Le craquage du méthane: un game-changer pour la production d’hydrogène propre?

Bien entendu, mes fidèles lecteurs se sont rués sur le rapport de l’AIE The Future of Hydrogen. Ils auront peut-être même remarqué un encadré p.41 dans lequel nous évoquons la production d’hydrogène et de carbone solide par craquage du méthane. Je parlais déjà sur ce blog il y a un an des travaux de Laurent Fulchéri et des projets – en cours – de Monolith Materials aux Etats-Unis. Ce que j’ignorais, en revanche, et que j’ai découvert récemment, c’est à quel point le sujet intéresse les Allemands, au moins certains d’entre eux, et par exemple le géant de la chimie BASF. Qui se trouve bien plus avancé que je ne le pensais.

Le procédé BASF est sensiblement différent du procédé Fulchéri. L’énergie du craquage est également fournie par l’électricité, sans doute à une température inférieure, par induction, comme on le voit sur la photo ci-dessus. Les pertes thermiques seraient sensiblement moindres du fait d’une meilleure intégration, le carbone et l’hydrogène sortant, donc chauds, cédant une partie de leurs calories respectivement au gaz naturel entrant et froid, et au carbone surgi du craquage (voir schéma).

Le carbone s’agglomère en billes d’une certaine taille, comme des plombs de chasse; on n’est pas dans la nanostructure, BASF estimant que le marché du noir de fumée, que vise Monolith Materials, sera rapidement saturé. BASF vise plutôt le marché des anodes de carbone des fours d’aluminium, plus conséquent. Et surtout, alors que pour l’américain c’est le noir de fumée le produit principal, l’hydrogène est le produit principal pour le chimiste allemand, qui en a de multiples usages.

Pourquoi un tel intérêt pour le craquage? C’est assez simple. Le reformage vapeur du gaz naturel, voie principale de fabrication de l’hydrogène dans le monde (hors Chine), est exclu ici, du fait de sa production de CO2, dont l’émission à l’atmosphère devient intolérable mais dont le stockage en sous-sol n’est pas autorisé en Allemagne. L’alternative principale,  l’électrolyse de l’eau, requiert 286 kilojoules par mole d’hydrogène (environ 55 kWh par kilo si les électrolyseurs ont une efficacité de 70% sur le pouvoir calorifique inférieur). Mais Ludwigshafen, siège de la plus grande usine chimique du monde (surface: la moitié de Paris intra-muros), se situe loin de l’éolien maritime du nord de l’Allemagne, loin des ressources photovoltaïques du sud de l’Europe. L’électricité renouvelable n’y coule pas à flots, et reste relativement chère.   Le craquage du méthane requiert seulement 37 kJ par mole d’H2, près de huit fois moins que l’électrolyse… et à peine plus que le reformage vapeur du gaz naturel, à 27 kJ (pour la seule consommation d’énergie bien sûr, pas la matière première). Bon, il y faut du gaz naturel plutôt que de l’eau, mais pourquoi s’en priver si l’on ne crée par de CO2? Il y aura un surcoût, bien sûr – 27 kJ de gaz coûtent moins que 37 kJ d’électricité

Bon, mais j’entends déjà les commentaires: tu nous montres un dispositif de laboratoire et un schéma de principe, tu es bien gentil mais où en est-on vraiment à Ludwigshafen? En fait, mon cher Thierry, BASF conduit cette recherche depuis 2013 et a déjà construit un prototype, avec une petite production expérimentale… qui l’a détruit. J’ai pu le voir de loin (je n’ai donc pas pris les photos ci-contre!), il prend plusieurs niveaux d’un bâtiment. Le prochain, un vrai pilote, est en en préparation, et devrait entrer en tests « vraie grandeur » d’ici deux à trois ans. La première unité commerciale pourrait être construite en 2025.

