Le solaire thermique est le partenaire idéal de l'hydrogène pour décarboner le chauffage

Le monde a atteint un point où la seule option possible est d'exploiter toutes les possibilités pour atténuer le changement climatique : il est nécessaire de combiner diverses technologies d'énergie renouvelable pour décarboner les systèmes énergétiques mondiaux.  

Dans cet article, nous abordons le rôle des technologies solaires thermiques et de l'hydrogène dans notre cheminement vers la neutralité carbone à l'échelle mondiale.  

Nous soutenons que, si l'hydrogène jouera un rôle dans la décarbonisation de notre système énergétique à l'avenir, en particulier pour les secteurs dits « difficiles à réduire », l'énergie solaire thermique permet une réduction plus importante des émissions de carbone que les chaudières à hydrogène pour la production d'énergie thermique. Par conséquent, l'énergie solaire thermique doit être au premier plan des discussions sur la décarbonisation du chauffage.

Étant donné que plus de la moitié de la demande énergétique mondiale concerne le chauffage, il devient primordial d'aborder cette question de manière systémique.

Dans de nombreux bâtiments, des chaudières à gaz sont utilisées pour produire de la chaleur et de l'eau chaude. La plupart des chaudières à gaz actuelles pourraient accepter une petite fraction d'hydrogène mélangée au gaz grâce à une modification technique mineure, et de nombreux grands fabricants proposent désormais des chaudières à gaz pouvant accepter une fraction d'hydrogène de 20 %. Cependant, les chaudières à gaz plus anciennes devront peut-être être abandonnées et remplacées par des modèles plus récents. Le gouvernement britannique ayant interdit les chaudières à gaz dans les nouvelles constructions d'ici 2025, il faut trouver des alternatives.

Dans le cadre de la décarbonisation du chauffage, de nombreux gouvernements, dont celui du Royaume-Uni, envisagent la possibilité de mélanger de l'hydrogène gazeux à leur approvisionnement en gaz naturel. Selon divers rapports [S1, S2, S3], un mélange à 20 % dans la composition du gaz naturel permettrait de réduire les émissions de dioxyde de carbone de 6 %. Cependant, la différence n'est pas proportionnelle, car l'hydrogène a un tiers de la valeur calorifique du gaz naturel sur une base volumétrique. Le pourcentage de réduction est faible et contre-intuitif à l'échelle macroéconomique, car notre objectif est de maximiser la réduction des émissions de carbone et de réduire les émissions de dioxyde de carbone.  

Selon la source, la réduction de 6 % des émissions peut être encore plus faible. Par exemple, l'utilisation d'hydrogène brun, produit à partir du reformage à la vapeur du gaz naturel, ou d'hydrogène gris, produit à partir de la gazéification du charbon ou de la lignine, donnera lieu à un hydrogène gazeux dont l'empreinte carbone sera plus élevée que celle de l'hydrogène vert produit à partir d'électricité renouvelable, comme celle des parcs éoliens [S4].  

La production d'hydrogène vert souffre également d'inefficacités dans la conversion d'énergie. L'hydrogène vert implique la production d'électricité renouvelable pour générer de l'hydrogène par électrolyse, qui est utilisé dans le chauffage ou la production d'électricité [S5]. Le facteur d'émission du réseau étant supérieur à celui du gaz naturel, il est difficile de justifier l'utilisation d'électricité verte pour l'électrolyse, plutôt que pour la consommation directe, dans le but de décarboniser.  

D'autre part, un système solaire thermique classique ou un capteur solaire photovoltaïque thermique (PVT) hybride peut contribuer à hauteur de plus de 50 % à la demande thermique d'un bâtiment. L'intégration d'un système de chauffage solaire permet de réduire la consommation de gaz de 50 %, ce qui se traduit par une réduction de 50 % des émissions de carbone, soit 8 fois plus que la réduction de 6 % obtenue avec le gaz mélangé à de l'hydrogène.  

Compte tenu de l'état actuel des infrastructures et des coûts, il est difficile de considérer l'hydrogène comme une nécessité à ce stade pour la production d'énergie thermique par rapport à la technologie solaire thermique.  

Cependant, l'hydrogène sera très certainement une technologie essentielle dans la transition vers la neutralité carbone et dans la lutte contre le réchauffement climatique. Cela est particulièrement vrai pour les secteurs « difficiles à réduire », tels que le transport lourd ou l'industrie sidérurgique, où il aura sans aucun doute un rôle prépondérant à jouer.  

Le VirtuPVT de Naked Energy est un concept innovant qui transforme la technologie solaire et permet la décarbonisation dans les secteurs commercial et résidentiel. VirtuPVT est la première solution combinée de chauffage et d'électricité au monde à présenter la densité énergétique et l'efficacité les plus élevées dans une conception modulaire. Virtu convient également aux applications industrielles qui nécessitent souvent une chaleur à plus haute température que les projets domestiques. La technologie Virtu de Naked Energy fournit une chaleur de haute qualité pouvant atteindre 120 °C et un rendement énergétique élevé à partir de surfaces relativement petites, ce qui la rend adaptée à de nombreux processus industriels.  

Naked Energy est une entreprise britannique de conception et d'ingénierie, leader mondial de l'innovation dans le domaine de l'énergie solaire thermique et photovoltaïque, dont la mission est de changer définitivement le secteur de l'énergie.L'entreprise s'est donné pour objectif de décarboniser le chauffage et le refroidissement à l'échelle mondiale, et ainsi de soutenir la transition vers le zéro carbone net. Les solutions à haute densité énergétique de Naked Energy sont capables de décarboniser le chauffage de manière abordable grâce à leur nature distribuée, et leur technologie solaire PVT fournit jusqu'à 3,5 fois plus d'énergie par m² que l'électricité solaire conventionnelle ou la technologie PV.

Références :  

S1 : IEA-GHGR&D, « Réduction des émissions de CO2 grâce à l'ajout d'hydrogène au gaz naturel », Programme de recherche et développement sur les gaz à effet de serre de l'AIE, 2003.

S2 : Z. McDonald, « L'injection d'hydrogène dans les réseaux de gaz naturel pourrait fournir la demande stable dont le secteur a besoin pour se développer », S&P Global, 2020.

S3 : J. Lalach ; A. Bellini, « Que diriez-vous d'un peu d'hydrogène propre et vert avec ce gaz naturel ? », Gowling WLG, 2021.

S4 : « Production d'hydrogène vert : panorama, projets et coûts », Wood Mackenzie, 2019.

S5 : T. DiChristopher, « La technologie de l'hydrogène confrontée à un désavantage en matière d'efficacité dans la course au stockage d'énergie », S&P Global, 2021

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