Énergie
L’hydrogène vert prêt à remplacer le gris grâce aux nouveaux électrocatalyseurs qui rendent la production rentable
Hydrogène moins cher et plus vert
Green hydrogen is the idea of producing hydrogen as a fuel from renewable energy sources, making it an alternative to fossil fuels. However, producing hydrogen through electrolysis requires expensive and rare metals of the platinum family.
Des chercheurs coréens, le professeur Jungki Ryu de l’École d’énergie et de génie chimique à UNIST et le professeur Dong-Hwa Seo du Département de science et génie des matériaux à KAIST , ont découvert un nouveau type de catalyseur, le ruthénium, afin d’éviter l’utilisation du platine ou de l’iridium.
Plus précisément, cela repose sur un alliage beaucoup moins cher et moins nocif pour l’environnement composé de ruthénium, de silicium et de tungstène (RuSiW).
L’arc-en-ciel de l’hydrogène
Hydrogen is the most abundant atom in the universe but is not easily found as a fuel on Earth.
Actuellement, la plupart de l’hydrogène produit est le « hydrogène gris », fabriqué à partir de méthane (gaz naturel), émettant beaucoup de carbone dans l’atmosphère. C’est l’une des différentes « couleurs » possibles de l’hydrogène :
- Hydrogène gris/marron: produit à partir de combustibles fossiles.
- Hydrogène bleu: produit à partir de combustibles fossiles, mais avec capture du carbone.
- Hydrogène rose (parfois aussi appelé hydrogène jaune): produit à partir d’énergie nucléaire.
- Hydrogène turquoise: produit à partir de la pyrolyse du méthane. Cela décompose le méthane en hydrogène et carbone solide. Le carbone solide peut être stocké ou utilisé pour des applications comme les fibres de carbone.
- Hydrogène vert: produit à partir d’énergie renouvelable.
L’hydrogène vert représente la situation idéale et un objectif pour la plupart des personnes soucieuses du climat. Sa production dépend d’un processus appelé électrolyse, qui décompose les molécules d’eau en hydrogène gazeux et en oxygène. Il s’agit d’un processus assez énergivore, qui dépend également d’éléments catalytiques du groupe du platine.
La quête de l’hydrogène vert
Green hydrogen is an important part of the puzzle to decarbonize the economy, as it can fill applications that electricity alone cannot. For example, it can reduce by 95% the carbon emissions from traditional steel-making processes. Steel manufacturing represents 11% of global emissions. It can also be used by fuel cells to power the engines of cars, trucks, and boats.
Il pourrait également être utilisé directement pour le stockage d’énergie ou pour produire de l’ammoniac, un bon candidat comme carburant pour le transport maritime longue distance ou comme stockage d’énergie à long terme, sujet que nous avons abordé dans notre article “The Other Hydrogen Fuel – Top 5 Green Ammonia Stocks”.
Il est depuis longtemps connu que le ruthénium pourrait offrir une alternative au platine, mais il présentait des limites:
- activité catalytique inférieure comparée au platine.
- stabilité moindre comparée à l’iridium.
Cette découverte récente a montré que la présence de silicium autour de l’atome de ruthénium augmente l’intensité d’absorption des H⁺ à la surface du catalyseur.
La stabilité est accrue par un mince film de tungstène d’une épaisseur de 5~10 nm qui protège le site catalytique du ruthénium. Il s’agit du même type de technique utilisé dans la production de semi-conducteurs, où le tungstène sous forme gazeuse est déposé en une couche très fine sur la puce de silicium.
Secteurs qui bénéficieront
En rendant la production d’hydrogène vert moins chère et plus respectueuse de l’environnement, cette découverte pourrait stimuler plusieurs secteurs:
- Fabricants de piles à combustible, dont l’économie des moteurs bénéficiera d’un carburant moins cher.
- Producteurs d’hydrogène vert, qui pourraient voir leurs marges augmenter et voir l’hydrogène gagner des parts de marché dans les marchés de l’énergie.
- Fabricants d’ammoniac vert. Non seulement ils auront accès à un hydrogène moins cher pour la production d’ammoniac, mais l’adoption massive de l’ammoniac nécessite des catalyseurs pour réduire les gaz toxiques et « super gaz à effet de serre » NOx. Cela requiert généralement du platine également, mais peut-être que le RuSiW pourrait également remplir ce rôle ici aussi ?
