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L’hydrogène est-il une solution pour chauffer une maison sans zéro? | Science

Ohn Le 27 juin 2019, le ministre de l’Énergie et de la Croissance propre, Chris Skidmore, a signé des documents engageant le Royaume-Uni à réduire efficacement les émissions de carbone d’ici 2050. Si nous voulons avoir une chance d’atteindre cet objectif, connu sous le nom de «net zéro», nous devrons relever un énorme défi: le chauffage des maisons.

Entre un quart et un tiers des émissions de gaz à effet de serre de la Grande-Bretagne sont responsables du chauffage de nos maisons. C’est plus de 10 fois la quantité de CO2 créé par l’industrie aérospatiale. Environ 85% des foyers utilisent maintenant le chauffage central au gaz, et une grande partie de la cuisson est toujours en cours. L’écologisation de ce système est un gros défi à tous points de vue. Mais si l’on en croit les récents rapports, cela pourrait être un moyen simple et efficace: passer de l’utilisation du gaz naturel au gaz hydrogène.

L’hydrogène abonde dans le monde naturel et, selon ses partisans, pourrait alimenter proprement et efficacement la prochaine génération d’appareils à gaz.

« L’attrait de l’hydrogène est que de nombreux consommateurs ne remarqueraient pas la différence. Les clients continueraient à utiliser la chaudière pour chauffer leurs maisons de manière similaire avec du gaz naturel », explique Robert Sansom du Energy Policy Panel de l’Institute of Engineering and Technology. Il est l’auteur principal d’une étude menée par un institut appelé The Transition to Hydrogen.

Avec ses collègues, Sansom a évalué les risques techniques et les incertitudes associés au changement de notre réseau de gaz en hydrogène. Leur conclusion est qu’il n’y a aucune raison de ne pas pouvoir convertir un réseau de gaz en hydrogène.

Mais cela ne signifie pas que ce serait facile. Des barrières technologiques et pratiques existent car il n’y a pas de schéma directeur pour une telle transformation: nulle part dans le monde qui fournit de l’hydrogène pur aux foyers et aux entreprises. Le Royaume-Uni devrait être un pionnier.

L’intérêt pour l’hydrogène comme moyen de chauffer les maisons a commencé en 2016 avec un rapport intitulé H21. Il était dirigé par Northern Gas Networks, un distributeur de gaz pour le nord de l’Angleterre, et cherchait à voir s’il était techniquement possible et économiquement faisable de convertir Leeds à 100% d’hydrogène au lieu du gaz naturel.

«Ils sont entrés dans beaucoup de détails, des usines de production d’hydrogène aux maisons des gens», explique Sansom.

Le rapport était parallèle à la façon dont l’industrie du gaz dans les années 60 et 70 est passée du gaz urbain au gaz naturel. Le gaz de ville était une combinaison d’hydrogène, de monoxyde de carbone et de méthane. Il a été principalement produit par distillation du charbon et du pétrole et a été utilisé pendant les 150 premières années de l’industrie gazière britannique. Avec la découverte de gaz naturel dans la mer du Nord, qui est principalement du méthane, le Royaume-Uni a entrepris un programme national de conversion de 40 millions d’appareils au cours de la dernière décennie.

Des rues entières seraient tournées en même temps. Les ingénieurs inspectaient les appareils à gaz, puis les convertissaient. Dans le même temps, le gaz de ville a été coupé et les pipelines ont été nettoyés avec du gaz inerte. Enfin, du gaz naturel est injecté dans le système et les ingénieurs s’assureront que chaque appareil fonctionne correctement avant de se déplacer dans une autre rue.

Certains fabricants sont maintenant tellement convaincus qu’une chose similaire peut se produire avec l’hydrogène qu’ils ont déjà commencé à développer de nouveaux appareils électroménagers. En février, Worcester Bosch a dévoilé un prototype de sa chaudière à hydrogène. Il fonctionnerait d’abord au gaz naturel puis, après une visite de service, à l’hydrogène.

En outre, en faveur de l’hydrogène, le fait qu’au cours des 20 dernières années, l’industrie du gaz a systématiquement remplacé les tuyaux métalliques du réseau des «réseaux de fer» par du polyéthylène jaune. Environ 90% des tuyaux seront remplacés d’ici 2030. C’est une bonne nouvelle pour l’hydrogène, car le gaz réagit avec les vieux tuyaux métalliques, les rendant cassants. Mais le polyéthylène est sûr.

«Nous avons effectivement lancé un programme pour imperméabiliser notre réseau de gaz sans savoir que nous le faisions», explique Sansom, qui a émergé de plus en plus impressionné par le concept. « D’un point de vue personnel, j’étais très en retrait lorsque j’ai commencé ce travail. Mais je me suis retrouvé à glisser du côté de l’hydrogène en termes de durabilité en tant qu’alternative à faible émission de carbone au gaz naturel », dit-il.





