Comment le gaz naturel accélère la voie vers l’hydrogène

Il n’existe pas de méthode unique pour parvenir à la décarbonation, et l’expression familière « transition énergétique » reconnaît que les progrès se font étape par étape.

Pour répondre à la demande croissante de réduction des gaz à effet de serre, les entreprises cherchent à adopter l’hydrogène respectueux du climat comme source d’énergie flexible et infiniment renouvelable.

L’hydrogène suscite un intérêt croissant en raison du haut degré de flexibilité de son obtention et de ses utilisations. Non seulement il peut être dérivé de sources traditionnelles à base d’hydrocarbures, comme le pétrole, le gaz ou le charbon, mais il peut également être créé à l’aide de l’électricité renouvelable éolienne et solaire par le biais d’un procédé appelé électrolyse.

Les différentes façons dont l’hydrogène est produit et le profil d’émissions correspondant lors de la production sont couramment identifiés par une couleur. Par exemple, l’hydrogène renouvelable ou « H2 vert » est dérivé de sources purement renouvelables sans émissions, tandis que l’« hydrogène gris » est dérivé de sources à base de carbone dont les émissions sont libérées dans l’atmosphère. Les sources décarbonées ou « H2 bleu » proviennent également d’hydrocarbures – le plus souvent du gaz naturel propre – mais présentent l’avantage de capter le carbone, ce qui empêche les émissions d’atteindre l’atmosphère.

Malgré les récentes fluctuations des prix, l’infrastructure du gaz naturel constitue un accélérateur pour l’économie de l’hydrogène. Avec une offre abondante en ressources naturelles il est possible de convertir les molécules de gaz en hydrogène au plus près de l’endroit où l’on en a besoin.

L’hydrogène d’origine renouvelable est finalement le plus souhaitable du point de vue de la durabilité environnementale, car le carbone ne participe jamais à la production d’énergie. Néanmoins l’infrastructure nécessaire à l’adoption généralisée de l’hydrogène à partir de ressources écologiques n’est tout simplement pas en place et ne le sera pas avant un bon moment. Les délais de mise en place de cette infrastructure ne feront qu’entraver la capacité du monde à atteindre les objectifs de décarbonation net-zéro.

D’autre part, l’infrastructure de gaz naturel existante est vaste et offre un moyen rapide et sûr d’acquérir de l’expérience dans l’utilisation de l’hydrogène dans un large éventail d’applications.

Il y a plus de 4,8 millions de kilomètres de gazoducs aux États-Unis seulement, et plusieurs millions d’autres à travers le monde. Malgré les récentes fluctuations des prix, l’infrastructure du gaz naturel constitue un accélérateur pour l’économie de l’hydrogène. Avec une offre abondante en ressources naturelles il est possible de convertir les molécules de gaz en hydrogène au plus près de l’endroit où l’on en a besoin. Et contrairement à son cousin gris, l’hydrogène bleu issu du gaz naturel comprend des processus de captage du carbone et de stockage souterrain permanent afin d’éviter le rejet du CO2 dans l’atmosphère.

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Il s’agit d’une étape importante dans la croissance globale et l’adoption de l’hydrogène, car le gaz naturel s’est imposé comme l’une des formes les plus propres de sources d’énergie à base d’hydrocarbures. L’hydrogène de source de gaz naturel combiné au captage de carbone offre une occasion massive d’accélérer l’adoption de l’hydrogène dans le monde à court et moyen terme, tout en passant à un pourcentage croissant de matières premières renouvelables ou zéro émission à long terme.

Comprendre la conversion du gaz naturel en hydrogène

Aujourd’hui, la majorité de l’hydrogène produit – tant aux États-Unis que dans le monde – est obtenu par reformage du méthane à la vapeur, un processus de production abouti dans lequel de la vapeur à haute température est utilisée pour produire de l’hydrogène à partir d’une source de méthane, comme le gaz naturel. Sans technologie de captage des émissions, le processus de reformage du gaz naturel libère de grandes quantités de carbone dans l’atmosphère. Pour rendre l’hydrogène plus durable, les fabricants doivent régler la question des émissions de cette filière de production. Il s’agit d’un casse-tête majeur pour les industries qui adoptent aujourd’hui un plan de transition énergétique propre tout en développant des solutions écologiques à long terme pour demain.

Le processus de reformage du méthane à la vapeur est divisé en trois phases. Tout d’abord, le gaz naturel réagit avec la vapeur, la pression et un catalyseur pour produire de l’hydrogène, du monoxyde de carbone et une petite quantité de dioxyde de carbone. Dans la phase suivante, appelée « réaction de transfert eau-gaz », la vapeur et le monoxyde de carbone réagissent avec un catalyseur pour produire du dioxyde de carbone et davantage d’hydrogène. Dans la phase finale, de l’hydrogène pur est créé par « adsorption modulée en pression (PSA) », où le dioxyde de carbone et les autres impuretés sont éliminés. Dans le procédé traditionnel de production d’hydrogène gris, le dioxyde de carbone résiduel est rejeté dans l’atmosphère. Inversement, avec l’hydrogène bleu, la plupart des molécules de dioxyde de carbone sont capturées et retournées sous terre pour un stockage à long terme.

