Christian de Perthuis, Universität Paris-Dauphine – PSL
Von Jules Vernes bis Jeremy Rifkin, Viele waren Visionäre, die das Aufkommen einer Wasserstoffgesellschaft erwarteten. Hören wir dem Ingenieur Cyrus Smith zu, Hauptfigur von Die mysteriöse Insel (1875) :
«Oui, meine Freunde, Ich glaube, dass Wasser eines Tages als Treibstoff genutzt werden wird, dass der Wasserstoff und der Sauerstoff, aus denen es besteht, eine unerschöpfliche Licht- und Wärmequelle darstellen werden, und zwar von einer Intensität, die Kohle nicht haben kann. »
Lange Zeit als Fata Morgana angesehen, Wasserstoff feiert in der Energiedebatte ein starkes Comeback. Die Europäische Union hat kürzlich ihre veröffentlicht Wasserstoffstrategie. Et, in den dreißig Milliarden Französischer Konjunkturplan Pfeile zur Ökologie, Die zwei Milliarden, die für Wasserstoff bereitgestellt werden, sind ein echter Fortschritt, Vervielfachung der zuvor für diesen Sektor bereitgestellten öffentlichen Gelder um das Zwanzigfache.
Könnten wir dank dieses 1766 vom Chemiker Cavendish entdeckten Gases am Vorabend einer großen Revolution stehen?, dann von Lavoisier „Wasserstoff“ getauft?
Wenn Wasserstoff nicht das Wunder von Jules Vernes Roman ist, er kann es aber stellen einen Vektor dar, der die Energiewende beschleunigt auf erneuerbare Quellen. Vorausgesetzt, es wird von seiner derzeitigen Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen befreit.
Der Wasserstoff von gestern: ein Nebenprodukt fossiler Brennstoffe
Stellt 75 % der Gasmasse der Sonne dar, Wasserstoff gilt als das am häufigsten vorkommende Element im Universum. Auf der Erde, es ist in seinem reinen Zustand nicht sehr vorhanden: sehr leicht, Tatsächlich wird es nicht durch die Schwerkraft zurückgehalten und entweicht aus seinen natürlichen Reservoirs.
Wasserstoff ist jedoch überall um uns herum vorhanden, mit anderen Elementen kombiniert. Es kommt in jedem Wassermolekül vor. Verbunden mit Kohlenstoff, es kommt in allen Pflanzen und Tieren vor. Fossile Energien, selbst entstehen durch die Zersetzung lebender Materie, sind keine Ausnahme.
Wasserstoff kann durch die Trennung von diesen anderen Elementen hergestellt werden.
Entsprechend der Internationalen Energieagentur (AIE), Wir produzieren jedes Jahr auf Bestellung 70 Mt reiner Wasserstoff. Der überwiegende Teil dieses Wasserstoffs stammt aus der Verarbeitung von Erdgas (69 %) und Kohle (27 %). Den Rest erledigen die Wasserelektrolyse und andere Wege.
Aus 1975, Die weltweite Wasserstoffproduktion hat sich vervierfacht (siehe Grafik unten). Die beiden Hauptmärkte waren die Ölraffinierung – wo Wasserstoff zur Entschwefelung und Reinigung von Kraftstoffen verwendet wird – und die Ammoniakproduktion, selbst hauptsächlich für die Herstellung von Düngemitteln bestimmt.
Diese rasante Entwicklung hat nichts zur Dekarbonisierung der Volkswirtschaften beigetragen.
In 2018, Die weltweite Wasserstoffproduktion hat zur Freisetzung von geführt 830 Mt. de CO2 in der Luft (Quelle AIE), also das Äquivalent des 2,5-fachen CO-Ausstoßes2 Frankreich oder 25 % mehr als die Ablehnungen aller internationalen Flüge des Jahres.
Solange Wasserstoff ein Nebenprodukt fossiler Brennstoffe bleibt, Der Betrieb mit Wasserstoff oder die Nutzung zur Wärmeerzeugung reduziert die lokale Umweltverschmutzung, aber nicht um den CO-Ausstoß zu reduzieren2.
Die erste Herausforderung der Wasserstoffrevolution besteht darin, auf eine CO2-freie Produktion umzustellen.
Morgen: grauer Wasserstoff, blauer Wasserstoff oder grüner Wasserstoff?
Unter „grauem Wasserstoff“ versteht man Wasserstoff, der direkt aus Erdgas oder Kohle gewonnen wird. Pro produziertem kg, er erlässt den Befehl 9 Kg de CO2 aus Gas und 20 Kg aus Kohle (siehe Grafik unten). Und Europa, Fast der gesamte Wasserstoff stammt aus Erdgas.