- Le secteur des énergies renouvelables, car une production massive d’hydrogène vert offrira une voie de sortie pour l’énergie « excédentaire » lors de périodes de fort ensoleillement ou de vent.
Entreprises qui bénéficieront
1. Aker Horizons ASA
Aker Horizon est la filiale du groupe Aker axée sur l’énergie verte. Le groupe est un important conglomérat norvégien, avec un focus sur les énergies renouvelables et les activités maritimes/offshore. Aker Horizon est la société holding de plusieurs filiales incluant la capture du carbone, l’hydrogène vert et les énergies renouvelables.
Source: Aker
L’entreprise est notamment très active dans la génération d’hydrogène et d’ammoniac vert, avec pour objectif de décarboniser le transport arctique, en remplaçant les combustibles fossiles par des carburants à base d’hydrogène.
Source: Aker
Ainsi, Aker est idéalement positionnée pour profiter d’une réduction des coûts de production d’hydrogène vert. Elle peut gérer l’intégration verticale complète de l’ammoniac vert, des éoliennes offshore à la génération d’hydrogène jusqu’à la production d’ammoniac vert.
Elle travaille également sur des projets tels que la valorisation des déchets en énergie en France, une centrale à biomasse en Allemagne, et la capture du carbone au Moyen-Orient (Arabie Saoudite et Émirats Arabes Unis).
Cela en fait une bonne action pour les investisseurs cherchant une exposition au secteur de l’énergie verte dans son ensemble, avec un positionnement fort sur l’hydrogène vert et l’ammoniac vert, mais aussi d’autres énergies vertes, et une certaine diversification géographique.
2. Plug Power Inc.
(PLUG )
Plug Power est un leader de l’hydrogène vert, avec un focus sur les piles à combustible. Notamment, ses piles alimentent plus de 40 000 chariots élévateurs, avec des revenus multipliés par 8 depuis 2013. Elle est également active dans la construction d’infrastructures hydrogène telles que la production d’hydrogène, la logistique, la production d’électricité à grande échelle et les livraisons.
L’entreprise vise à atteindre l’échelle nécessaire pour réduire les coûts de production de 10 $/kg à 4 $/kg, tout en multipliant la production par 14 fois d’ici 2027. Bien sûr, de nouvelles technologies évitant l’utilisation du platine pour l’électrolyse seraient également utiles.
Source: Plug Power
En raison d’investissements massifs pour augmenter la capacité de production de 19 fois depuis 2020, l’entreprise n’est pas encore rentable. Cela a conduit à presque doubler les revenus du début à la fin de 2023.
La majeure partie des activités actuelles et prévues devrait provenir d’Amérique du Nord. Les acquisitions stratégiques de l’entreprise, comme celles de United Hydrogen et Giner ELX, ont renforcé davantage sa position dans l’économie de l’hydrogène en améliorant ses capacités de génération, de liquéfaction et de distribution d’hydrogène.
L’entreprise considère sa solution comme un carburant de mobilité directe, ou comme un complément aux véhicules électriques, le hydrogène permettant de réduire la pression sur le réseau due aux pics de charge des VE qui ne coïncident pas avec les périodes de production des énergies renouvelables durant la journée.
Source: Plug Power
En tant que grand producteur de piles à combustible, Plug Power bénéficierait fortement d’une transition vers une économie basée sur l’hydrogène/l’ammoniac. Cela fait donc de Plug Power une bonne action pour parier sur une transition vers l’hydrogène en général, avec ou sans ammoniac. L’accent mis sur les coûts et l’échelle est également louable.
3. Ballard Power Systems Inc.
(BLDP )
Ballard est un autre fabricant de piles à combustible, et un pionnier de la technologie avec son premier bus à pile à combustible en 1993.
L’entreprise se concentre sur les marchés lourds : bus, camions, trains/trams, navires, mines/construction et énergie. Bien que les bus aient été le cœur de l’activité, l’entreprise prévoit qu’en 2025 les camions constitueront un segment commercial majeur. Elle s’attend également à ce que l’Europe reste son principal marché (50‑60 %), suivie de l’Amérique du Nord (25 %).