Avec plus d’hydrogène sur le marché, il est possible d’adopter une énergie plus propre de plusieurs manières. Le fait de mélanger le gaz naturel avec de l’hydrogène renouvelable permet de réduire les émissions globales de GES.

En fait, ces technologies permettant d’assurer l’avenir d’un carburant hydrogène plus durable existent déjà. Les solutions de reformage du méthane à la vapeur (SMR) d’Emerson optimisent et stabilisent le fonctionnement du reformeur afin d’aider les producteurs à améliorer la productivité, à réduire la variabilité, à réduire la consommation d’énergie, à réduire les émissions et à minimiser les risques pour la sécurité. Ces solutions comprennent l’installation de débitmètres Coriolis Micro Motion sur le gaz combustible ou l’alimentation en gaz naturel pour contrôler le rapport vapeur-carbone. Ces débitmètres préservent la sécurité, la durée de vie du catalyseur et les coûts énergétiques. Comme l’hydrogène est produit à haute pression, les vannes de régulation et les régulateurs d’Emerson aident à maintenir un procédé sûr et contrôlé. Pour augmenter l’efficacité globale et identifier les fuites dans le système, Emerson utilise également la technologie d’adsorption modulée en pression (PSA). Couplées à d’autres technologies d’Emerson, y compris le jumeau numérique, les systèmes de contrôle et de surveillance et la plate-forme Plantweb Optics, ces solutions peuvent aider les entreprises à convertir efficacement et en toute sécurité le gaz naturel en hydrogène bleu.

Avec plus d’hydrogène sur le marché, il est possible d’adopter une énergie plus propre de plusieurs manières. Mélanger le gaz naturel avec de l’hydrogène renouvelable permet de réduire les émissions globales de GES, et l’adoption de l’hydrogène bleu offre également l’occasion de tirer parti des précieux équipements énergétiques et infrastructurels, y compris les réserves de combustibles fossiles et les gazoducs.

Le fournisseur d’énergie canadien

Enbridge montre la voie dans le domaine de l’hydrogène renouvelable. Grâce à la technologie d’Emerson, cette entreprise est la première en Amérique du Nord à utiliser de l’électricité renouvelable pour produire de l’hydrogène sans émissions. Enbridge a également incorporé de l’hydrogène dans l’infrastructure du gaz naturel, dans le cadre d’un programme pilote qui fournit une énergie plus propre à 3 500 foyers. Ce projet modulaire est un exemple de la façon dont l’hydrogène bleu peut aider à créer des économies locales à faible émission de carbone et un avenir énergétique plus durable.

BayoTech, une société basée à Albuquerque, dans l’état du Nouveau-Mexique, est un autre client d’Emerson qui est à l’avant-garde de l’économie d’hydrogène. En offrant une chaîne de valeur de l’hydrogène de bout en bout, BayoTech innove dans la manière dont l’hydrogène est produit, distribué et consommé. La production concerne aussi bien le reformage du méthane à la vapeur du gaz naturel, des gaz de décharge et du biogaz agricole que les énergies renouvelables comme l’éolien et solaire.

À partir de la fin de 2022, BayoTech s’associera à Savock Farms en Écosse pour détourner une partie du biométhane produit par les procédés de digestion anaérobie sur le site d’injection du réseau d’approvisionnement vers la production d’hydrogène. La technologie d’Emerson permet à BayoTech de produire 1 000 kilogrammes ou plus d’hydrogène renouvelable par jour pour alimenter les véhicules zéro émission dans la région. Ce projet reproductible et modulaire permet aux consommateurs locaux d’accéder à l’hydrogène sans émission de carbone. Le projet s’harmonise également directement avec les plans de l’Écosse visant à installer au moins 5 gigawatts de capacité de production d’hydrogène renouvelable et à faible teneur en carbone d’ici 2030.

Trouver des stratégies créatives pour intégrer des solutions énergétiques plus propres est une victoire pour les entreprises, les décideurs politiques et les consommateurs. Tandis que la planète cherche à atteindre l’objectif « Net Zéro » d’ici 2050, l’hydrogène peut jouer un rôle essentiel pour répondre aux besoins mondiaux en énergie plus propre. La condition essentielle est d’éliminer les obstacles à l’adoption afin que nous puissions apprendre de manière empirique et gagner la confiance dans l’hydrogène comme source d’énergie durable pour l’avenir.