et, en tant que tel, sera une source d’énergie vitale si les industries à haute température doivent véritablement renoncer au carbone.
De son côté, Volvo a dévoilé en octobre dernier un camion électrique de huit tonnes partiellement fabriqué à partir d’acier vert – une première mondiale.5 L’acier utilisé dans le camion de Volvo, conçu pour être utilisé dans les carrières et les mines, a été produit par SSAB en utilisant de l’hydrogène vert à la place du charbon à coke habituel.6 Il s’agit d’avancées modestes, mais cruciales pour un secteur qui est à l’origine d’au moins 7% des émissions mondiales7 et qui doit réduire ses émissions de moitié d’ici à 2050 si nous voulons atteindre nos objectifs mondiaux de zéro émission nette.
La collaboration est essentielle
La fabrication de ces produits industriels verts est toutefois un défi pour une entreprise isolée. L’acier utilisé dans le camion Volvo a été acheté par HYBRIT, une joint-venture d’acier vert entre le sidérurgiste suédois SSAB, l’entreprise publique suédoise Vattenfall et la société minière LKAB. Ces collaborations complexes au sein de la chaîne de valeur reflètent les défis auxquels sont confrontés les secteurs en transition comme celui de l’acier pour déployer les capacités de production d’électricité propre et d’hydrogène dont ils ont besoin, en plus des investissements nécessaires pour mettre en place des procédés de production neutres en carbone Le développement de l’infrastructure énergétique sous-jacente des secteurs industriels en transition nécessitera la mise en place de consortiums, de partenariats public-privé, de groupements industriels, de joint-ventures, de partenariats intersectoriels et d’accords d’exploitation.
Tirant également parti du potentiel des collaborations, le fabricant British Steel s’est engagé à produire de l’acier neutre en carbone d’ici 20508 et travaillera avec EDF, l’University College de Londres et le Materials Processing Institute pour atteindre cet objectif. Dans le secteur du ciment, le fabricant Hanson UK collabore avec l’Université de Swansea pour remplacer le gaz naturel par de l’hydrogène vert dans les brûleurs de son usine de Port Talbot au Pays de Galles.9
Sources d’énergie propre
Toutefois, pour que l’hydrogène vert puisse se généraliser, ces industries doivent d’abord trouver le moyen d’obtenir les grandes quantités d’énergie décarbonisée nécessaires pour produire de l’hydrogène vert à grande échelle. L’année dernière, INEOS a annoncé son intention de créer un centre de distribution d’hydrogène vert produit par électrolyse de l’eau en Norvège, alimenté par de l’électricité décarbonisée.10 Il s’agit d’une étape importante, mais la décarbonisation massive de l’industrie lourde nécessitera de plus grandes capacités.
Par exemple, l’Europe produit actuellement environ 100 millions de tonnes d’acier par an. Pour produire cette quantité d’acier en utilisant de l’hydrogène vert au lieu de combustibles fossiles, il faudrait environ 400 térawattheures d’électricité, soit l’équivalent de 15% de la consommation énergétique annuelle de l’Europe – et cette énergie devrait être 100% sans carbone.
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Les décideurs politiques auront également un rôle essentiel à jouer, par exemple en mettant en place des subventions publiques destinées à promouvoir le développement et l’investissement dans les réseaux et les infrastructures électriques. L’Union européenne et le Royaume-Uni ont tous deux publié des plans ambitieux pour développer une économie de l’hydrogène – une économie appelée à façonner l’avenir de notre société et de notre planète.
1 Commission européenne (2021). « Loi européenne sur le climat ». Disponible ici : https://ec.europa.eu/clima/eu-action/european-green-deal/european-climate-law_fr
2 GOV.UK (2021). « UK enshrines new target in law to slash emissions by 78% by 2035 ». Disponible ici : https://www.gov.uk/government/news/uk-enshrines-new-target-in-law-to-slash-emissions-by-78-by-2035
3 Roberts, D. (2020). « This climate problem is bigger than cars and much harder to solve », Vox. Disponible ici : https://www.vox.com/energy-and-environment/2019/10/10/20904213/climate-change-steel-cement-industrial-heat-hydrogen-ccs
4 ArcelorMittal (2022). « ArcelorMittal successfully tests partial replacement of natural gas with green hydrogen to produce DRI ». Disponible ici : https://corporate.arcelormittal.com/media/news-articles/arcelormittal-successfully-tests-partial-replacement-of-natural-gas-with-green-hydrogen-to-produce-dri
5 Tomlinson, M. (2022). « Volvo Trucks: First in the world to use fossil-free steel in its trucks ». Volvo Trucks. Disponible ici : https://www.volvotrucks.co.uk/en-gb/news/press-releases/2022/may/volvo-trucks-first-in-the-world-to-use-fossil-free-steel-in-its-trucks.html
6 https://www.ssab.com/en-gb/news/2021/10/ssabs-fossilfree-steel-featured-in-volvo-groups-vehicle
7 Commission de transition énergétique (2018). « Mission Possible: Reaching net-zero carbon emissions from harder-to-abate sectors by mid-century. Sectoral focus: steel » Disponible ici : https://www.energy-transitions.org/wp-content/uploads/2020/08/ETC-sectoral-focus-Steel_final.pdf
8 British Steel (2021). « British Steel unveils Low-Carbon Roadmap with net-zero pledge » Disponible ici : https://britishsteel.co.uk/news/british-steel-unveils-low-carbon-roadmap-with-net-zero-pledge/
9 Hanson (2021). « Collaboration on green hydrogen research » Disponible ici : https://www.hanson.co.uk/en/news-and-events/green-hydrogen-research
10 INEOS Hydrogen (n.d.). « INEOS & Hydrogen ». Disponible ici : https://www.ineoshydrogen.com/ineos-hydrogen/ineos-and-hydrogen
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