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L’hydrogène chez nos voisins européens

08 Oct. 21

Le triangle de Weimar est un forum de rencontre, de dialogue et d’échange informel entre l’Allemagne, la Pologne et la France, instauré depuis août 1991 à la suite de la réunification allemande.

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C’est l’agence de l’énergie EnergieAgentur.NRW GmbH et la région Rhénanie du Nord-Westphalie qui organisaient ce mois de septembre à Essen trois jours d’échanges entre experts de l’hydrogène autour des stratégies et projets de la Rhénanie du Nord-Westphalie (NRW), de la Silésie et des Hauts-de-France. Les points communs de ces 3 régions viennent facilement à l’esprit : un passé industriel, surtout sidérurgique, des enjeux très forts en matière de préservation de l’emploi et une même trajectoire de transition énergétique, du charbon aux énergies décarbonées, à différents stades d’avancement il est vrai. Est-ce à dire que les stratégies de cette transition s’expriment toutes de la même façon ? Les spécificités de chacune de ces régions modèlent des positionnements différents : la forte disponibilité d’une électricité compétitive et bas-carbone en France, à comparer avec une électricité encore largement chargée en contenu carbone en Allemagne, et encore plus en Pologne. Une particularité supplémentaire pour l’Allemagne réside dans son fort taux d’importation des énergies fossiles (80% de la consommation finale). L’Allemagne a négocié avec l’UE sa sortie du charbon en 2038 (sauf si les résultats des élections de fin septembre venaient à raccourcir ce calendrier) et la Pologne a un délai négocié qui court jusqu’en 2049, étant donnée sa dépendance très forte à l’extraction et l’exploitation du charbon. Enfin, faut-il aussi prendre en compte le facteur démographique : 18 millions d’habitants en Rhénanie du Nord-Westphalie, 6 millions pour les Hauts-de-France et 4,6 millions pour la Silésie.

La NRW mise sur l’hydrogène importé
Au regard de la forte demande future en hydrogène, et de sa faible capacité à produire de l’hydrogène localement, la Rhénanie du Nord-Westphalie a prévu d’importer l’hydrogène renouvelable à 90%. Les importations devraient atteindre en équivalent de puissance électrique 98 TWh en 2050 pour l’hydrogène et 129 TWh pour les molécules de synthèse issues de l’hydrogène (Power to Liquid). La production de la région ne sera alors que de 10 TWh en hydrogène et 18 TWh en produits de synthèse. La question des réseaux de transports et de distribution est donc centrale, de même que celle des coopérations avec des pays ayant le potentiel de production d’hydrogène décarboné. 120 km de conduites hydrogène seront en service en 2025 et passeront à 240 km en 2030 pour la seule région NRW. La capacité propre d’électrolyse sera de 100 MW en 2025 et entre 1 et 3 GW en 2030.

Des usages en plein boom
La transition vers l’hydrogène s’organise tout autant du côté des usages. L’industrie chimique et pétrochimique consomme en NRW 600 000 tonnes d’hydrogène gris par an. L’industrie du Chlore produit à elle seule 35 000 tonnes par an d’hydrogène co-produit. La conversion de la sidérurgie par le procédé Direct Reduced Iron (DRI) est en chemin : ThyssenKrupp prévoit ainsi pour 2025 la conversion de l’un de ses hauts fourneaux avec l’aide d’Air Liquide. Mais le «power to liquid » est aussi largement envisagé : une usine de 100 tonnes/jour est prévue pour 2025 qui produira du e-methanol (CH3OH) et de l’ammoniac (NH3). En 2050, la demande attendue de l’industrie sidérurgique sera de 720 000 tonnes par an.

Plein d’hydrogène à la station d’Herten

Le secteur des transports s’organise avec une participation active des collectivités et d’associations fédérant communes et entreprises et drainant de manière efficace les programmes de financements. HyCologne dirigé par Dr. Albrecht Möllmann est un réseau rhénan qui promeut l’usage de l’hydrogène pour la mobilité, notamment l’hydrogène coproduit de l’industrie chimique (électrolyse Chlore-alcali). H2-netzwerk-ruhr est un réseau de plus de 50 membres qui réunit entreprises et collectivités avec pour objet de concevoir et initier des projets, faire du networking et travailler sur les offres de formation. Le projet JIVE (Joint Initiative for Hydrogen Vehicles across Europe) est une initiative européenne dotée d’un fonds de 32 millions d’euros provenant du programme FCH JU et visant à développer la mobilité hydrogène dans 7 pays membres : en Allemagne, les bus se développent à Cologne, Wuppertal, et le long du Rhin. Ainsi, 500 bus publics à hydrogène sont prévus pour 2025 et 3800 pour 2030 en NRW. Du côté des routiers, 400 poids-lourds passeront à l’hydrogène d’ici 2025 et 11 000 de plus de 20 tonnes d’ici 2030. Il existe 92 stations hydrogène à ce jour en Allemagne et 418 projets sont en cours d’instruction. Les programmes nationaux sont développés à partir d’une société d’Etat au nom évocateur NOW GmbH. (NOW pour Nationale Organisation Wasserstoff : Organisation Nationale de l’Hydrogène) qui œuvre à développer les technologies zéro carbone au sein d’un système énergétique intégré. Concrètement, NOW implémente et coordonne les programmes de financement, tel que le NIP (National Innovation Programm) pour les technologies Hydrogène et Piles à Combustibles. Une initiative intéressante est menée par NOW GmbH sous le vocable « Hyland »: l’idée est d’encourager les municipalités et régions à réaliser des projets H2 à travers un accompagnement fait d’expertises et subventions en tenant compte du niveau d’expérience et de connaissance de chaque région. Cet accompagnement démarre par une aide pour sensibiliser et impliquer les premiers acteurs (Hystarter), puis devient une aide financière de 300 Keuros pour les études de conception de projets intégrés (Hyexpert), pour aller enfin vers la mise en œuvre concrète des projets à travers des subventions allant jusqu’à 20 millions d’euros par région (Hyperformer). Au total, 85 entités administratives (municipalités ou régions) ont été lauréats du premier appel à projets.

