Énergie
L’autre carburant hydrogène – Top 5 des stocks d’ammoniac vert
La quête pour remplacer les carburants liquides
À mesure que les énergies renouvelables progressent, certaines limites deviennent plus claires. L’intermittence des énergies renouvelables nécessite la présence de stockage d’énergie. Cela pourrait prendre la forme de batteries, comme nous l’avons exploré dans notre article «L’avenir du stockage d’énergie – Technologie des batteries à l’échelle industrielle ».
Cependant, certaines formes de consommation d’énergie résistent très bien à l’électrification. Par exemple, le transport maritime longue distance ou le fret aérien.
Jusqu’à présent, même le transport routier n’a pas réussi à être converti aux véhicules électriques, en raison du poids des batteries nécessaires ; ainsi que les limitations de la capacité de production des batteries, qui a retardé pendant de nombreuses années le Tesla Semi.
Ces limitations proviennent en grande partie du fait que l’essence, le diesel et le kérosène sont extrêmement denses en énergie, bien plus que les meilleures batteries.
L’idée d’un carburant liquide qui serait une alternative aux produits pétroliers est donc très attractive. Une idée est celle des biocarburants, qui produisent essentiellement le même produit que les combustibles fossiles, mais à partir de sources renouvelables. C’est une autre idée que nous avons explorée dans notre article «Biocarburant algal : la prochaine révolution énergétique ? ».
Une autre idée consiste à utiliser l’atome le plus abondant dans l’univers, l’hydrogène, pour stocker de l’énergie. Cependant, l’hydrogène gazeux présente certaines limites, depuis les difficultés de sa production économique jusqu’aux coûts énergétiques liés à sa liquéfaction, son transport et son stockage.
Les atomes d’hydrogène n’ont pas besoin d’être sous forme de gaz H2 pour stocker de l’énergie. Autre élément extrêmement abondant, l'azote, formant 4/5th de notre atmosphère, peut aider.
L'ammoniac comme vecteur d'énergie
Chimie simple
L'ammoniac, ou NH3, est un engrais et peut être brûlé ou oxydé pour produire de l'azote et de l'eau.
NH3 + O2 → N2 + H2O
C’est donc quelque peu similaire à la combustion de l’hydrogène, dans le sens où elle ne produit que des sous-produits inoffensifs, du moins dans des conditions idéales (nous y reviendrons plus tard).
La différence avec l’hydrogène est que l’ammoniac est une molécule beaucoup plus grosse que le H2, et également beaucoup plus stable. Cela facilite grandement son transport et son stockage. L’ammoniac est également près de 50 % plus dense en énergie que l’hydrogène liquide.
Liquéfaction de l'hydrogène gaspille 44.7 % de l'énergie qu'il contient, car il nécessite un refroidissement à -253 ° C (-423°F). Le garder liquide entraîne davantage de pertes, augmentant avec la durée de stockage, pouvant atteindre 79 % de pertes en cas de stockage saisonnier.
« L’ammoniac, en revanche, peut être liquéfié soit en le refroidissant en dessous de -33°C (à pression atmosphérique), soit en le pressurisant au-dessus de 7.5 bars (à 20°C), des conditions nettement plus réalisables que celles requises pour l’hydrogène. Ce processus peut être efficace à près de 99 %.
Infrastructure existante
L'ammoniac n'est pas un produit chimique rarement produit, puisqu'il constitue un élément clé dans la production d'engrais, mais aussi de plastiques et d'explosifs. Cela signifie qu’il existe déjà une industrie et une chaîne d’approvisionnement pour la production massive d’ammoniac, bien qu’elle soit pour l’instant quelque peu dépendante des combustibles fossiles. Cela en fait également un processus bien compris et efficace. Dans l’ensemble, l’ammoniac est le deuxième produit chimique le plus produit au monde.
Idéalement, une économie basée sur l’ammoniac s’appuierait sur ce que l’on appelle l’ammoniac vert, généré à partir d’énergies renouvelables. Cela le distinguait de autres types d'ammoniac:
- Ammoniac gris/brun : produit à partir de combustibles fossiles.
- Ammoniac bleu : produit à partir de combustibles fossiles, mais avec captage du carbone.
- Ammoniac rose (parfois aussi appelé ammoniac jaune) : produit à partir de l'énergie nucléaire.