Et voici que Pöyry Management Consulting publie le premier rapport sur le sujet: « Hydrogen from natural gas – The key to deep decarbonisation. Il fera le bonheur des gaziers, qui l’ont du reste commandé, et peut-être celui des gazettes. Il est loin d’être parfaitement à mon goût: il parle du rôle de l’hydrogène dans l’industrie comme un fournisseur d’énergie, ce qui est secondaire, soutient que les applications à très haute température ne peuvent pas être électrifiées, ce qui est faux, ou que les caténaires  pour les camions et même les bus sont « impraticables ». Pour moi qui suis né sur, enfin tout près, d’une ligne de trolley, c’est choquant, mais bon, ce sont là péchés véniels qui ne changent rien au fond.

Le rapport Pöyry a une faiblesse plus profonde: il prétend démontrer la nécessité de l’hydrogène ex-gaz en Europe par la faible disponibilité – et les coûts relativement élevé – des renouvelables sur le seul continent. Or une large part de l’hydrogène sera en fait utilisé sous forme de produits plus faciles à stocker et à transporter – l’ammoniac, le méthanol, des carburants de synthèse. Tout porte à croire que ces produits pourront être fabriqués à partir d’énergies renouvelables peu coûteuses ailleurs qu’en Europe – en Afrique du Nord, au Proche-Orient, voire en Australie, en Patagonie, etc. et importés. Pourtant, si l’on ne peut prendre la démonstration de Pöyry au pied du chiffre, à examiner le simple cas de la chimie allemande on voit bien quand même que l’Europe aura sans doute intérêt à utiliser le gaz naturel comme une source d’hydrogène, via un procédé non générateur de gaz à effet de serre ni, semble-t-il, d’autres polluants.

Les illustrations sont extraites d’une présentation à la presse d’Andreas Bode, Program leader Carbon Management R&D de BASF.

2 réflexions sur « Le craquage du méthane: un game-changer pour la production d’hydrogène propre? »

  1. Jean-Louis Boucon

    ça me semble un tour de passe-passe car un jour ou l’autre, en fin de vie des produits fabriqués avec, le carbone finira en CO2.
    Le résultat sera finalement le même que si on avait brulé directement le méthane.

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    1. Cédric Philibert Auteur de l’article

      Merci pour votre commentaire qui soulève une question intéressante… mais à laquelle la réponse semble plus complexe que ce que vous suggérez. D’abord, parce que certains usages du carbone solide entraînent aujourd’hui une pollution importante qui s’ajoute à celle qui résulte de la combustion – séparée – du méthane. Ainsi, la production de noir de fumée, utilisé dans la fabrication des pneus, du toner des imprimantes, etc. vient de la combustion incomplète de fossiles, entraînant donc, outre des émissions de CO2, de la suie, des SOx, des NOx, des COV, etc. Rien de tout ça ici, et même si le CO2 est émis en fin de vie du noir de fumée, c’est le même sort qui attend aujourd’hui le CO2 du noir de fumée, on a donc bien supprimé une source d’émissions, la combustion du méthane. Objection: si on développe la pyrolyse du méthane il faudra trouver d’autres débouchés, et donc on aura bien des émissions supplémentaires. C’est possible, mais pas certain. Tout produit carboné est-il nécessairement brûlé en fin de vie? Il y aura des possibilités de recyclage, dans des infrastructures durables (matériau de soutien dans le béton, traverses et ballast de chemin de fer, et d’autres de plus de valeur: un diamant est éternel, comme dit le slogan, c’est du carbone mais je ne crois pas qu’il brûle aisément…). Dernier point: si le carbone est transformé en CO2 dans 10, 100 ou 1000 ans, le résultat est-il « finalement le même que si on avait brûlé directement le méthane »? Je ne le crois pas, la trajectoire des émissions est également importante, il faut accorder de la valeur au fait de ralentir l’augmentation des concentrations atmosphériques en gaz à effet de serre. Pour le dire autrement: certes, nous allons tous mourir, mais on peut attacher un certain prix au fait de ne pas mourir tout de suite… Ou encore: toutes les espèces disparaissent, c’est la loi de l’évolution, mais on n’est pas pressés.

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