Les bancs d’essai de ZBT

La R&D au cœur du sujet
Tous ces programmes pour l’industrie et les transports se mettent en place avec le soutien d’une recherche et développement tournée vers l’industrie et l’économie. Le puissant ZBT (Centre technique des piles à combustible) de Duisburg développe en lien avec l’université de Duisburg-Essen, une R&D appliquée sur les PAC, l’hydrogène et les batteries avec 120 chercheurs et thésards, 1200 m2 de laboratoires et plusieurs bancs d’essai (électrolyseurs, dispositif haute pression, banc mobile H2,…).

Mieux encore, les industriels tels que ThyssenKrupp développent sur leurs sites une R&D appliquée aux besoins de mutation de l’industrie. Le savoir-faire de ThyssenKrupp dans l’électrolyse alcaline du chlore se trouve ici transférée pour des applications hydrogène. Toujours à Duisburg, l’industriel développe ses propres électrolyseurs et optimise la réactivité des machines en fonction des profils de charge. De même, les différentes technologies de séparation et purification de gaz sont testées puis les différentes technologies de fabrication de gaz de synthèse par méthanation. Dans le cadre du programme « Carbon2Chem», une « miniplant » de fabrication de méthanol (1kg/heure) à partir des gaz sidérurgiques est installée à Duisburg pour prévoir la mise à l’échelle de la production. Ce programme a démarré en 2016, à un moment où tous pensaient encore à l’avenir de l’industrie de l’acier. Mais depuis la montée de la concurrence issue de la mondialisation, les recherches s’orientent vers d’autres types d’industries pour proposer les solutions de décarbonation mises au point par ThyssenKrupp.

La Pologne souhaite profiter de son atout charbon
En Pologne, si aujourd’hui 58% des énergies sont carbonées, ce taux devra atteindre 40% en 2030 et 19% en 2040. Le processus est donc lancé : l’hydrogène s’appuiera sur un fort développement du photovoltaïque et de l’éolien sur l’ensemble du territoire polonais. Le programme national prévoit 2 GW d’électrolyseurs et 200 bus à hydrogène d’ici 2030. Cependant, pour nos amis polonais de l’Institut Central des Mines de Katowice (GIG), voir en Allemagne des mines transformées en musées s’apparente à un cauchemar. L’économie basée sur le charbon cherche à survivre à l’extinction des mines à travers des procédés de transformation de ce charbon. Les recherches se concentrent sur la gazéïfication du charbon, assortie de CCS (Carbon Capture Storage) et sur la gazéïfication de la biomasse. Les technologies de cycle combiné à gazéification intégrée (IGCC) et piles à combustible à gazéïfication intégrée (IGFC) présentent des rendements supérieurs à 50%. La gazéïfication souterraine profonde du charbon (UCG) fait l’objet également de nombreux pilotes.

Les conclusions d’un tel échange sont nombreuses. On notera tout d’abord une forte volonté allemande. Une telle volonté est facilitée d’une part par un marché intérieur important, mais surtout par une planification et des objectifs clairs ; elle n’est en rien importunée par l’idée d’importer massivement le vecteur énergétique décarboné. On s’étonnera d’entendre qu’un bus à hydrogène coûte seulement 360 000 euros et que le taux de financement public des bus, des études et même des stations avoisinent dans certains cas les 80% ! Ah si Goethe avait parlé la langue de Lavoisier !…

La taxonomie de l’hydrogène est un sujet de divergence où bien évidemment la Pologne s’empresse de rejoindre la position française : l’Allemagne, on le sait, considère comme un véritable enjeu le niveau de décarbonation de l’hydrogène et en fait une pierre d’achoppement des négociations sur les projets IPCEI.

Il est prévu de poursuivre les échanges sur trois points entre les trois régions : un thème fédérateur tout d’abord autour des expertises des régions en termes de recherche et développement, un thème plus pratique à travers l’élaboration d’un cahier des charges commun des bus de ville à hydrogène dans l’idée d’aboutir à une standardisation et un abaissement sensible des coûts d’acquisition. Enfin, un thème plus politique, laissé à l’appréciation des élus : la révision des directives Red3, notamment sur la notion d’additivité qui vient contraindre fortement la production d’hydrogène local par l’obligation d’y adjoindre une source nouvelle d’ENR.

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