- Ammoniac turquoise : produit par pyrolyse du méthane. Cela décompose le méthane en hydrogène et carbone solide, l’hydrogène étant ensuite converti en ammoniac. Le carbone solide peut être stocké ou utilisé pour des applications telles que les fibres de carbone.
Et bien que beaucoup moins étendu que le réseau de combustibles fossiles, il n’existe pas moins de 5,000 3,100 km (490,000 XNUMX miles) de gazoducs d’ammoniac aux États-Unis (et XNUMX XNUMX km de gazoducs à haute pression). L’ammoniac étant non corrosif et n’endommageant pas les tuyaux en acier comme l’hydrogène (« fragilisation »), les nouveaux pipelines pourraient être relativement peu coûteux.
Cela nécessiterait néanmoins des investissements massifs, tant dans les capacités de production que dans les pipelines. Remplacer seulement la moitié de la consommation mondiale de gaz naturel nécessitent de multiplier par 20 la production mondiale d’ammoniac.
Selon la solution exacte adoptée, l'ammoniac pourrait fonctionner comme un système de stockage et de transfert d'énergie avec un rendement (énergie restituée) allant de 84 à 38 %.
Les limites de l'ammoniac
Le problème de l’utilisation directe de l’ammoniac comme source d’énergie est que la combustion est rarement un processus parfaitement efficace. Lorsque l’ammoniac est brûlé de manière impartiale, il produit des gaz NOx, qui sont toxiques, ainsi que des gaz à effet de serre (300 fois plus puissants que le CO2).
Plusieurs solutions ont été proposées, parmi lesquelles :
- Brûler de l'ammoniac vert dans un mélange de combustibles, en combinaison avec des combustibles fossiles.
- Brûler de l'ammoniac vert dans un mélange de carburant, en combinaison avec de l'hydrogène.
- Conversion de l'ammoniac liquide en hydrogène comprimé directement sur le site de stockage et à la demande, comme dans une station-service. Un processus nommé « cracking ».
- Utiliser des piles à combustible dédiées, comme pour l’hydrogène, pour produire directement de l’électricité et alimenter un moteur électrique.
- Utiliser un catalyseur pour détruire les NOx avant qu’ils ne soient libérés. Cela pourrait poser certains problèmes car ces catalyseurs sont souvent des métaux extrêmement coûteux comme le palladium, le platine et le rhodium, qui sont déjà utilisés pour réduire les émissions de NOx des véhicules fonctionnant aux combustibles fossiles. Une combustion purement à base d’ammoniac en nécessiterait beaucoup plus.
Les NOx étant de puissants gaz à effet de serre, il est indispensable de s’assurer qu’ils ne remplacent pas le CO2 pour justifier la transition vers une économie basée sur l’ammoniac.
L'ammoniac comme transporteur d'hydrogène
Comme mentionné ci-dessus, l’ammoniac (NH3) peut être « craqué » en azote (N2) et en hydrogène (H2). Cela signifie que même si le problème des émissions de NOx s’avère insoluble, il existe toujours un potentiel d’économie d’ammoniac.
Dans ce contexte, l’ammoniac est utilisé directement pour le stockage, le transport ainsi que pour certaines applications de niche. Et soyez transformé en hydrogène sous forme gazeuse (même comprimé) pour alimenter les véhicules par combustion directe ou par pile à combustible.
Cela permet à l’économie décarbonée de bénéficier de quelques avantages clés des caractéristiques physiques et chimiques de l’ammoniac :
- Réduire les pertes d’énergie lors de la production du carburant liquide, tout en utilisant de l’énergie verte pour ce faire.
- Une énergie renouvelable à faible coût pendant les périodes de surproduction (fort soleil et vent) peut être utilisée pour réduire les coûts globaux de production de carburant.
- La possibilité de stockage sur plusieurs mois, permettant la résilience du système énergétique, est en quelque sorte un incontournable de la mobilité. Par exemple, un ouragan coupant le réseau électrique n’empêcherait pas la chaîne d’approvisionnement, les ambulances et les voitures de fonctionner, comme cela pourrait être le cas pour un système entièrement centré sur les véhicules électriques.
- Le stockage sur plusieurs mois permet également de transformer la production excédentaire des mois ensoleillés ou venteux en approvisionnement en carburant pendant des mois avec une production d'énergie renouvelable plus faible.
