Des objectifs climatiques ambitieux de type net zéro poussent à investir et à s’intéresser aux sources d’énergie renouvelables, notamment l’hydrogène respectueux du climat. L’intérêt pour l’hydrogène n’est pas nouveau ; ce qui l’est, c’est le rôle critique qu’il peut jouer pour répondre aux exigences mondiales de décarbonisation. En fait, au cours de la dernière décennie, la demande en hydrogène a augmenté de 28 % alors que de plus en plus d’industries prennent conscience de son potentiel en tant que source d’énergie alternative aux combustibles fossiles, en particulier dans les industries difficiles à décarboniser, ainsi que d’un large éventail d’applications sur toute la chaîne de valeur.
Il existe une multitude de façons de créer de l’hydrogène, dont certaines produisent des sous-produits de carbone et d’autres ne produisent aucune émission, mais toutes s’accompagnent de complexités uniques. Idéalement, l’accent serait mis sur la production « d’hydrogène vert », c’est-à-dire dérivé de sources purement renouvelables et sans émissions. Il reste cependant un long chemin à parcourir pour la mise à l’échelle et la commercialisation de l’hydrogène vert : il s’agit de construire l’infrastructure, de le rendre fiable et sûr, de le livrer à un coût compétitif et de rassurer les consommateurs sur sa disponibilité au moment et à l’endroit voulus.
En attendant, la production de divers types d’hydrogène, notamment l’hydrogène bleu et l’hydrogène gris, peut faciliter la réponse à la demande actuelle, favoriser une plus grande adoption et apporter des enseignements clés qui permettront de réduire les coûts. Comme toutes les nouvelles industries, des progrès mesurables sur l’ensemble de la chaîne de valeur sont nécessaires pour avancer plus rapidement.
Mise en œuvre de l’hydrogène sur toute la chaîne de valeur
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Production
À mesure que la demande en hydrogène augmente, l’industrie devra accélérer la production et la distribution et les mettre à l’échelle. Qu’elles utilisent des électrolyseurs ou des reformeurs de méthane à vapeur avec capture du carbone, les entreprises dépendront des technologies d’automatisation avancées combinées à des procédés améliorés et à de puissantes analyses des données. Les technologies idoines peuvent contribuer à l’amélioration de la productivité, à la réduction de la variabilité, à la diminution de la consommation d’énergie, à la réduction des émissions et à la validation du développement durable des opérations.
La conception de l’automatisation globale basée sur les appareils intelligents, l’IoT, les systèmes numériques de contrôle-commande, l’analyse des données, les jumeaux numériques et les outils d’ingénierie avancés permettent aux usines de concevoir une installation et de la faire évoluer facilement, d’accélérer la courbe d’apprentissage, d’améliorer l’efficacité opérationnelle, de bénéficier de la maintenance préventive et d’optimiser les coûts du cycle de vie des équipements.
Emerson travaille sur un projet pilote, appelé PosHYdon, qui permettra de mieux comprendre l’efficacité des électrolyseurs et de développer des systèmes de production d’hydrogène vert à grande échelle.
PosHYdon produit de l’hydrogène en mer, au large des Pays-Bas, et génère des combustibles renouvelables grâce à l’exploitation de l’électricité verte fournie par les éoliennes pour alimenter le procédé de production. La méthode convertit l’eau de mer en eau déminéralisée, puis produit de l’hydrogène en toute sécurité par électrolyse. L’hydrogène est ensuite mélangé à du gaz naturel, transporté jusqu’à la côte et injecté dans le réseau gazier national.
Le projet utilise les technologies de système numériques de contrôle-commande DeltaV pour contrôler les installations de dessalement et les électrolyseurs, le mélange de gaz et les équipements auxiliaires, tout en améliorant la sécurité, la disponibilité du procédé et l’efficacité opérationnelle.
Les projets d’hydrogène durable ne sont pas sans difficultés car ils doivent intégrer de nombreuses sources de données dans un système d’équipements auxiliaires, un procédé essentiel à la réussite d’une installation. Emerson collabore avec Toyota Australie pour transformer une partie des opérations du constructeur automobile en une usine de production, de stockage et de ravitaillement en hydrogène de qualité commerciale. Le projet s’appuie sur le système de contrôle-commande DeltaV d’Emerson pour recueillir et contextualiser les données des équipements complexes de l’usine, ce qui facilite le suivi de la production et du stockage de l’hydrogène gazeux et permet de valider le développement durable des opérations.
« En intégrant une base d’automatisation numérique pour éliminer le cloisonnement des données, Toyota Australie peut non seulement réduire considérablement les coûts, mais aussi obtenir une plus grande visibilité sur les performances du système, ce qui facilite la maintenance et la production de rapports sur les performances de développement durable et l’augmentation de la productivité », a expliqué Mark Bulanda, président exécutif de l’activité Automation Solutions d’Emerson.
Un autre projet passionnant est le projet de stockage d’énergie propre avancé de Mitsubishi Power Americas, qui devrait être un des plus grands centres industriels de production et de stockage d’hydrogène vert au monde. L’installation fournira une charge d’alimentation en hydrogène au projet de la centrale électrique Intermountain Power Agency (IPP) Renewal située à proximité, qui utilisera la prochaine génération de simulation totale de centrale qui comprend la technologie jumelle numérique d’Emerson, des modèles de turbine à gaz et de turbine à vapeur haute fidélité de Mitsubishi, et des analyses avancées pour soutenir la mise en service et la formation. La centrale IPP Renewal de 840 mégawatts à turbine à gaz à cycle combiné compatible à l’hydrogène fonctionnera initialement avec un mélange de 30 % d’hydrogène vert et de 70 % de gaz naturel en volume à compter de 2025, et passera à 100 % d’ici 2045.
