L’hydrogène a un énorme potentiel en tant que source d’énergie propre et abondante. Cependant, son exploitation à grande échelle à l’aide de technologies et techniques conventionnelles n’est pas simple. Jon Davison, chef de produit – Température et pression d'ABB, explique comment les développements récents dans les technologies de mesure peuvent aider à relever certains des défis impliqués et potentiellement provoquer une nouvelle révolution de l'hydrogène.

L'hydrogène est la substance chimique la plus abondante dans l'univers, constituant environ 75 % de toute la matière normale. Il est incolore, inodore, insipide, non toxique et hautement combustible. Tous ces facteurs se combinent pour faire de l’hydrogène un potentiel révolutionnaire dans la production d’énergie propre, à condition qu’elle puisse être produite de manière sûre et durable.

La transition d’une économie fondée sur les combustibles fossiles vers une économie renouvelable présente sans aucun doute des défis. De plus, il n’existe pas de « solution miracle » qui puisse aboutir du jour au lendemain à une société zéro carbone. Cependant, en utilisant des technologies déjà établies aujourd’hui, l’hydrogène pourrait permettre des progrès rapides sur la voie d’un avenir plus durable.

Qu’est-ce qui motive le passage à l’hydrogène ?
Si la société veut atteindre zéro émission nette dans le délai fixé par l’Accord de Paris, cela nécessitera un changement majeur dans la manière dont nous produisons notre énergie. Les sources d’énergie renouvelables telles que l’éolien et le solaire constituent un élément clé de tout futur mix énergétique, mais ces sources sont par nature intermittentes. Bien que cela puisse être atténué jusqu'à un certain point grâce à une conception de réseau sophistiquée et à une redondance adéquate, il est toujours prudent de disposer de sources d'énergie constantes sur lesquelles s'appuyer. Traditionnellement, cela signifiait le charbon, le nucléaire et le gaz naturel. Cependant, ces trois éléments sont, au moins dans une certaine mesure, considérés comme problématiques dans le contexte du zéro net.

L’hydrogène, en revanche, est abondant et relativement accessible, utilisant dans certains cas les infrastructures existantes. Alors que les effets du changement climatique deviennent plus visibles et plus dommageables, de nouvelles solutions sont de plus en plus nécessaires pour accélérer la transition vers une énergie propre et à faibles émissions de carbone. La sécurité énergétique est également un facteur majeur de transition vers une énergie plus durable, de nombreux pays cherchant à devenir de plus en plus autosuffisants dans un contexte de hausse des prix de l’énergie et de volatilité géopolitique.

L'hydrogène en tant qu'élément est lui-même invisible. Cependant, lorsqu'il est destiné à être utilisé comme source d'énergie, il est classé selon son mode de production et chacun a sa propre couleur. Bien que les conventions de dénomination varient d'une région à l'autre, l'hydrogène peut être gris, bleu, vert, noir, marron, rose, jaune ou turquoise selon la manière dont il est produit.

Au bas de l’échelle se trouvent l’hydrogène noir et brun, qui sont les plus nocifs pour l’environnement. Dans ces processus, le CO₂ et le monoxyde de carbone générés lors du processus de production d'hydrogène ne sont pas récupérés. L'hydrogène gris est actuellement la forme d'hydrogène la plus courante, et il est généré à partir de gaz naturel ou de méthane par un processus appelé reformage à la vapeur.

L’hydrogène bleu va encore plus loin en capturant le carbone généré lors du processus de reformage à la vapeur et en le stockant sous terre dans un processus communément appelé captage et stockage du carbone (CSC). Cette méthode constitue une grande amélioration par rapport à l’hydrogène noir, brun et gris en termes d’impact environnemental. Cependant, il ne peut pas être considéré comme une source de carburant totalement décarbonée, car tout le carbone généré au cours du processus ne peut pas être capturé. De plus, le stockage du carbone dans le sol n’est pas durable en soi.

L’hydrogène vert est le Saint Graal de la production d’hydrogène. C’est là que l’hydrogène est produit par électrolyse pour diviser l’eau en hydrogène et oxygène. L'électricité provient de sources renouvelables et produit peu ou pas d'émissions de carbone. L’hydrogène vert est un combustible propre et ne produit que de l’eau comme sous-produit. Bien que l’hydrogène vert ait été démontré à petite échelle, la technologie et les processus n’ont pas encore été développés pour faciliter sa production à plus grande échelle.

Approche tremplin
Jusqu’à ce que nous disposions de la technologie et de l’infrastructure nécessaires à une production généralisée d’hydrogène vert, l’hydrogène bleu est la meilleure solution. À cette fin, même si l’hydrogène bleu constitue une solution imparfaite en soi, il s’agit d’une technologie vitale ou d’un tremplin vers une énergie sans carbone. Les progrès technologiques à l’ère moderne se font par étapes plutôt que par changements de paradigme, et il est largement admis que la production d’hydrogène vert à grande échelle ne peut être réalisée sans maîtriser au préalable la production d’hydrogène bleu.

Le CSC constitue donc également un élément important du cheminement vers une production d’énergie à zéro émission. Le CSC est considéré comme controversé par certains, mais il est important de se rappeler qu’il n’est pas et ne doit pas être considéré comme une solution du jour au lendemain vers la carboneutralité. Il s’agit plutôt d’un tremplin vers une transition plus large vers l’hydrogène vert et la production d’énergie sans émissions. Dans un monde idéal, nous passerions immédiatement à une existence sans carbone, mais cela n’est tout simplement pas réaliste sans perturbation sociétale importante. Les économies ont besoin de temps pour s’adapter, les technologies ont besoin de temps pour évoluer et les projets d’infrastructure ont besoin de temps et d’investissements avant de pouvoir voir le jour. L’hydrogène bleu, et par extension le CSC, peut ouvrir la voie à une intensification rapide et rentable de la production d’hydrogène vert à l’avenir.