Les piles à combustible pour camions devraient continuer à croître et représenter un marché de 7,5 milliards de dollars en 2030 (sur un TAM de 195 milliards de dollars), presque aussi important que toutes les autres applications de l’hydrogène/piles combinées. Cette croissance pourrait s’accélérer si les prix de production d’hydrogène baissent grâce aux nouvelles technologies.
Source: Ballard
En raison de la puissance plus élevée requise et du besoin de recharge rapide, les véhicules lourds constituent un bon marché pour l’hydrogène et les piles à combustible par rapport aux véhicules plus légers comme les voitures. Cela réduit également le besoin de caténaires pour les rails et les trolleybus, ainsi que la recharge rapide pour le transport longue distance.
Source: Ballard
L’entreprise n’est pas non plus étrangère à l’ammoniac, avec par exemple un contrat récent avec Amogy pour lui fournir des piles à combustible pour sa « plateforme ammonia-to-power qui repose sur une technologie unique de craquage de l’ammoniac ».
Alors que les véhicules électriques ont une chance raisonnable de prendre rapidement le contrôle du marché automobile, les véhicules plus lourds sont plus difficiles à décarboniser. Avec son leadership établi dans le secteur, Ballard serait un bénéficiaire principal d’une poussée politique vers une économie de l’hydrogène.
4. Seaborg
Seabord est une entreprise danoise développant un réacteur nucléaire à sel fondu compact qui constitue également une centrale flottante d’une capacité allant jusqu’à 800 MW.
Source: Seaborg
Le design maritime des réacteurs nucléaires Seaborg le rend adapté aux nations côtières, avec des discussions engagées avec l’Indonésie et la Norvège.
Seaborg travaille également avec le leader mondial de la construction navale Samsung Heavy Industries pour développer des centrales nucléaires flottantes combinées à des usines d’hydrogène et d’ammoniac.
Bien que souvent privilégié par les politiques vertes et les activistes, il n’est pas obligatoire que l’hydrogène soit produit avec de l’électricité verte pour réduire les émissions de carbone, seulement que l’énergie provienne d’une source à faible teneur en carbone. Ainsi, le nucléaire est également une option.
Ainsi, Seaborg pourrait devenir une partie intégrante d’une économie de l’hydrogène et de l’ammoniac alimentée par le nucléaire. Et sa facilité de déploiement et de déplacement des réacteurs nucléaires pourrait être une excellente option pour fournir de l’hydrogène aux ports.
Ils pourraient même se relocaliser selon la demande saisonnière, par exemple rester dans l’hémisphère nord en hiver (lorsque la production d’énergies renouvelables est faible) et se déplacer vers d’autres sites le reste de l’année.
5. Bloom Energy
(BE )
Le cofondateur de Bloom a construit la première pile à combustible à hydrogène dans les années 1960 pour le projet Gemini et a également été un pionnier de l’électrolyse dans les années 1980.
L’entreprise a déployé 1 GW de solutions de production d’énergie primaire sur site pour des centaines de clients, avec 95 % de toutes les piles à combustible stationnaires installées aux États-Unis depuis 2018 étant des Bloom Energy Servers.
Source: Bloom Energy
L’accent de Bloom a été mis sur les sites industriels, les centres de données, les hôpitaux, les centres commerciaux et d’autres grandes installations, ainsi que sur le déploiement de micro-réseaux. Elle travaille également à développer des piles à combustible pour le transport maritime.
Bloom tire la majeure partie de ses revenus de la vente de piles à combustible et d’électrolyseurs, représentant 75 % du chiffre d’affaires total, avec les deux tiers des ventes aux États-Unis.
Les électrolyseurs de l’entreprise utilisent la technologie de l’oxyde solide, qui produit 20‑25 % plus d’hydrogène par mégawatt (MW) que les méthodes plus anciennes comme la membrane échangeuse de protons (PEM).
Source: Bloom Energy
En tant que leader des systèmes de piles à combustible pour grandes installations, Bloom devrait bénéficier d’une production d’hydrogène bon marché, même si l’émergence de catalyseurs d’électrolyse moins chers et non à base de platine pourrait également représenter une menace pour les électrolyseurs à oxyde solide qu’elle propose.
