Power-to-gas: mea culpa

Il n’y a que les sots qui ne changent pas d’avis. Mon opinion franchement négative sur le power-to-gas a évolué, et si je reste prudent je suis désormais convaincu que cette technologie, ou plutôt ensemble de technologies, a un rôle à jouer. Voici pourquoi.

Et d’abord, je me suis bien planté en critiquant « l’efficacité » de la réaction de Sabatier. J’ai en effet écrit ceci: « On dissocie l’hydrogène de l’eau à grand frais… dont une moitié va finir en méthane, et l’autre moitié redevient de l’eau! « . Implicitement, j’en tirais l’idée d’un gros gâchis, suggérant que l’efficacité énergétique de l’opération dans son ensemble est faible, en tout cas inférieure à 50%. Or, ce n’est pas le cas. L’essentiel du potentiel énergétique du dihydrogène se retrouve in fine dans le méthane disponible à la fin de la réaction, dont le carbone et l’hydrogène sont tous deux combustibles, ce qui n’est pas le cas de l’hydrogène de l’eau.

En effet, il faut comparer l’énergie d’une masse molaire de méthane (16 g/mol) à celle de quatre masses molaires de dihydrogène (2g/mol). Sur la base des pouvoirs calorifiques inférieurs (49,85 MJ/kg pour CH4, 120 MJ/kg pour H2, on peut calculer l’efficacité théorique maximale de l’opération E = 16*49.58/4*2*120=83%. Dans un système réel avec environ 10% de pertes on arrive à une efficacité réelle d’environ 75%.

Il n’en reste pas moins que l’efficacité de la production de méthane de synthèse, compte-tenu de celle de l’électrolyse, est globalement assez faible, mettons 70% x 75% soit 52.5%. Si c’est pour « revenir » à l’électricité, en clair la stocker, le rendement global ne va pas dépasser 52.5%*60% soit 31.5%. Beaucoup moins efficace qu’une batterie ou qu’une station de pompage hydraulique, avec des rendements entre 70% et 95%. Si c’est pour chauffer un logement, même avec une bonne efficacité dans l’appareil de chauffage, genre 85%, le système d’efficacité totale environ 45% soutient difficilement la comparaison avec une pompe à chaleur, dont le coefficient de performance va se balader entre 2 et 5 – comme s’il avait une « efficacité » de 200 à 500%.

Et pourtant, malgré ces efficacités faibles, on peut trouver des utilisations sensées. Le stockage d’électricité de très longue durée, par exemple, car le coût de l’immobilisation de batteries pendant des semaines ou des mois serait pharamineux, plusieurs ordres de grandeur au-dessus de celui du stockage de méthane. En réalité, s’il y a ici des concurrents au méthane de synthèse dans ce rôle, ce sont plutôt le dihydrogène lui-même, compressé dans des cavités souterraines, ou l’ammoniac, dont la densité énergétique de 16,4 MJ/l à l’état liquide (à -33°C) n’est pas tellement moindre que celle du méthane liquéfié (22,4 MJ/l mais à -161°C).

Et encore, le stockage, la distribution et l’utilisation de méthane de synthèse dans les réseaux de gaz actuels, afin d’écrêter les pointes de demande d’électricité liées au chauffage, durant les pics de froid. Ce sont aussi les moments durant lesquels les pompes à chaleur sont moins performantes, surtout celles du type aérothermique, les plus faciles à installer dans les centres urbains denses, ceux-là même où les réseaux de gaz sont le plus répandus. Le schéma ci-dessous illustre les variations saisonnières des divers vecteurs énergétiques au Royaume-Uni.

Source: Grant Wilson, Sheffield University

On voit bien à quel point les variations de la demande de gaz naturel sont plus amples que celles de l’électricité. Si celle-ci devait fournir toute la chaleur, même avec des pompes à chaleur, il faudrait assez considérablement augmenter le système électrique, en puissance hivernale (et à peu près garantie, donc pas que de l’éolien ou du solaire), en transport et en distribution. C’est pourquoi sans doute le Comittee on Climate Change, dans son rapport sur l’hydrogène, préconise l’installations de systèmes hybrides, pompes à chaleur électriques la plupart du temps et brûleurs d’hydrogène durant les pointes de froid.

Oui mais alors, hydrogène ou méthane de synthèse? Dans les deux cas, on parlera bien de « power-to-gas ». Car la source ne saurait être autre qu’électrique (et le carbone, indispensable au méthane, ne saurait être autre qu’atmosphérique, éventuellement par le truchement de la photosynthèse et de la biomasse). Si  je n’ai rien contre la capture et le stockage du CO2 dans la production d’hydrogène à partir du gaz naturel, prétendre faire dans ce cas de la capture et de l’utilisation du CO2, par recombinaison avec… l’hydrogène, est bien une proposition absurde, consistant à défaire puis refaire du gaz avec du gaz: intérêt climatique nul.

Mais je reviens à la question: hydrogène ou méthane de synthèse, dans les actuels tuyaux de gaz? Eh bien… cela dépend de l’adaptabilité des réseaux et utilisations actuelles à l’hydrogène pur, un sujet pas mal renseigné dans le rapport de l’AIE sur l’hydrogène à paraître à a mi-juin. On en reparlera!

 

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