Mesure précise dans la production d'hydrogène
La production d’hydrogène bleu et vert, en particulier à grande échelle, n’est pas sans défis. Les processus doivent être contrôlés avec un haut degré de précision pour garantir un fonctionnement efficace et sûr, tout en atteignant une productivité, une efficacité et une pureté maximales du produit final hydrogène gazeux. Un contrôle efficace de ces variables nécessite une mesure efficace.

Lorsque vous déplacez une quantité d’hydrogène d’un endroit à un autre, vous devez savoir exactement quelle quantité de produit est impliquée dans le transfert, notamment à des fins de facturation et de taxation. Ceci est généralement réalisé grâce à la mesure du débit. La mesure de la pression est également importante pour garantir que les canalisations et autres infrastructures n’éclateront pas ou ne compromettront pas l’intégrité du processus.

La compression ou la décompression de l’hydrogène gazeux entraînera une génération ou une perte de chaleur. En générer trop peut provoquer un incendie excessif et la température doit donc également être mesurée pour des raisons de sécurité. La qualité est également importante. La plupart de l'hydrogène vendu sur le marché n'est pas de l'hydrogène pur à 100 %, car des additifs tels que l'azote peuvent être ajoutés en petites quantités. L’acheteur et le vendeur doivent donc connaître le rapport entre l’hydrogène pur et les additifs afin de déterminer le prix et d’assurer la transparence pour le marché au sens large.

La mesure de l’hydrogène peut présenter ses propres défis. Par exemple, la perméation est un problème spécifique aux instruments à pression. Ceux-ci ont une fine membrane à l’intérieur, à travers laquelle les gaz, les vapeurs et les fluides peuvent pénétrer. Au fil du temps, cela finira par provoquer un décalage de l'étalonnage, ce qui peut constituer un problème sérieux lorsqu'il risque de perturber les mesures critiques. Choisir la bonne technologie de mesure pour la bonne application est essentiel pour garantir que les processus restent efficaces et sûrs à tout moment.

Surtout, même si certaines mesures sont plus importantes que d'autres à certaines étapes, la mesure du débit, de la pression, de la température et de la qualité est nécessaire, au moins dans une certaine mesure. Cela permet aux entreprises d’avoir une image complète de ce qui se passe tout au long des étapes de production, de distribution et de transport.

Atteindre le zéro net nécessitera nécessairement une réduction substantielle de l’exploration et des opérations pétrolières et gazières à travers le monde. Cependant, le pétrole et le gaz sont une industrie très mature et de nombreuses économies en restent fortement dépendantes pour leurs revenus, leur commerce et leur sécurité énergétique. Cela peut donc représenter un obstacle majeur aux progrès vers les objectifs climatiques.

L’hydrogène peut potentiellement contribuer à faciliter la transition dans ce domaine. En plus de remplacer les combustibles fossiles conventionnels en tant que produit commercialisable, une grande partie de l’infrastructure, de la technologie et de l’expertise nécessaires à la production d’hydrogène à grande échelle a déjà été développée et perfectionnée pour les industries pétrolières et gazières. Le CSC est un exemple de technique qui peut apporter des avantages à court terme aux procédés pétroliers et gaziers, avec du carbone injecté dans les puits existants pour fournir un rendement plus élevé.

Prendre les prochaines étapes vers un avenir hydrogène
La production d’hydrogène étant une industrie relativement nouvelle par rapport au pétrole et au gaz, le cadre réglementaire qui l’entoure est loin d’être aussi sophistiqué. Des progrès sont nécessaires rapidement pour étendre ce cadre afin de garantir qu’il puisse suivre le rythme du développement simultané des infrastructures d’hydrogène. Par exemple, de nombreuses normes applicables aux compteurs de gaz, aux dispositifs de conversion et aux logiciels utilisés dans les applications pétrolières et gazières ne s’appliquent pas à l’hydrogène. Cela doit changer et les principales parties prenantes du paysage de l’hydrogène doivent se réunir pour établir et harmoniser des normes réalisables pour l’ensemble de l’industrie.

ABB est un fournisseur majeur de solutions de mesure pour les combustibles fossiles et la production d'énergies renouvelables, et participe actuellement activement à ces discussions. Elle a également développé une gamme de nouvelles solutions spécifiquement adaptées à la filière hydrogène. Il s'agit notamment du « H-shield », qui est utilisé sur les produits de mesure de pression, de niveau et de débit comme une alternative supérieure et plus rentable au placage à l'or conventionnel, et offre une résistance extrêmement élevée contre la perméation de l'hydrogène.

ABB a également développé une gamme de solutions non invasives comme alternative aux puits thermométriques traditionnels, en s'appuyant sur la vaste expérience de l'entreprise dans les technologies de mesure du pétrole et du gaz. Les outils numériques peuvent aider les opérateurs à garantir que leurs appareils sont précis et exempts d'erreurs à tout moment, et faciliter le passage à la maintenance prédictive et au fonctionnement à distance.

Pour plus d’informations sur la gamme d’hydrogène Mesures et analyses d’ABB, visitez : https://new.abb.com/products/measurement-products/hydrogen

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• La source: https://envirotecmagazine.com/2024/02/09/why-hydrogen-is-the-key-to-a-low-carbon-future/