UNE COLLABORATION MONDIALE POUR LA RECHERCHE ET L’INNOVATION DANS LA TECHNOLOGIE DE L’HYDROGÈNE

2020 RAPPORT ANNUEL

En savoir plus sur les tâches en cours et les mises à jour des membres en 2020

TASK 38

FINAL REPORT

POWER-TO-HYDROGEN AND HYDROGEN-TO-X: SYSTEM ANALYSIS OF THE TECHNO-ECONOMIC, LEGAL AND REGULATORY CONDITIONS

Rapport coordonné par
Olfa Tlili, Sébastien de Rivaz, and Paul Lucchese
CEA-Université-Paris-Saclay

Septembre 2020

TASK 38

ROAD MAP ¡Nouveau!

POWER-TO-HYDROGEN AND HYDROGEN-TO-X: SYSTEM ANALYSIS OF THE TECHNO-ECONOMIC, LEGAL AND REGULATORY CONDITIONS

Rapport coordonné par
Olfa Tlili, Sébastien de Rivaz, and Paul Lucchese
CEA-Université-Paris-Saclay

Septembre 2020

SERVICES DE RÉSEAU
Les électrolyseurs et les piles à combustible pourraient fournir des services au réseau, qu'il s'agisse de services auxiliaires (régulations et réserves de fréquence) ou d'équilibrage du réseau.

Task 38

ÉLECTROLYSE
L'électrolyse est l'une des voies les plus prometteuses pour la production future d'hydrogène. Elle consiste à fractionner la molécule d'eau en ses composants (hydrogène et oxygène) à l'aide d'électricité dans un dispositif électrochimique appelé électrolyseur.

TiD: Renewable Hydrogen Production

Task 38 - Task 35 - Task 33 - Task 9 - Task 4

Task 5

RÉFORME - CRAQUAGE DIRECT
L'hydrogène peut être produit à partir de combustibles fossiles (hydrogène gris/brun/bleu/turquoise). Les émissions de GES associées dépendront du processus utilisé et de l'application ou non du CSC dans l'usine.
Actuellement, la principale voie de production d'hydrogène est le reformage du méthane à la vapeur à partir de gaz naturel.

Task 33 - Task 23 - Task 16 - Task 9 - Task 1

CARBURANT FOSSILE
L'électricité utilisée pour l’électrolyseur peut également provenir (partiellement) de centrales à combustibles fossiles et être transportée par le réseau jusqu'à l'électrolyseur. Cette source entraîne des émissions de GES élevées.

Task 38

NUCLEAR
L'électricité et la chaleur produites dans les centrales nucléaires peuvent être utilisées pour la production d'hydrogène par électrolyse.
Les principaux avantages sont la stabilité et les faibles émissions.

TiD: Hydrogen from Nuclear Energy

Task 25

ÉOLIENNE ET SOLAIRE
Les électrolyseurs peuvent s'alimenter directement à partir de centrales d'énergie renouvelable (éolienne, solaire, hydroélectrique...). Avec zéro émission associée au processus, l'hydrogène produit serait vert. Cela présente un défi majeur : l'intermittence (facteurs de charge moyens à faibles pour l'électrolyseur).

Task 38 - Task 24

BIOMASSE
L'hydrogène peut être produit à partir de la biomasse et de produits connexes (tels que les bioalcools, le biogaz...) par plusieurs procédés : reformage à la vapeur, voies photobiologiques...

TiD: Renewable Hydrogen Production

Task 35 - Task 34 - Task 27 - Task 21 - Task 15 - Task 9

MÉTHODES DE PRODUCTION R&D
D'autres voies de production d'hydrogène sont également à l'étude, avec un TRL plus faible ou une mise en œuvre plus lente, comme la photolyse de l'eau, la thermolyse, la scission thermochimique de l'eau...

TiD: Renewable Hydrogen Production

Task 35 - Task 26 - Task 25 - Task 20 - Task 14 - Task 10 - Task 9 - Task 6

STOCKAGE D'HYDROGÈNE
Le stockage de l'hydrogène est l'une des étapes critiques de l'ensemble de la chaîne de valeur. L'hydrogène est difficile à stocker : en tant que gaz, il a 7 % de la densité de l'air et en tant que liquide, il a 7 % de la densité de l'eau. À la pression atmosphérique, l’H2 se liquéfie en dessous de -253 °C.