Il est donc possible que parler d’une économie de l’ammoniac ou d’une économie de l’hydrogène soit un peu trompeur.
Un scénario plus probable est une économie mixte ammoniac-hydrogène, chaque technologie étant exploitée pour fonctionner au mieux sur ses points forts :
- Ammoniac pour le transport, le stockage à long terme et « absorber » le surplus d’énergie des journées ensoleillées ou venteuses.
- Hydrogène destiné à la consommation directe, au stockage à court terme et aux applications nécessitant une production d'énergie rapide et élevée, comme la production d'acier ou les moteurs à réaction.
Il s’agit d’un scénario dans lequel les centrales nucléaires pourraient également jouer un rôle dans la décarbonisation, même sans adoption massive des véhicules électriques, grâce à « l’ammoniac rose » fournissant une source de carburant liquide à faible teneur en carbone.
La voie vers une économie de l’ammoniac
La feuille de route pour l’adoption de l’ammoniac est un peu plus difficile à déterminer. Certaines recherches estiment qu'une économie axée sur l'ammoniac, utilisant la production massive d'ammoniac vert (2nd génération), est peu probable avant 2030.
Dans ce scénario, une production d’ammoniac plus efficace reposant sur électroréduction directe (3rd génération) ne prendra le relais qu’à la fin des années 2030, car la technologie en est aujourd’hui à ses débuts, notamment les électrocatalyseurs efficaces.
Source: Science Direct
Dans l’ensemble, il existe de grands espoirs quant à la croissance de l’ammoniac vert, certaines estimations prenant en compte le le marché actuel de 300 millions de dollars pourrait se transformer en un marché géant de 17.9 milliards de dollars, soit un TCAC étonnant de 72.9 % d'ici 2030.
Top 5 des stocks d’ammoniac vert
Cette liste semble se concentrer sur les entreprises d’ammoniac vert ou d’hydrogène vert. Mais les leaders actuels dans la production d'ammoniac, comme par exemple CF Industries Holdings, Inc. (CF) ou Yara International ASA (YAR.OL) sont susceptibles de se tourner vers l’ammoniac vert à terme et pourraient également constituer une option.
1. Aker Horizons ASA (AKH.OL)
Aker Horizon est la filiale du groupe Aker centrée autour de l'énergie verte. Le groupe est un important conglomérat norvégien, spécialisé dans les énergies renouvelables et les activités marines/offshore.
Source: Aker
Aker Horizon est la société holding de plusieurs filiales dont le captage de carbone, l'hydrogène vert et les énergies renouvelables.
Source : Aker
L’entreprise est notamment très active dans la production d’hydrogène et d’ammoniac vert, dans le but de décarboner le transport maritime dans l’Arctique.
Source: Aker
Aker n’est donc pas une entreprise purement verte d’ammoniac, mais peut gérer toute l’intégration verticale de l’ammoniac vert, des éoliennes offshore à la production d’hydrogène en passant par la production d’ammoniac vert. Elle travaille également sur des projets comme la valorisation énergétique des déchets en France, une centrale biomasse en Allemagne et le captage du carbone au Moyen-Orient (Arabie saoudite et Émirats arabes unis).
Cela en fait un bon titre pour les investisseurs recherchant une exposition au secteur des énergies vertes dans son ensemble, avec un positionnement fort sur l'ammoniac vert, mais aussi d'autres énergies vertes, et une certaine diversification géographique.
2. Plug Power Inc. (PRISE)
Plug Power est un leader dans le domaine de l'hydrogène vert, avec un accent sur les piles à combustible. Notamment, ses piles à combustible alimentent plus de 40,000 8 chariots élévateurs, avec des revenus multipliés par 2013 depuis XNUMX. Elle est également active dans la construction d’infrastructures hydrogène telles que la production d’hydrogène, la logistique, la production d’électricité à l’échelle des services publics et les livraisons.
Source: Puissance de prise
L’entreprise vise une échelle permettant de réduire les coûts de production de 10 $/kg à 4 $/kg, tout en multipliant la production par 14 en 2027.
Source: Puissance de prise
En raison d’investissements massifs visant à multiplier par 19 la capacité de production depuis 2020, l’entreprise n’est pas encore rentable. Cela a permis de presque doubler les revenus entre le début et la fin de 2023. La plupart des activités actuelles et prévues devraient provenir d’Amérique du Nord.