Eine erste Möglichkeit, seinen CO2-Fußabdruck zu begrenzen, besteht darin, seine Produktion an Anlagen zur Abscheidung zu koppeln, die einen Teil des CO2 zurückgewinnen2 bevor es sich in der Atmosphäre auflöst. Wir erhalten dann „blauen Wasserstoff“, Klimaschäden begrenzen, ohne die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu beseitigen.
Unter den aktuellen Bedingungen, Grauer Wasserstoff kostet in Europa etwa 1,5 €/kg, etwas mehr als in den USA oder China, wo Gas und Kohle billig sind. Darüber hinaus, Die Lager- und Transportkosten werden durch die Nähe zwischen Produktions- und Verbrauchsstandorten begrenzt, da sich die meisten aktuellen Anlagen in Raffinerien oder petrochemischen Komplexen befinden.
Die Kosten für Anlagen zur CO-Abscheidung und -Speicherung2 liegt bei etwa 1 €/kg. Mit anderen Worten, mit einem CO-Preis2 rund 100 €/Tonne, Es würde sich lohnen, diese Anlagen durch die Umstellung von grauem Wasserstoff auf blauen Wasserstoff zu systematisieren. Mit dem Schlüssel, mögliche Einsparungen bei den CO-Emissionen2 in der Größenordnung von 750 Berg (2 % der weltweiten CO-Emissionen2).
Eine andere Möglichkeit zur Herstellung von Wasserstoff ist die Elektrolyse, bei der elektrische Energie genutzt wird, um den im Wasser vorhandenen Wasserstoff zurückzugewinnen.. Wenn Sie mit Erdgas oder Kohle erzeugten Strom nutzen, Für das Klima hat der Betrieb kein Interesse: Dadurch wird mehr CO freigesetzt2 als durch die direkte Abtrennung von Wasserstoff aus Gas oder Kohle.
Durch die Kopplung eines Elektrolyseurs mit einer kohlenstofffreien Stromquelle, wir gewinnen „grünen Wasserstoff“, kein CO-Emittent2.
Besonders interessant ist die Operation, wenn erhebliche Wind- oder Solarproduktionskapazitäten verfügbar sind, deren Produktionsstückkosten wettbewerbsfähig geworden sind, sowohl im Hinblick auf den fossilen als auch den nuklearen Sektor, aber deren groß angelegte Injektion stößt auf die Schwierigkeit der Intermittenz. Die Elektrolyse ermöglicht dann die Speicherung überschüssigen Stroms durch Umwandlung in Wasserstoff, der zu einem Integrator erneuerbarer Energiequellen im Energiesystem wird..
Wie man grünen Wasserstoff wettbewerbsfähig macht
Die Kosten für die Herstellung von grünem Wasserstoff mittels Elektrolyse hängen von drei Parametern ab: der Preis des im Elektrolyseur verbrauchten Stroms, die Kosten und Effizienz dieses Elektrolyseurs, Transport- und Lagerkosten, die ins Gewicht fallen, sobald der Verbrauchsort weit vom Produktionsstandort entfernt ist.
Momentan, Die Kosten für ein Kilogramm grünen Wasserstoff liegen in der Größenordnung von 3 für 6 €/kg, also zwei- bis viermal so viel wie grauer Wasserstoff. Aber es befindet sich in einer Dynamik des starken Niedergangs, unter dem Einfluss der gesunkenen Preise für Ökostrom und Elektrolyse.
Die verschiedenen Wasserstoffpläne zielen darauf ab, die Bewegung durch Änderungen im Umfang der Elektrolyseurproduktion und Investitionen in Speicher- und Verteilungsnetze zu beschleunigen. Diese auf der Angebotsseite mobilisierten öffentlichen Gelder ermöglichen es, die Industrialisierung von Pilotprojekten aus Forschung und Entwicklung zu beschleunigen. Sein Einsatz ist völlig gerechtfertigt.
Eine Förderung des Einsatzes von grünem Wasserstoff in Form eines Preiszuschlags ist aus wirtschaftlicher Sicht eher umstritten. Sie ermutigen die Erzeuger nicht ausreichend, ihre Kosten zu senken und den Energieverbrauch anzukurbeln. Sie könnten zu einem Preis von CO stark reduziert werden oder ganz verschwinden2 in der Größenordnung von 100 bei 250 €/T.
Die Produktion von grünem Wasserstoff aus erneuerbarer Biomasse ist ein weiterer Weg, der sich für die territoriale Integration als interessant erweisen könnte.. Es befindet sich noch im experimentellen Stadium.. In Frankreich werden zwei Optionen getestet: von Holz (Projekte aus Vitry-le-François und Straßburg) oder aus landwirtschaftlicher Biomasse (Gebrauch von Hanf in der Sarthe).