Chauffe-eau à hydrogène Worcester Bosch.



Chauffe-eau à hydrogène Worcester Bosch. Photo: Worcester Bosch

Mais tout le monde n’est pas convaincu de cet intérêt soudain pour l’hydrogène. Richard Lowes de l’Energy Policy Group de l’Université d’Exeter affirme que la sagesse reçue jusqu’à récemment était que le chauffage serait en quelque sorte électrifié pour respecter nos engagements contre la crise climatique. « Il s’agit essentiellement d’années et d’années de modélisation technique et économique pour voir comment vous pouvez obtenir un chauffage entièrement décarboné au Royaume-Uni », explique Lowes.

Passer du chauffage au gaz à l’électricité signifierait compter sur des pompes à chaleur. Ils utilisent l’électricité pour extraire la chaleur de l’air ou du sol. Dans le cas d’une pompe à chaleur à air, elle agit comme un réfrigérateur, mais au lieu d’aspirer la chaleur du compartiment des aliments, elle la tire de l’air et la dirige vers la maison, où elle est utilisée pour chauffer l’eau, qui est raccordée à un radiateur de chauffage central et stockée dans un réservoir pour l’eau chaude.

Mais parce que cette technologie fonctionne à des températures plus basses que les chaudières existantes, elle nécessite que de nombreuses maisons soient beaucoup plus isolées ou aient des radiateurs plus grands, capables de fournir plus de puissance de chauffage. Pour ceux qui sont passés à des chaudières combinées, ils devront réinstaller le ballon d’eau chaude.

C’est un travail considérable, mais cela en vaut la peine, selon Lowes, qui a retiré sa propre chaudière à gaz et utilise maintenant une pompe à chaleur avec une source d’air pour chauffer sa maison. «Il y avait beaucoup de travail, mais ma maison et mon système de chauffage sont maintenant beaucoup plus efficaces. Il fait toujours chaud, il y a toujours de l’eau chaude et c’est essentiellement le même prix que l’essence « , dit-il.

La troisième approche est appelée chauffage urbain. Il est prévu que l’eau sera chauffée dans l’installation centrale en utilisant la chaleur perdue de l’industrie ou de sources vertes, telles que l’énergie solaire. L’eau chaude est ensuite acheminée simultanément dans de nombreuses habitations via un réseau de canalisations souterraines hautement isolées. Les deux méthodes peuvent réduire considérablement l’empreinte carbone du chauffage domestique, mais l’inconvénient est qu’elles nécessitent un travail considérable pour être mises en œuvre à l’échelle nationale.

Le chauffage urbain nécessite l’installation de conduites d’eau sous les maisons, et l’utilisation généralisée des pompes à chaleur nécessiterait la mise à niveau des circuits du réseau national. Les partisans de l’hydrogène disent qu’une telle perturbation pourrait être évitée car une grande partie de l’infrastructure nationale a déjà été mise à niveau. Cet argument ne réduit pas la glace avec Lowes. « Il semble un peu hypocrite pour l’industrie gazière de dire que nous ne pouvons pas creuser de routes alors qu’ils le font depuis 20 ans », dit-il.

Il souligne que bien que le consommateur ne connaisse pas autant de perturbations, d’importants défis demeurent pour l’industrie du gaz. Par exemple, le réseau de transport national, qui est un réseau de canalisations qui acheminent le gaz des terminaux côtiers aux pipelines et autres grands utilisateurs, est en métal. Cela devrait protéger contre la réduction des débris d’une manière ou d’une autre avant qu’une transition vers l’hydrogène ne puisse se produire.

« L’hydrogène n’est certainement pas une solution miracle », déclare Lowes. Et si nous nous en détournons, nous pourrions nous retrouver dans de plus gros ennuis, rater l’objectif énergétique de 2050.

Mais s’il y a tant d’incertitude avec l’hydrogène, pourquoi l’industrie du gaz, qui finance de nombreuses études, pousse-t-elle si fort? Selon Chris Goodall, économiste de l’énergie et auteur du livre Ce que nous devons faire maintenant pour un avenir zéro carbone, c’est une question de survie.

« Ils ne veulent pas que leur industrie mange en passant au chauffage électrique. Donc, ils avancent le plus vite possible pour nous convaincre de l’hydrogène « , dit-il. Et tout se résume à la façon dont le gaz est produit.

L’hydrogène n’est pas pur sur Terre. Au lieu de cela, il doit être extrait d’autres substances, et il est préférable de l’extraire du méthane – en d’autres termes, du gaz naturel. Ainsi, les sociétés gazières pourraient maintenir efficacement leurs opérations actuelles.

