Le remplacement des combustibles fossiles par l’hydrogène dans les secteurs du transport routier lourd et de l’industrie pourrait considérablement réduire les émissions de dioxyde de carbone. C’est particulièrement vrai si l’hydrogène est « vert », c’est-à-dire produit par électrolyse, un procédé qui utilise de l’électricité renouvelable pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène. Une nouvelle étude de Chalmers démontre que la planification de l’implantation des sites de production et l’utilisation de nouvelles solutions technologiques sont essentielles pour éviter que la production à grande échelle d’hydrogène vert n’entraîne des pénuries d’eau locales dans certaines régions d’Europe.
Dans l’étude, publiée dans Nature Sustainability, les chercheurs ont exploré différents scénarios d’impact de la production européenne d’hydrogène sur les ressources en eau, les prix de l’électricité et l’utilisation des terres à l’horizon 2050 – une année butoir pour la réduction des émissions de carbone de nombreux pays, qui pourrait voir une adoption généralisée de la technologie hydrogène.
L’eau est une ressource souvent tenue pour acquise dans la transition énergétique. Notre étude est unique car nous avons relié la perspective locale à la perspective européenne. Nous pouvons montrer que même si la production d’hydrogène ne nécessite pas énormément d’eau en termes absolus comparé, par exemple, à l’agriculture, les effets locaux peuvent être significatifs. Cela s’explique par le fait qu’il est préférable de produire l’hydrogène à proximité des industries et des sources d’électricité renouvelable, ce qui signifie généralement des zones où les ressources en eau sont déjà sous tension. La conclusion n’est pas qu’il faut éviter la production d’hydrogène, mais que nous devons comprendre les différentes perspectives et coopérer à plusieurs niveaux – entre agences gouvernementales, industries et communautés locales – pour planifier les effets locaux de la transition, affirme Joel Löfving, doctorant à la Division Transport, Énergie et Environnement de Chalmers.
Sörmland et Roslagen, des zones à haut risque
Si l’hydrogène commence à être largement utilisé dans l’industrie et les transports, l’approvisionnement en eau pourrait être sévèrement impacté dans de multiples régions si l’on choisit une production locale, pourtant avantageuse pour des raisons économiques. Pour la Suède, il est prévu que l’approvisionnement en eau dans les régions de Sörmland et Roslagen, par exemple, soit déjà sous pression même sans production d’hydrogène en 2050.
À Sörmland, il y a déjà une aciérie et une raffinerie. Si elles devaient passer à l’hydrogène et utiliser les sources d’eau locales pour le produire, cela pourrait aggraver la pénurie d’eau prévue. Dans la région de Roslagen, au nord-est de Stockholm, nous voyons également qu’il pourrait être difficile de s’approvisionner en eau locale pour la production d’hydrogène vert. En Bohuslän, sur la côte ouest suédoise, et dans certaines parties du Norrland au nord, une production à grande échelle pourrait augmenter les prélèvements d’eau de plus de 50 %. Bien que l’approvisionnement y soit considéré comme bon, il existe un risque que cette production ait un impact significatif sur l’environnement naturel, explique-t-il.
L’étude a analysé plus de 700 sous-bassins versants locaux en Europe, et des schémas similaires à ceux observés en Suède ont été identifiés à de multiples endroits. Dans le sud et le centre de l’Europe, où des conditions favorables à la production d’électricité solaire et éolienne rendent la production d’hydrogène vert particulièrement attractive, l’accès à l’eau devrait être très limité d’ici 2050, les ressources locales étant déjà sous tension et vulnérables au changement climatique. D’importants clusters industriels en Espagne, Allemagne, France et aux Pays-Bas pourraient ainsi faire face à des conflits, par exemple avec l’agriculture, pour l’accès à l’eau.
Il existe de nombreux conflits potentiels autour de l’eau en tant que ressource, mais aussi de nombreuses solutions, comme le dessalement de l’eau de mer ou la réutilisation des eaux usées traitées. Il existe également des synergies intéressantes, car l’oxygène résiduel de la production d’hydrogène pourrait être utilisé dans les processus de traitement des eaux usées. L’hydrogène a un grand potentiel pour contribuer à la transition climatique, mais nous devons trouver des moyens durables de gérer les ressources en eau – pour la production de carburant et pour l’agriculture, souligne Joel Löfving.
Les prix de l’électricité moins impactés que prévu
Outre l’utilisation de l’eau, les chercheurs ont étudié comment une économie hydrogène à grande échelle pourrait affecter les prix de l’électricité en Europe. En intégrant le modèle hydrogène au modèle Multinode de Chalmers – un modèle développé pour optimiser les coûts du système énergétique européen dans différents scénarios – ils ont pu estimer les variations de prix de l’électricité entre les différentes régions.
Les résultats montrent que la demande d’électricité augmente considérablement avec la quantité d’hydrogène produite, car il faut beaucoup d’électricité pour remplacer l’énergie des combustibles fossiles que nous extrayons simplement du sol. Malgré cela, les résultats indiquent que l’impact sur les prix moyens de l’électricité en Europe est relativement faible. Dans les régions disposant d’un bon accès aux énergies renouvelables, comme le nord de l’Europe, l’impact sur les prix est le plus faible. Dans le sud de l’Europe, où certaines régions dépendent davantage du gaz ou du nucléaire par exemple, des hausses de prix plus importantes ont été observées.
Les prix de l’électricité sont un sujet sensible, mais notre modélisation montre qu’un investissement accru dans la production d’électricité pour produire de l’hydrogène n’entraîne pas nécessairement des prix plus élevés pour les consommateurs. C’est un message important pour les décideurs – pour faire face à la transition énergétique, toutes les sources d’énergie sans fossiles sont nécessaires et nous devons avoir le courage d’investir dans de nouvelles productions d’électricité verte, déclare Joel Löfving.
Schémas globaux et conséquences locales
Une production à grande échelle d’hydrogène vert nécessiterait une forte expansion des énergies solaire et éolienne. Mais cette expansion n’occuperait que quelques pour cent des terres actuellement utilisées pour l’agriculture, selon l’étude. Et cette surface est nettement inférieure à celle qui serait nécessaire pour remplacer la même quantité d’énergie par des biocarburants.
Les chercheurs soutiennent que, pris ensemble, ces résultats offrent une perspective holistique importante sur la transition énergétique européenne. Les études précédentes se sont souvent concentrées sur les effets locaux ou sur les effets au niveau systémique global, mais rarement sur les deux combinés.
C’est cette connexion que nous voulions établir. Si nous devons construire le système énergétique du futur, nous devons comprendre à la fois les schémas globaux et les conséquences locales. En considérant les risques, nous pourrons les gérer et ainsi créer plus de certitude pour les investissements dans les technologies vertes, conclut Joel Löfving.
Hydrogène vert : Produit par électrolyse, procédé qui sépare l’eau en hydrogène et oxygène à l’aide d’électricité. L’électricité utilisée doit provenir de sources renouvelables comme le solaire, l’éolien ou l’hydroélectricité pour que l’hydrogène soit qualifié de « vert ».
Article : Resource requirements and consequences of large-scale hydrogen use in Europe – Journal : Nature Sustainability – Méthode : Computational simulation/modeling – DOI : Lien vers l’étude
Source : Chalmers U.
