L’hydrogène solaire à moins de 2 $/kg d’ici 2030

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Selon des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT), la production d’hydrogène vert pourrait devenir compétitive en termes de coût par rapport à l’hydrogène bleu d’ici la fin de la décennie actuelle dans certaines régions des États-Unis disposant de bonnes ressources solaires.

Ils ont présenté leurs conclusions de leur étude dans Can Industrial-Scale Solar Hydrogen Supplied from Commodity Technologies Be Cost Competitive by 2030, récemment publié dans Cell Reports Physical Science. Les scientifiques du MIT affirment que l’électrolyse solaire pour la production d’hydrogène pourrait atteindre un prix de 2,50 $/kg ou moins d’ici 2030.

Ils ont modélisé un système PV-H2 isolé, sans interaction avec l’infrastructure électrique pour vendre le surplus d’énergie ou acheter de l’électricité lorsque le soleil ne brille pas. « Bien sûr, tout système dans le monde réel peut choisir d’être connecté au réseau, mais notre analyse fournit un cas limite », expliquent-ils. L’électrolyse photovoltaïque hors réseau est cependant considérée comme une option viable, car elle ne serait pas exposée à la volatilité des prix de l’électricité au cours de la journée et de l’année.

Modèle proposé

Dans le modèle proposé, les chercheurs ont optimisé le PV, l’électrolyse, le stockage de l’énergie et d’autres composants d’équilibrage pour garantir une production constante d’hydrogène, tout en tenant compte des variations horaires de la production solaire au cours de l’année.

Cela a été possible grâce à un modèle d’optimisation de la conception et des opérations qui modélise les opérations de la centrale tout au long de l’année avec une résolution horaire, a expliqué l’équipe. « Grâce à ce modèle, nous sommes également en mesure d’évaluer les relations entre le stockage de l’énergie sous forme d’électricité ou d’H2 et l’effet qui en résulte sur le coût actualisé, dans des projections actuelles et éventuellement futures des coûts et des performances de la technologie. »

Les scientifiques ont également effectué une analyse géographique des coûts actualisés de production d’hydrogène solaire sur le continent américain, tout en considérant le coût des composants, les paramètres de performance et les facteurs du système.

Le scénario prévoit une baisse des coûts de l’électrolyse d’environ 800 $/kW à l’heure actuelle à 500 $/kW d’ici la fin de la décennie. Il considère une augmentation du rendement de l’électrolyseur, qui devrait passer des estimations actuelles de 58 % à 70 % sur la base d’un pouvoir calorifique inférieur (PCS). Il comprend également une réduction de 33 % des coûts d’investissement pour le stockage de l’hydrogène dans des réservoirs sous pression, par rapport aux coûts de 2020, ainsi qu’une réduction des coûts d’investissement pour le stockage géologique de l’hydrogène.

Les chercheurs ont déclaré que la disponibilité d’un stockage géologique bon marché rend rentable l’utilisation d’une grande partie de l’approvisionnement en électricité photovoltaïque lorsqu’elle est disponible et l’utilisation de l’hydrogène produit lorsque c’est plus nécessaire. Par conséquent, un système avec stockage géologique de l’hydrogène implique entre autres une plus grande taille relative de l’électrolyseur, une capacité PV installée plus faible, une plus grande capacité de stockage de l’hydrogène par rapport aux résultats d’un système avec stockage de l’hydrogène dans un réservoir sous pression plus coûteux, expliquent les chercheurs.

Ils ont également noté que les régions présentant une grande différence saisonnière dans la production d’électricité photovoltaïque ont besoin d’une plus grande capacité de stockage d’hydrogène par rapport aux régions présentant des variations saisonnières plus faibles.

Prix, politique

Dans un scénario où le stockage de l’hydrogène dans des réservoirs sous pression prévaut, les coûts de l’hydrogène vert devraient se situer entre 11,80 $/kg et 2,30 $/kg dans le nord-ouest et le sud-ouest des États-Unis d’ici 2030. Si le stockage géologique domine, le LCOE de la production d’hydrogène à partir de l’énergie solaire devrait être bien inférieur, entre 1,90 $/kg et 4,20 $/kg.

« En particulier, le coût beaucoup plus faible du stockage géologique de l’H2 permet de lisser les variations temporelles de la disponibilité du PV à un coût relativement faible et fait du facteur de capacité PV moyen un indicateur fort des coûts actualisés de l’H2 », ont déclaré les scientifiques. Ils ont ajouté qu’il existe encore une grande incertitude quant au coût et aux performances de l’électrolyse et du stockage de l’hydrogène.

Malgré le fort potentiel mis en évidence pour la production d’hydrogène à partir du PV, les chercheurs pensent que le gaz naturel (GN) sans capture du carbone pourrait encore être une alternative moins coûteuse, avec un LCOE final d’environ 1 $/kg d’ici 2030.

« En l’absence de toute incitation politique (par exemple, le prix du carbone) pour la production d’H2 à faible teneur en carbone, il n’y a aucun moteur économique pour déployer le processus d’électrolyse PV, même pour la gamme des coûts et des scénarios de performance futurs étudiés ci-dessus », ont-ils déclaré.

Toutefois, pour les utilisations finales de la génération distribuée, la différence de coût entre les deux alternatives pourrait être plus alignée à environ 3 $/kg. « L’approvisionnement en H2 à faible teneur en carbone avec des voies d’acheminement du GN à l’échelle distribuée reste à démontrer, et les voies centralisées seront associées à des coûts de livraison supplémentaires qui, lorsqu’ils seront réalisés par des pipelines d’H2 dédiés, sont estimés à environ 2 $/kg de H2 », ont-ils expliqué.

« Dans le cadre d’une politique climatique forte, notre analyse suggère que la production électrolytique d’H2 intégrée à de grands systèmes solaires photovoltaïques pourrait, dans les régions où les ressources solaires sont bonnes, être compétitive en termes de coûts en tant que matière première industrielle d’ici 2030 », ont déclaré les universitaires.

Selon un récent rapport du Conseil international pour un transport propre, le prix moyen de l’hydrogène vert aux États-Unis passerait de 10,61 $/kg à 5,97 $/kg, tandis que le prix minimum passerait de 4,56 $/kg à 2,44 $/kg. Les auteurs de l’étude ont affirmé que les recherches les plus optimistes sur les prix de l’hydrogène vert n’ont pris en compte que les coûts associés à l’investissement dans les électrolyseurs et à la fourniture d’énergie pour faire fonctionner les électrolyseurs.

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