De plus en plus de pays se fixent des objectifs stratégiques pour l'hydrogène et certains investissements s'orientent vers le développement de technologies d'hydrogène vert. L'UE et la Chine sont à la pointe de ce développement, cherchant à obtenir un avantage concurrentiel en matière de technologies et d'infrastructures. Parallèlement, le Japon, la Corée du Sud, la France, l'Allemagne, les Pays-Bas, la Nouvelle-Zélande et l'Australie ont tous publié des stratégies pour l'hydrogène et élaboré des projets pilotes depuis 2017. En 2021, l'UE a publié une directive stratégique relative à l'hydrogène, proposant de porter la capacité de production d'hydrogène par électrolyse à 6 GW d'ici 2024 grâce à l'énergie éolienne et solaire, et à 40 GW d'ici 2030. La capacité de production d'hydrogène au sein de l'UE sera ainsi portée à 40 GW, auxquels s'ajouteront 40 GW hors UE.
Comme pour toute nouvelle technologie, l'hydrogène vert passe de la recherche et du développement fondamentaux à une production industrielle à grande échelle, ce qui se traduit par des coûts unitaires plus faibles et une efficacité accrue en matière de conception, de construction et d'installation. Le coût actualisé de l'hydrogène vert (LCOH) se compose de trois éléments : le coût de la cellule électrolytique, le prix de l'électricité renouvelable et les autres coûts d'exploitation. En général, le coût de la cellule électrolytique représente environ 20 % à 25 % du LCOH de l'hydrogène vert, tandis que le coût de l'électricité représente la part la plus importante (70 % à 75 %). Les coûts d'exploitation sont relativement faibles, généralement inférieurs à 5 %.
À l'échelle internationale, le prix des énergies renouvelables (principalement l'énergie solaire et éolienne à grande échelle) a considérablement baissé ces 30 dernières années, et leur coût actualisé de l'énergie (LCOE) est désormais proche de celui de l'électricité produite à partir du charbon (30 à 50 $/MWh), ce qui rend les énergies renouvelables plus compétitives à l'avenir. Le coût des énergies renouvelables continue de diminuer de 10 % par an et devrait atteindre environ 20 $/MWh vers 2030. Les coûts d'exploitation ne peuvent être réduits de manière significative, mais le coût unitaire des cellules peut être diminué et une courbe d'apprentissage similaire à celle des énergies solaire et éolienne est attendue pour les cellules.
L'énergie solaire photovoltaïque a été développée dans les années 1970 et son coût actualisé de l'énergie (LCOE) était d'environ 500 $/MWh en 2010. Depuis, le LCOE de l'énergie solaire photovoltaïque a considérablement diminué et se situe actuellement entre 30 et 50 $/MWh. La technologie des cellules électrolytiques étant similaire à la norme industrielle de production de cellules photovoltaïques, son coût unitaire devrait suivre une trajectoire comparable entre 2020 et 2030. Parallèlement, le LCOE de l'éolien a fortement baissé au cours de la dernière décennie, mais dans une moindre mesure (environ 50 % pour l'éolien en mer et 60 % pour l'éolien terrestre).
Notre pays utilise des sources d'énergie renouvelables (éolienne, photovoltaïque, hydroélectrique) pour la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau. Lorsque le prix de l'électricité est maintenu en dessous de 0,25 yuan/kWh, le coût de production de l'hydrogène est relativement rentable (15,3 à 20,9 yuans/kg). Les indicateurs technico-économiques de la production d'hydrogène par électrolyse alcaline et par électrolyse PEM sont présentés dans le tableau 1.
La méthode de calcul du coût de production d'hydrogène par électrolyse est présentée dans les équations (1) et (2). LCOE = coût fixe / (quantité d'hydrogène produite × durée de vie) + coût d'exploitation (1). Coût d'exploitation = consommation d'électricité pour la production d'hydrogène × prix de l'électricité + prix de l'eau + coût de maintenance des équipements (2). Prenons l'exemple de projets d'électrolyse alcaline et d'électrolyse PEM (1 000 Nm³/h). Supposons un cycle de vie total de 20 ans et une durée de vie opérationnelle de 9 × 10⁴ h. Le coût fixe (cellule électrolytique, dispositif de purification d'hydrogène, matériaux, travaux de génie civil, frais d'installation, etc.) est estimé à 0,3 yuan/kWh pour l'électrolyse. Le tableau 2 présente une comparaison des coûts.
Comparativement aux autres méthodes de production d'hydrogène, si le prix de l'électricité issue des énergies renouvelables est inférieur à 0,25 yuan/kWh, le coût de l'hydrogène vert peut être réduit à environ 15 yuans/kg, ce qui représente un avantage concurrentiel. Dans un contexte de neutralité carbone, la réduction des coûts de production d'électricité à partir d'énergies renouvelables, le développement à grande échelle des projets de production d'hydrogène, la diminution de la consommation énergétique et des coûts d'investissement des cellules électrolytiques, ainsi que les incitations telles que la taxe carbone, contribuent à une réduction progressive du coût de l'hydrogène vert. Cependant, la production d'hydrogène à partir de sources d'énergie traditionnelles génère un mélange d'hydrogène avec de nombreuses impuretés telles que le carbone, le soufre et le chlore. Les coûts supplémentaires liés à la purification et au captage, à l'utilisation et au stockage du carbone (CCUS) peuvent porter le coût de production réel à plus de 20 yuans/kg.
Date de publication : 6 février 2023