Abhatoo - Centre Nationale de Documentation

Dans le cadre de la recherche d’un système énergétique vertueux, la production d’énergie dite « propre » présente des enjeux majeurs tant environnementaux qu’économiques et sociétaux. Parmi les vecteurs énergétiques potentiellement utilisables, le dihydrogène s’avère être une alternative sérieuse aux énergies fossiles.
Les procédés de production dits « traditionnels » reposent sur l’extraction de ressources fossiles hydrocarbures et et sont fortement décriés pour leurs impacts environnementaux et les dépendances à l’accès aux ressources fossiles. A ce jour, outre la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau à partir de ressources renouvelables, les filières de production d’hydrogène prometteuses sont celles de la bioraffinerie appliquée à des gisements de biomasse brute, de déchets organiques, de boues, etc. Elles mettent en jeu des procédés de conversion aussi bien thermochimiques que biologiques.
L’objectif de la présente étude est de réaliser un état de l’art détaillé de ces filières permettant la conversion des déchets de type biomasse et sous-produits, à l’échelle France, Europe et Monde.
L’étude permet ainsi d’identifier, de décrire et de caractériser les procédés thermochimiques et biologiques permettant la production de dihydrogène à partir de déchets de type biomasse. Les conditions opératoires pour en favoriser la production ainsi que les limites des systèmes sont présentées : température, pression, pH, qualité des gisements, indésirables, robustesse des équipements, etc.
Une étude succincte des gisements potentiels mobilisables est proposée, permettant d’esquisser le potentiel de production d’hydrogène, sans toutefois que l’identification des gisements dit « d’implémentation » (correspondant aux gisements réellement attendus compte tenu du contexte technique et économique et de la concurrence d’autres filières de valorisation) ne puisse être réalisée.
Pour les procédés thermochimiques, des exemples théoriques de procédés intégrés sont présentés et une estimation économique du coût de l’hydrogène a été présentée. Concernant des procédés biologiques, les projets identifiés et commentés, à l’échelle pilote ou semi-pilote pour les plus aboutis, montrent des résultats prometteurs bien que la rentabilité économique à grande échelle ne soit pas encore évaluable.
En considérant globalement le marché de l’hydrogène présenté en début de l’étude, il apparait inopportun de considérer que ces technologies puissent concurrencer à grande échelle les procédés traditionnels de production de l’hydrogène. En effet, les procédés traditionnels sont actuellement fortement compétitifs et insérés dans un schéma global de production – distribution – consommation équilibrés et maitrisés par seulement les quelques puissants acteurs gaziers. En outre, les pré-études économiques réalisées montrent entre autres que la compétitivité d’une telle filière, vis-à-vis des procédés classiques comme le vaporeformage ou l’électrolyse, semble difficile à atteindre sans optimisation énergétiques des procédés. Pour autant, l’analyse des coûts-distances entre producteur classique-consommateur met en évidence des zones plus propices à l’atteinte d’une compétitivité.
La cellule d’électrolyse microbienne apparait toutefois comme une piste prometteuse car elle permet de s’affranchir presque intégralement de la problématique de la pureté que rencontrent les autres procédés. A ce titre, elle constitue une piste de développement forte qui sera d’autant plus intéressante que le coût de l’électricité augmente (impactant négativement le coût de l’électrolyse alcaline classique).
La disponibilité des fermes éoliennes, photovoltaïques, etc. engendrant ponctuellement des coûts négatifs de l’électricité peut donc retarder le développement de la pile microbienne, mais l’augmentation du rendement de l’électrolyse par ces microorganismes peut être très attractive dans le cadre d’un marché de l’électricité en hausse en moyenne.
Egalement, la ressource en biogaz étant disponible sur des unités existantes ou en projet, il est pertinent d’envisager le couplage des procédés de production d’H2 et de valorisation des résidus en CH4 à partir de substrats lignocellulosiques pour réduire les impacts environnementaux de production d’énergie renouvelable. Ceci est valable à la fois si l’objectif est de produire de l’H2 seul (en valorisant la récupération d’énergie issue de la méthanisation) ou des biocarburants de type biohythane.
Le développement d’un tel biocarburant (hythane®) sera favorisé si les conditions de réinjection sur le réseau national (GrDF) des biogaz conditionnés sont facilitées. Ce scénario présente l’avantage de ne nécessiter que des investissements pour la production : les infrastructures de transport et de distribution existent à grande échelle. Il apparait à ce jour l’étape la moins complexe dans le développement des technologies étudiées.
Concernant la mobilité hydrogène, la filière peine à se structurer notamment au regard de la nécessité d’alimenter des réseaux de station-service par trailers depuis les grands sites de production. La disponibilité des ressources déchets de type biomasse sur l’ensemble du territoire offre une place à des solutions décentralisées de petites productions de biohydrogène, évitant le recours au transport et pouvant les rendre plus compétitives (en particulier la gazéification).