Transport et stockage
Avant que l’hydrogène puisse être utilisé comme source d’énergie, il doit être converti, stocké ou transporté. L’accent est mis sur la réduction des fuites d’hydrogène, sur la connaissance de la quantité d’hydrogène qui passe par les transmissions et les points de transfert, et sur sa manipulation sûre et efficace. Le stockage de l’hydrogène est une technologie clé qui permet de faire progresser l’hydrogène dans des applications telles que l’énergie fixe, l’énergie portable et le transport. Les molécules d’hydrogène peuvent être transportées et stockées sous différentes formes : H2 liquide, via liquide organique porteur d’hydrogène (LOHC) ou sous forme de molécules d’ammoniac. Les caractéristiques du stockage de l’hydrogène sont très complémentaires des autres technologies de stockage d’énergie à plus court terme comme les batteries lithium-ion.
Il existe des risques de sécurité gérables en cas de surpression et de fuites dans des conditions de vibrations et de pression élevées. Les vannes antipompage, les détecteurs de vibrations et les détendeurs d’Emerson contribuent à l’amélioration de la fiabilité et à la prévention des émissions fugitives.
Distribution
Une clé pour une adoption plus rapide des technologies consiste à utiliser l’infrastructure existante, ce qui permet d’économiser du temps et de l’argent pour la mise en œuvre des projets. Le mélange d’hydrogène dans les canalisations de gaz naturel en est un excellent exemple. L’hydrogène provenant du gaz naturel combiné au captage du carbone présente une énorme opportunité d’accélérer l’adoption de l’hydrogène dans le monde.
Le mélange d’hydrogène dans les infrastructures de gaz naturel présente toutefois trois défis : la corrosion, les fuites d’hydrogène, ainsi que la qualité et l’interchangeabilité du gaz. La technologie de surveillance de la corrosion d’Emerson est conçue de manière à répondre aux besoins spécifiques des canalisations de mélange d’hydrogène. La surveillance à distance des gazoducs fournit une image détaillée des opérations (suivi des produits, composition des fluides et bien plus encore) afin d’améliorer l’intégrité des canalisations. Les chromatographes en phase gazeuse certifiés pour l’hydrogène garantissent la qualité du gaz et la conformité aux spécifications contractuelles.
Grâce à la technologie d’Emerson, le fournisseur d’énergie canadien Enbridge est le premier en Amérique du Nord à utiliser de l’électricité renouvelable pour produire de l’hydrogène sans émissions. Enbridge incorpore de l’hydrogène dans l’infrastructure de gaz naturel pour fournir une énergie plus propre à 3 500 foyers.
Consommation
Les stations-service distribuant de l’hydrogène finiront par remplacer les stations-service traditionnelles, ce qui nécessite des systèmes répondant aux normes de performance et de sécurité les plus élevées. Les technologies d’automatisation permettent de réduire les coûts de maintenance et les perturbations non planifiées dans les stations-service. En outre, les technologies avancées edge de contrôle permettront la mise en place de stations sans personnel, une solution plus réalisable et plus économique.
En même temps, les exploitants veulent avoir l’assurance que les stations distribuent la bonne quantité de carburant à la bonne pression, rapidement et en toute sécurité. Une instrumentation de pointe permettant de distribuer des volumes de carburant précis contribuera à la réduction des coûts, à la diminution des fuites et à la sécurité des opérations.
Les piles à combustible qui transforment l’hydrogène en énergie propre pour alimenter les véhicules doivent également être fiables et présenter un encombrement réduit et léger. L’optimisation des systèmes de piles à combustible est primordiale pour l’élimination des arrêts et la réduction des coûts.
Emerson travaille avec BayoTech, qui construit des centaines d’unités d’hydrogène modulaires et efficaces afin de produire de l’hydrogène plus propre et moins coûteux. Ces unités peuvent produire jusqu’à 1 000 kg d’hydrogène par jour, soit suffisamment pour alimenter pas moins de 200 véhicules à pile à combustible à hydrogène. Afin de stimuler la montée en puissance à l’échelle mondiale, les centres de production locaux de BayoTech s’appuieront sur les technologies d’automates programmables, de contrôle edge et la surveillance à distance d’Emerson ainsi que sur la suite Microsoft Azure IoT pour une exploitation sûre et autonome.
De plus, les débitmètres à effet Coriolis Micro Motion d’Emerson, conçus pour des pressions de service élevées, sont utilisés par la station PitPoint de TotalEnergies aux Pays-Bas afin de mesurer de manière sûre et précise le débit d’hydrogène gazeux. Partenaire de TotalEnergies Gas Mobility, Emerson est un des seuls fournisseurs de débitmètres destinés à une utilisation dans des distributeurs d’hydrogène certifiés.
Le carburant du futur
L’hydrogène est l’avenir d’un bouquet énergétique diversifié et durable sur le plan environnemental, mais nous avons besoin d’une approche équilibrée et accélérée sur l’ensemble de la chaîne de valeur pour que cet objectif ambitieux devienne réalité. En innovant et en mettant à l’échelle des solutions hydrogène sur toute la chaîne de valeur, nous contribuerons à la réduction des coûts, au développement de la demande et de la confiance des consommateurs, ainsi qu’à la validation des technologies nécessaires pour produire, transporter, stocker et consommer l’hydrogène. Mais pour y parvenir, il faut d’abord construire une base solide qui associe les technologies d’automatisation, l’ingénierie collaborative et les partenaires ayant une expertise dans le domaine, et utiliser l’infrastructure existante pour permettre l’accélération du développement de l’hydrogène en tant que source d’énergie omniprésente et fiable - un véritable carburant pour l’avenir.