Neue Einsatzmöglichkeiten von Wasserstoff
Einen umfassenden Beitrag zur Energiesubstitution leisten, Es reicht nicht aus, die Produktion von grünem Wasserstoff massiv zu steigern. Zudem gilt es, Nutzungsmöglichkeiten zu entwickeln, die eine Reduzierung des CO-Ausstoßes ermöglichen2 wo sie am schwersten zu bekommen sind.
An erster Stelle, kann bis zu injiziert werden 10 oder 20 % grüner Wasserstoff in Gasnetzen, viel mehr, wenn ein Teil dieses Wasserstoffs durch einen Prozess namens „Methanisierung“ in Methan umgewandelt wird.. Hier entlang wird derzeit in Frankreich in Fos-sur-Mer getestet. Hinzu kommt das Interesse, den Anteil von fossilem Gas im Netz zu reduzieren, Sein Vorteil besteht darin, dass ein Teil der CO-Emissionen aufgefangen und wiederverwendet werden kann2 des Stahlwerks Fos.
Zweitens, Wasserstoff ermöglicht die Stromerzeugung aus Brennstoffzellen an Bord. Die asiatischen Autohersteller Toyota und Hyundai haben mit dem Verkauf von Wasserstoff-Pkw begonnen, die eine größere Reichweite haben als Elektroautos mit Batterien. Begriff, Die interessantesten Anwendungen beziehen sich auf Nutzfahrzeuge (Bus und LKW) wobei das Gewicht der Batterien eine große Einschränkung darstellt, Züge, wenn die Strecken nicht elektrifiziert sind und, wahrscheinlich später, Flugzeuge.
oder CH4/CO2 im Falle der Methanproduktion, um Produkte zu erhalten, die den von der Anwendung angestrebten Spezifikationen entsprechen, Grüner Wasserstoff könnte morgen industrielle Prozesse dekarbonisieren, bei denen es schwierig ist, Ersatzstoffe für fossile Brennstoffe zu entwickeln. Das wichtigste betrifft die Primärproduktion von Stahl, bei der Kohle sowohl als Energiequelle als auch als Reduktionsmittel für das Erz verwendet wird.. Wasserstoff könnte es ersetzen und kohlenstofffreien Stahl liefern. Das erste industrielle Pilotprojekt, das diesen Weg testet, befindet sich in Nordschweden in der Entwicklung, im Projektkontext Hybrid.
Europa steht vor der Wasserstoffrevolution
Die europäische Wasserstoffstrategie legt Wert auf die Entwicklung eines wettbewerbsfähigen Angebots auf Basis der Unterstützung von R&Der Leiter der Veröffentlichung ist, Industriepiloten und Projekte zur Integration von Wasserstoff in umfassendere Ökosysteme. Dank verschiedener Investitionsprogramme, Europa hat Dutzende Milliarden auf den Tisch gelegt.
Die neue Aufmerksamkeit, die der Versorgung gewidmet wird, stellt einen großen Wandel in der europäischen Klimapolitik dar, die bisher eher auf die Förderung der Nutzung kohlenstoffarmer Energie als auf deren Produktion auf europäischem Territorium gesetzt hat..
Es kam zu solchen nachfrageseitigen Maßnahmen, im Fall von Solarenergie und Batterien, einen großen Teil der Ausrüstungsproduktion zu verlagern, wodurch das Potenzial für die Schaffung von Wohlstand und Arbeitsplätzen vor Ort verloren geht.
L’Deutschland, und jetzt die Frankreich, Wir werden diese europäische Strategie ablehnen, durch entsprechende Investitionsplanung 9 und 7,2 Milliarden an öffentlichen Geldern 2030.
Sie haben erhebliche Vorteile, mit zwei der drei großen Unternehmen der globalen Industriegaseindustrie (Linde und Air Liquide), große Automobil- oder Eisenbahnausrüstungshersteller, hervorragende öffentliche Forschungslabore und eine Vielzahl von Start-ups, von denen viele aus diesen Laboren hervorgegangen sind. Deutschland setzt auf einen schnelleren Ausbauplan für erneuerbare Energien, wesentliche Unterstützung für grünen Wasserstoff.
Der Schlüssel zum Erfolg wird darin liegen, dass weniger öffentliche Gelder auf den Tisch kommen, dass die Fähigkeit, all diese Akteure mit unterschiedlichem Hintergrund zusammenzubringen. Zu diesem Preis werden wir Wasserstoff herstellen, nicht die „unerschöpfliche“ Energie, deren der Ingenieur Die mysteriöse Insel, sondern ein leistungsstarker Integrator erneuerbarer Energien im Energiesystem von morgen.
Christian de Perthuis, Wirtschaftslehrer, Gründer des Lehrstuhls „Klimaökonomie“., Universität Paris-Dauphine – PSL
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