Sources d'énergie sans émissions pour la neutralité climatique en Suisse

Des sources d’énergie sans émissions

Sur le chemin d’un avenir durable, l’hydrogène et les autres gaz renouvelables n’ont jusqu’à présent suscité que de peu d’attention. En Suisse romande, plusieurs projets innovants lèvent le voile sur leur véritable potentiel.

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Si la Suisse souhaite atteindre la neutralité climatique d’ici à 2050, les énergies fossiles doivent être remplacées au plus vite par des alternatives neutres en émissions carbone. À cet effet, les solutions à base d’hydrogène et d’autre gaz renouvelables sont peu évoquées, car la Confédération estime que ces formes d’énergie ne couvriront que 3% des besoins suisses d’ici à 2050. Certaines prévisions sont toutefois moins conservatrices.

L’hydrogène et les gaz renouvelables ont l’avantage de pouvoir être utilisés de manière flexible. Pour l’instant, ils sont surtout employés pour les mobilités lourdes et pour les longues distances. Leur développement en est aux balbutiements. L’hydrogène peut aussi être utilisé pour générer de la chaleur ou stocker de l’électricité – un aspect important de l’approvisionnement énergétique futur.

En 2022, près de 95 millions de tonnes d’hydrogène ont été produites dans le monde, surtout pour l’industrie – mais à base de combustibles fossiles, ce qui entraîne des émissions élevées. Dans ce cadre, chaque tonne d’hydrogène produite génère neuf tonnes d’émissions de carbone. Pour que l’hydrogène puisse s’imposer comme vecteur énergétique durable à l’avenir, il doit être produit sans émissions de carbone, avec des énergies renouvelables. L’Union européenne soutient activement le développement de l’hydrogène vert. En Suisse, et plus particulièrement en Suisse romande, plusieurs projets explorent le potentiel de ce gaz.

La production d’électricité verte

Le fournisseur d’énergie Groupe E a ouvert la première centrale d’hydrogène de Suisse romande en octobre 2023, à Schiffenen (FR). «L’objectif est de produire de l’hydrogène renouvelable», explique Laurent Ducrest, responsable de la production d’électricité thermique et de l’environnement chez Groupe E. Mais pour cela il faut de l’électricité verte pour décomposer l’eau par électrolyse et en extraire de l’hydrogène qui est ensuite compacté pour le transport. À Schiffenen, cette énergie est fournie par la turbine des eaux usées de la centrale.

Deux installations d’électrolyse identiques sont installées dans des conteneurs maritimes, en aval du barrage de la centrale hydroélectrique. L’eau nécessaire au processus provient actuellement du réseau, car elle est de meilleure qualité que l’eau de retenue du barrage. «Nous savons maintenant que notre technologie fonctionne également avec l’eau de mer et nous allons développer cette solution à l’avenir», explique M. Ducrest. L’hydrogène produit est ensuite stocké dans neuf réservoirs à haute pression jusqu’à sa mise en bouteille. «Les réservoirs ont une capacité d’environ 400 kilos, soit la moitié de notre production quotidienne», explique M. Ducrest. La valeur utile d’un kilogramme d’hydrogène équivaut à celle d’environ 2,8 litres d’essence. Le Groupe E entend mettre cet hydrogène à la disposition de l’industrie et de la mobilité lourde.

Pour notre expert, l’hydrogène vert jouera un rôle déterminant dans la décarbonation. «Un exemple: la production de carburants artificiels nécessite du carbone et de l’hydrogène», explique M. Ducrest. «En récupérant du carbone dans l’industrie et en le combinant avec de l’hydrogène vert, on pourrait notamment produire du carburant synthétique. »

Installation chez le client

Depuis quelques mois, à Bulle (FR), Gruyère Hydrogen Power (GHP), une filiale de Gruyère Energie, poursuit une autre approche. Plutôt que de produire et de livrer de l’hydrogène vert à sa clientèle sur de longues distances, l’hydrogène est produit littéralement sur le pas de la porte du client ou de la cliente. Ainsi, deux installations d’électrolyse d’une puissance totale de deux mégawatts ont été installées à moins d’une centaine de mètres du client principal, Liebherr Machines. «Nous contournons ainsi les défis logistiques liés au transport», explique Patrick Sudan, directeur général de GHP. «Mais nous devons développer une source d’énergie pour le processus de conversion.» C’est précisément là que le bât blesse, à ce stade précoce du projet. «Pour l’instant, nous utilisons l’énergie du réseau pour l’électrolyse», ajoute-t-il. Mais tout ceci devrait changer dans un avenir proche, avec la construction d’une installation photovoltaïque et d’une centrale de cogénération à base de bois, également à proximité de l’installation.

