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RÉSUMÉ
Le Power-to-Gas est le procédé par lequel de l’énergie électrique est convertie en énergie chimique, sous forme gazeuse. Ce procédé repose en premier lieu sur l’électrolyse, produisant de l’hydrogène (Power-to-H2) à partir d’électricité et d’eau. L’électrolyse peut être complétée par une étape de méthanation, permettant de faire réagir l’hydrogène avec du dioxyde de carbone pour produire du méthane (Power-to-CH4). Cet article donne un aperçu des différentes technologies impliquées dans le Power-to-Gas ainsi que les enjeux et perspectives en termes de performances (rendements énergétiques, flexibilité et temps de réponse), bilan économique (coûts des installations et du MWh produit, sous forme d’H2 ou de CH4), impacts environnementaux (émissions de gaz à effets de serre), fiabilité et durabilité (maîtrise des défaillances et des dégradations), sécurité (maîtrise des phénomènes dangereux).
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Power-to-Gas is the process that converts electrical energy into chemical energy, in gaseous form. This process is firstly based on electrolysis, producing hydrogen (Power-to-H 2 ) from electricity and water. Electrolysis can be completed by a methanation step, allowing hydrogen to react with carbon dioxide to produce methane (Power-to-CH 4). The article provides an overview of the technologies involved in the Power-to-Gas, then the challenges and perspectives in terms of performance (energy efficiency, response time), economic balance (capital expenditure and costs of MWh produced, in the form of H 2 or CH 4 ), environmental impacts (greenhouse gas emissions), reliability and durability (control of failures and degradation), safety (control of hazardous phenomena).
Auteur(s)
-
Florent BRISSAUD : Chef de projet R&D Power-to-Gas et Gestion des Actifs Industriels - Research & Innovation Center for Energy (RICE), GRTgaz, France
INTRODUCTION
Le Power-to-Gas est le procédé par lequel de l’énergie électrique est convertie en énergie chimique, sous forme gazeuse. Par rapport à l’électricité, le gaz ainsi produit a l’avantage d’être facilement stockable en grande quantité et sur du long terme. Le Power-to-Gas permet aussi de décarboner l’hydrogène industriel, de produire du gaz bas carbone et de créer des synergies entre les réseaux électriques et gaziers.
Le Power-to-Gas repose en premier lieu sur l’électrolyse, produisant de l’hydrogène (Power-to-H2) à partir d’électricité et d’eau. Les électrolyseurs alcalins, à membrane échangeuse de protons (PEM) et à haute température (SOEC) sont décrits dans cet article, ainsi que d’autres technologies émergentes. L’électrolyse peut être complétée par une étape de méthanation, permettant de faire réagir l’hydrogène avec du dioxyde de carbone pour produire du méthane (Power-to-CH4). Les méthaneurs catalytiques et biogéniques sont décrits dans cet article, ainsi que le captage et l’approvisionnement en CO2. Les unités annexes suivantes sont aussi présentées : installations électriques, traitement de l’eau, traitement des gaz produits, compression, stockage et transport via les réseaux.
Cet article présente aussi les enjeux et perspectives du Power-to-Gas en termes de performances des technologies (rendements énergétiques, flexibilité et temps de réponse), bilan économique (coûts des installations et du mégawattheure produit, sous forme d’H2 ou de CH4), impacts environnementaux (émissions de gaz à effets de serre), fiabilité et durabilité (maîtrise des défaillances et des dégradations) et sécurité (maîtrise des phénomènes dangereux).
Cet article intègre les premiers résultats de recherche et développement (R&D) et retour d’expérience de Jupiter 1000, le premier démonstrateur industriel français de Power-to-Gas à l’échelle du mégawatt, exploitant deux technologies d’électrolyse et une de méthanation.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
electrolysis | methanation | hydrogen | Power-to-H2 | Power-to-CH4
DOI (Digital Object Identifier)
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4. L’avenir du Power-to-Gas
Le Power-to-Gas est déjà une réalité, avec des installations actuellement en service qui dépassent les dizaines, voire la centaine, de MWe. Les investissements dans la transition énergétique ont été estimés par BloombergNEF à plus de mille milliards de dollars en 2022 . Le secteur de l’hydrogène ne représente encore qu’une très faible part de ces investissements, mais c’est celui dont la croissance est la plus forte (investissements multipliés par plus de trois par an) . Près d’une trentaine de pays se sont déjà dotés d’une stratégie nationale pour l’hydrogène, ou sont en préparation d’une telle stratégie ou d’un plan d’actions national. En Europe, le plan « REPowerEU » de la Commission européenne prévoit une initiative « Accélérateur Hydrogène » pour « porter la capacité de fabrication d’électrolyseurs à 17,5 GWe d’ici 2025 afin d’alimenter l’industrie de l’UE avec une production domestique de 10 millions de tonnes d’hydrogène renouvelable » .
La France a prévu 9 milliards d’euros de soutien public pour le développement de la filière et s’est fixée un des objectifs les plus ambitieux avec 6,5 GWe d’électrolyse à l’horizon 2030. En 2022, France Hydrogène avait déjà recensé plus de 250 projets de production d’hydrogène (en très grande majorité par électrolyse) en France, estimant ainsi que cet objectif devrait être atteint, voire dépassé ...
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L’avenir du Power-to-Gas
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Clean Hydrogen Monitor 2022. - Hydrogen Europe (2022).
-
(2) - Programmation pluriannuelle de l’énergie. - Ministère de la transition écologique et solidaire (2017).
-
(3) - France 2030 – Plan d’investissement. - Dossier de presse du Gouvernement (2021).
-
(4) - Mémento de l’Hydrogène. Fiche 1.3 : Production et consommation de l’hydrogène. - France Hydrogène (2020).
-
(5) - Stratégie nationale pour le développement de l’hydrogène décarboné en France. - Dossier de presse du Gouvernement (2020).
-
(6) - Un mix électrique 100 % renouvelable ? Analyses et optimisations. - Ademe (2015).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Infographie : les couleurs de l’hydrogène.
-
Produire localement de l’hydrogène décarboné (production sans fossile).
-
Captage du CO2 – Technologie pour la transition énergétique.
NORMES
-
Détecteurs d’hydrogène – Applications fixes - ISO 26142 - 2010
-
Installation des systèmes mettant en œuvre l’hydrogène - NF M58-003 - 2013
-
Considérations fondamentales pour la sécurité des systèmes à l’hydrogène - ISO/TR 15916 - 2015
-
Système d’adsorption modulée en pression pour la séparation et la purification de l’hydrogène - ISO/TS 19883 - 2017
-
Appareils de stockage de gaz transportables – Hydrogène absorbé dans un hydrure métallique réversible - ISO 16111 - 2018
-
Générateurs d’hydrogène utilisant le procédé de l’électrolyse de l’eau – Applications industrielles, commerciales et résidentielles - ISO 22734 - 2019
-
Hydrogène gazeux – Bouteilles et tubes pour stockage stationnaire - - 2020
ANNEXES
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Association technique énergie environnement https://atee.fr/
Clean Hydrogen Partnership https://www.clean-hydrogen.europa.eu/
France Hydrogène https://www.france-hydrogene.org/
Hydrogen Europe https://hydrogeneurope.eu/
Tenerrdis https://www.tenerrdis.fr/
HAUT DE PAGE1.2 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Elogen https://elogenh2.com/
Energo https://energo.green/
Enosis https://enosis-energies.com/
Ergosup https://www.ergosup.com/
Gen-Hy https://gen-hy.com/
Genvia https://genvia.com/
Khimod https://www.khimod-alcen.com/
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