Prédire la durabilité d’une future économie d'hydrogène

À mesure que les sources d’énergie renouvelables comme l’énergie éolienne et solaire augmentent, elles peuvent être utilisées pour produire de l’hydrogène de manière durable. Cependant, la mise en œuvre d’une telle stratégie à grande échelle nécessite des terres et de l’eau dédiées à cet effet.

Une recherche récente dans Nature Communications dirigée par Lorenzo Rosa de Carnegie et le chercheur invité Davide Tonelli de l'ULB et l’UCLouvain analyse les défis liés à la satisfaction durable de différents scénarios de demande d'hydrogène, pays par pays. 

L'électrolyse est une méthode de production d'hydrogène qui consiste à diviser l'eau en oxygène et hydrogène, qui peut ensuite être stocké et utilisé comme carburant ou matière première pour produire des produits chimiques utiles. Ce processus peut être alimenté par des combustibles fossiles comme le charbon ou le gaz naturel, ou par des sources d'énergie renouvelables comme l'énergie éolienne et solaire, qui nécessitent toutes deux de l'espace pour être déployées.

“Today, hydrogen is mostly used in refineries and the production of chemicals”, explique Lorenzo Rosa de Carnegie. “But in the future, demand for hydrogen could increase more than fivefold, due to adoption of hydrogen or hydrogen-derived products in transportation, industrial heating methods, and steel manufacturing techniques. There is an opportunity to meet this increased demand with sustainably produced hydrogen.”

Rosa et Tonelli, en collaboration avec Alessandro Parente de l'ULB, Paolo Gabrielli (de l'ETH Zurich), chercheur invité de Carnegie, Ken Calderia de Carnegie et Francesco Contino de l'UCLouvain ont découvert qu'en raison de la pénurie de terres ou d'eau, moins de la moitié de la demande projetée pour 2050 en hydrogène carburant pourrait être à produite et utilisée localement à l’aide de l’énergie éolienne ou solaire.


Légende. Une illustration montrant la pénurie de terres et d'eau induite par la satisfaction des demandes de production d'hydrogène d'ici 2050 en utilisant l'énergie éolienne et solaire dans deux scénarios différents de couverture des terres.

Si l'on considère la quantité d'eau nécessaire au niveau mondial pour produire suffisamment d'hydrogène pour répondre aux besoins de l'humanité en 2050, cela ne représente que 0,6 % de l'eau disponible dans le monde. Mais si l'on considère la production locale pour une utilisation locale, la situation peut être différente.

Il s’avère que dans un monde zéro émission nette et sans émissions de carbone, certains pays devraient compter sur l’importation d’hydrogène, sous forme pure ou sous forme de produits dérivés de l’hydrogène, en provenance d’autres pays disposant de plus grandes abondances de terres et de conditions plus favorables. Des ressources solaires et éoliennes qui pourraient être déployées pour le produire durablement en grande quantité.

L’Afrique australe, l’Afrique centrale et orientale, l’Afrique de l’Ouest, l’Amérique du Sud, le Canada et l’Australie disposent de terres et d’eau disponibles qui pourraient en faire des leaders potentiels dans l’exportation d’hydrogène. À l’inverse, l’Europe occidentale (dont la Belgique), Trinité-et-Tobago, la Corée du Sud et le Japon devraient probablement importer de l’hydrogène ou réduire leur production industrielle existante.

Les chercheurs soulignent l’importance d'évaluer au niveau national les ressources que les pays seraient prêts à consacrer à la production d’hydrogène.

“Our work indicates countries that have the resources to ramp up sustainable hydrogen production for export” explique Tonelli. “But, of course, social, political, and economic factors will determine the extent of installation of renewable technologies and hydrogen production from each nation, which may differ from what would be feasible on paper.”

Cette recherche fait partie du programme global de Rosa visant à explorer les opportunités et les défis à l’intersection de la production d’énergie, d’eau et de nourriture, qui sont tous affectés par le changement climatique et la croissance démographique.

“As we strive to mitigate greenhouse gas pollution and prepare for the ways that climate change will affect where we live, how we build and sustain communities, and how we feed ourselves, it is crucial that we robustly examine various climate solutions to understand the possibilities that they present, as well as any unintended consequences”, conclu Rosa.