TiD: Underground Hydrogen Storage

Task 40

Task 31 - Task 22 - Task 17 - Task 12 - Task 7

CONVERTISSEUR POUR COMPOSANTS CONDUCTEURS
L'hydrogène peut être converti par des réactions chimiques en d'autres composants de densité plus élevée, plus faciles à stocker et à transporter, tels que le méthanol, l'ammoniac, les transporteurs d'hydrogène organique liquide (LOHC)...

TiD: Hydrogen Export Value Chains

AGRICULTURE
L'hydrogène est le principal composant de l'ammoniac (NH3), principalement utilisé dans la production d'engrais.
EXPORTATIONS COUVERTES
Dans le monde globalisé dans lequel nous vivons, il existe un grand marché potentiel pour le commerce international de l'hydrogène. Il s'agit de produire de l'hydrogène en quantités massives dans les régions ayant accès à l'électricité à faible coût et/ou à de bonnes ressources en énergies renouvelables et de l'exporter vers d'autres pays.

TiD: Hydrogen Export Value Chains

APPLICATIONS RÉSIDENTIELLES
L'hydrogène peut être utilisé pour couvrir les besoins énergétiques des bâtiments (à la fois en termes d'électricité et de chaleur). Les unités de production combinée de chaleur et d'électricité sont très bien adaptées à cette application (PCCE).

Task 29

APPLICATIONS INDUSTRIELLES
L'hydrogène peut être utilisé dans l'industrie de trois façons : comme matière première, comme moyen alternatif de décarbonisation des processus (par exemple, la réduction du fer) et/ou pour produire de la chaleur de haute qualité.
POWER TO POWER
L'hydrogène peut être transformé en électricité à l'aide de piles à combustible. L'une des principales applications de ce procédé est ce que l'on appelle le "Power to power", lorsque l'électricité renouvelable excédentaire est utilisée pour produire de l'hydrogène qui est ensuite stocké et retransformé en électricité lorsque la production renouvelable ne répond pas à la demande.

Task 38

VÉHICULES À PILES À COMBUSTIBLE
L'hydrogène peut être utilisé pour décarboniser les transports, soit directement à l'aide de moteurs à combustion interne, soit dans des véhicules électriques en produisant de l'électricité à bord à l'aide de piles à combustible.

Task 28

SE CONVERTIR AUX CARBURANTS SYNTHÉTIQUES
L'hydrogène peut également être converti en carburants synthétiques pour décarboniser l'aviation et le transport maritime.

Task 39

APPLICATIONS PRIMAIRES
L'hydrogène peut être utilisé pour décarboniser les secteurs primaires tels que l'exploitation minière et le traitement des minéraux.

TiD:Hydrogen Applications in the Mining, Resources and Mineral Processing Sectors

SÉCURITÉ
La sécurité de l'hydrogène est un sujet transversal qui a été historiquement couvert dans le cadre du PLT sur l'hydrogène par des Tasks qui étudient de manière exhaustive toutes les étapes de la chaîne de valeur du point de vue de la sécurité.

Task 37

Task 31 - Task 19 - Task 7

DONNÉES ET MODÉLISATION
La représentation correcte de l'hydrogène dans la modélisation des systèmes énergétiques est essentielle pour définir correctement les scénarios de décarbonisation. La validation des données sur l'hydrogène est essentielle.

Task 41

Task 30 - Task 13 - Task 8 - Task 3

ANALYSE DES SYSTÈMES ÉNERGÉTIQUES
L'hydrogène a de nombreuses applications transversales et peut être produit par un certain nombre de sources d'énergie. Il sera donc la clé du couplage des secteurs et d'un futur système énergétique intégré.

Task 38

Task 29 - Task 18 - Task 11

LCA
Une analyse du cycle de vie de l'ensemble de la chaîne de valeur de l'hydrogène et de toutes les étapes des processus est nécessaire pour comprendre pleinement les implications de la mise en œuvre de ces technologies.

Task 36

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