Mais les étapes supplémentaires impliquées dans l’extraction de l’hydrogène augmenteraient le coût. En outre, l’extraction crée du dioxyde de carbone en tant que sous-produit, de sorte que la technologie de capture du carbone à grande échelle devrait être développée pour empêcher sa libération dans l’atmosphère. Bien qu’il s’agisse d’une technologie que le Royaume-Uni devra de toute façon développer pour atteindre le zéro net d’ici 2050, cela entraînera des coûts supplémentaires.





Le premier bus de plomberie durable en Irlande du Nord, le Wrightbus, a été introduit en janvier.



Le premier bus de plomberie durable en Irlande du Nord, le Wrightbus, a été introduit en janvier. Photo: Liam McBurney / PA

Mais le gaz naturel n’est pas la seule substance qui contient de l’hydrogène. L’eau produit également de l’hydrogène, et l’hydrogène peut être libéré par un processus appelé électrolyse qui ne produit pas de dioxyde de carbone. Pour devenir complètement verte, ce qui est le plus grand espoir, l’électrolyse pourrait démarrer des parcs éoliens. Pour le moment, cependant, le prix de cette électricité est cher, ce qui ferait encore monter le prix de l’hydrogène.

Goodall espère que les coûts diminueront à mesure que la technologie s’améliorera, mais avertit: « Vous pouvez être accusé d’optimisme stupide juste par des excuses. »

Le futur paysage énergétique de la Grande-Bretagne est sans aucun doute un domaine difficile à déplacer. Peut-être que la meilleure voie sera révélée si elles ne traitent pas de solutions différentes les unes contre les autres. « Tous les trois ont des forces et des faiblesses et je m’attends à ce qu’ils jouent chacun un rôle majeur en tant que substitut du gaz naturel », a déclaré Sansom. Même les ravageurs de l’hydrogène l’admettent. « En tant que technologie de niche, elle peut avoir une réelle valeur », explique Lowes. Il poursuit en paraphrasant les publicités Heineken lager des années 70 et 80, affirmant que l’hydrogène pourrait potentiellement atteindre des parties du pays que d’autres solutions énergétiques ne peuvent pas.

Goodall voit également le rôle de l’hydrogène dans le «stockage» de l’énergie créée à partir de sources renouvelables, telles que l’énergie éolienne et solaire. L’idée est que dans les mois venteux, toute électricité supplémentaire obtenue à partir de sources renouvelables est utilisée pour fabriquer de l’hydrogène, qui serait ensuite stocké. Lorsqu’il y a une demande supplémentaire sur le réseau national ou une baisse saisonnière de l’énergie produite à partir de sources renouvelables, l’hydrogène peut être brûlé pour produire de l’électricité.

Il est vrai que toutes les occasions de décarboniser nos systèmes de chauffage nécessiteront des perturbations et des coûts importants. Et tandis que le gouvernement réfléchit encore, l’horloge tourne vers 2050.

« Vous n’avez pas à attendre. Maintenant, nous pouvons planifier des choses qui fonctionnent bien », explique Lowes, parlant de sa propre expérience de remplacement d’une chaudière à gaz par une pompe à chaleur. « L’urgence du changement climatique signifie qu’il n’y a vraiment aucune raison de tergiverser. »

D’autres croient que l’hydrogène a un rôle à jouer et trouvent utile de prendre un peu plus de temps à réfléchir. Mais il y a une vérité avec laquelle tout le monde est d’accord. « Rien de tout cela n’est facile. Si quelqu’un vous dit que c’est facile, il vous trompe », explique Lowes.

Voitures à hydrogène





Station d'hydrogène à Séoul, Corée du Sud.



Station d’hydrogène à Séoul, Corée du Sud. Photo: Kim Hong-Ji / Reuters

L’hydrogène peut également être utilisé pour alimenter les véhicules, mais d’une manière différente qui chaufferait les maisons. Au lieu de brûler, l’hydrogène réagit avec l’oxygène à l’intérieur d’un appareil appelé pile à combustible. L’électricité et l’eau sont produites. L’électricité entraîne la voiture, les fuites d’eau du tuyau d’échappement.

Les tentatives de passage aux véhicules à hydrogène dans les années 1990 ont été empêchées par les voitures électriques, qui stockent leur énergie dans une batterie intégrée. Mais une nouvelle pression pour les véhicules à hydrogène vient d’Asie. La Chine, le Japon et la Corée du Sud ont fixé des objectifs ambitieux pour avoir des millions de véhicules à hydrogène sur leurs routes d’ici 2030.

Toyota et Hyundai au Royaume-Uni proposent des véhicules à hydrogène, mais il existe actuellement moins de 20 stations de remplissage d’hydrogène au Royaume-Uni, principalement regroupées autour de la M25.

« Ça va être vraiment intéressant de voir ce qui se passe », dit Lowes. Mais lui-même n’est pas convaincu: « L’hydrogène est beaucoup plus cher que l’électricité, et une voiture est plus chère qu’un véhicule électrique ».

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