«Bien évidemment, il s’agit d’investissements importants», déclare M. Sudan, «mais nous poursuivons une vision dont nous profiterons pendant les années à venir.» Actuellement, l’installation produit jusqu’à 100 à 200 kilogrammes d’hydrogène par jour – mais pas tous les jours. Le volume de production réel varie considérablement, car GHP produit l’hydrogène à la demande. «Nous exploitons en outre un réservoir de stockage solide pour 200 kilogrammes d’hydrogène, ce qui nous permet de réagir rapidement aux demandes plus importantes», explique M. Sudan.

Pour être rentable, l’installation devra produire entre 100 000 et 150 000 kilogrammes d’hydrogène par an – une perspective encore lointaine. «Pour l’instant, nous sommes très satisfaits du fonctionnement de l’installation», déclare M. Sudan, «en dépit de ses défauts de jeunesse.»

Stockage d’hydrogène à l’état solide

Chez GRZ Technologies, à Avenches (VD), tout tourne autour du stockage décentralisé. «Il faut développer ces systèmes, si nous voulons harmoniser la production d’énergie renouvelable et sa consommation», explique le directeur Noris Gallandat. À ce jour, l’hydrogène est généralement stocké sous forme comprimée dans des bouteilles de conteneur ou liquéfié à des températures extrêmement basses.

GRZ adopte une approche différente. «Pour faire simple, nous avons développé une éponge à hydrogène», explique M. Gallandat. Ce stockage d’hydrogène à l’état solide fonctionne à basse pression, ce qui accroît la sécurité de l’ensemble du système. Les modules de stockage peuvent être combinés à souhait à température ambiante normale, de manière à ce que la clientèle puisse disposer sur place du volume de stockage qui lui convient.

Ce système est très demandé, même à l’étranger. «Nous nous adressons à l’industrie lourde, mais aussi aux stations-service et aux producteurs d’énergie renouvelable », explique M. Gallandat. Par exemple, le plus grand parc solaire d’Europe, en Allemagne, utilise les modules de stockage de GRZ pour stocker son surplus de production. Un autre développement innovant de l’entreprise est un réacteur de méthanisation qui transforme le CO2 et l’hydrogène en méthane synthétique, doté de propriétés identiques au gaz naturel ordinaire.

Réacteur de méthanisation

La méthanisation joue un rôle central dans le projet GreenGas du fournisseur d’énergie Gaznat à Aigle (VD). Gaznat est l’opérateur officiel du réseau gazier romand et de son infrastructure. Sur le site de l’entreprise, une installation power-togas convertit l’électricité excédentaire en hydrogène par électrolyse, puis en méthane synthétique avec du CO2. Ce réacteur de méthanisation a été spécialement conçu à l’EPFL.

Des membranes de graphène nanoporeuses – autre innovation développée à l’EPFL (voir le rapport en p. 6) – permettent de capter le CO2 dans les gaz de combustion de deux installations de cogénération voisines et de l’acheminer vers le processus de méthanisation. «Cependant, la quantité de gaz de combustion n’est pas suffisante pour nos besoins», explique Gilles Verdan, responsable des activités de réseau et CEO de Gaznat. «Nous acheminons du CO2 supplémentaire depuis plusieurs installations industrielles en Suisse et contribuons ainsi à réintroduire le CO2 dans le cycle énergétique.»

L’engagement de Gaznat se manifeste également à travers l’Innovation Lab, inaugurée en août 2023. «Ce labo sert principalement à tester et à surveiller notre installation», explique M. Verdan. «Mais nous souhaitons désormais le mettre à la disposition des instituts de recherche et des start-ups sous forme de plateforme d’essai pour leurs développements. » Nous avons déjà de nombreux contacts et demandes en ce sens – un signe que le potentiel de ce gaz est reconnu.

Les spécialistes prévoient qu’à l’avenir, l’hydrogène sera produit en grande quantité dans les pays bénéficiant d’un ensoleillement constant ou de conditions de vent favorables, par exemple en Afrique du Nord, au Moyen-Orient ou en Australie. Les politiques se penchent dès maintenant sur les questions d’approvisionnement et participent à la conception d’un réseau européen de l’hydrogène, le European Hydrogen Backbone. La Suisse dispose déjà d’un réseau de transport de gaz de grande qualité qui couvre la totalité du territoire et elle héberge une portion d’un important gazoduc de transit nord-sud, des avantages signalés par une étude paneuropéenne en 2019.

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