L'entreprise considère sa solution soit comme un carburant de mobilité direct, soit comme un complément aux véhicules électriques, car l'hydrogène permet de réduire la pression sur le réseau des véhicules électriques aux heures de pointe qui ne correspondent pas aux heures de production d'énergies renouvelables dans la journée.
Source: Puissance de prise
En tant que producteur majeur de piles à combustible, Plug Power bénéficierait fortement d’un virage vers une économie basée sur l’hydrogène et l’ammoniac. Bien qu'elle ne soit pas directement active dans la production d'ammoniac, l'entreprise se concentre principalement sur la production d'hydrogène vert (nécessaire à la production d'ammoniac vert) et sur les piles à combustible, deux composants qui seraient toujours très demandés au cas où l'hydrogène seul ne fonctionnerait pas.
Cela fait donc de Plug Power une bonne valeur pour parier sur un virage vers l’hydrogène en général, avec ou sans ammoniaque. Si les limites de l’hydrogène en matière de logistique et de stockage s’avèrent insurmontables, il bénéficierait quand même d’une économie hydrogène+ammoniac.
3. Systèmes électriques Ballard Inc. (BLDP)
Ballard est un autre fabricant de piles à combustible et un pionnier de cette technologie avec son premier bus à pile à combustible en 1993.
L'entreprise se concentre sur les marchés des poids lourds : bus, camions, trains/tramways, navires, mines/construction et énergie. Même si les bus constituent le cœur de son activité, l’entreprise s’attend à ce que d’ici 2025, les camions constituent un segment d’activité majeur. Elle s'attend également à ce que l'Europe reste son principal marché (50 à 60 %), suivie par l'Amérique du Nord (25 %).
Les piles à combustible pour camions devraient continuer de 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 hydrogène/piles à combustible réunies.
Source: Ballard
En raison de la puissance plus élevée requise et de la nécessité d’une recharge rapide, les véhicules lourds constituent un bon choix 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 le transport ferroviaire et une recharge rapide pour le transport sur de longues distances.
Source: Ballard
L'entreprise n'est pas non plus étrangère à l'ammoniac, avec par exemple un contrat récent avec Amogie pour lui fournir des piles à combustible pour sa « plateforme de conversion d'ammoniac en électricité qui s'appuie sur une technologie unique de craquage de l'ammoniac ».
Même si les véhicules électriques ont une chance raisonnable de conquérir rapidement le marché automobile, les véhicules plus lourds sont plus difficiles à décarboner. Grâce à son leadership établi dans le secteur, Ballard serait l’un des principaux bénéficiaires d’une politique en faveur d’une économie de l’hydrogène.
4. Société FuelPositive (NHHHF)
FuelPositive a créé un système de génération d'ammoniac vert modulaire/conteneurisé. Sa première cible est le secteur agricole, permettant la production d'ammoniac sur place avec de l'énergie produite localement. Le système peut générer jusqu'à 300 kg/jour, soit 100 tonnes d'ammoniac par an, pour 950,000 XNUMX $ CA.
Source: Carburant positif
Cela en fait un système adapté aux fermes allant jusqu’à 1,800 1.5 acres. Avec seulement XNUMX acre de terrain couvert de panneaux solaires, suffisamment pour alimenter la production d’ammoniac.
Source: Carburant positif
FuelPositive affirme que son système peut produire de l'ammoniac pour 560 $ CA/tonne, ce qui est conforme au prix historique et, plus important encore, protégerait les agriculteurs de l'extrême volatilité des prix qu'ils ont connue au cours des dernières années, l'ammoniac atteignant jusqu'à 1350 XNUMX $/tonne à un moment donné.
Source: AffairesAnalitIQ
Le démarrage n’en est qu’à ses débuts, avec une production à grande échelle prévue pour 2025 et 30 commandes confirmées à ce jour, avec une première livraison prévue pour mars 2024.
Le principal atout de FuelPositive est la modularité de sa technologie, permettant une approche plus distribuée et une production de masse standardisée de son module de génération d'ammoniac.
L'entreprise construit un partenariat avec Chiffrer Neutron, qui peut produire de l'hydrogène sans aucun métal du groupe du platine.
Bien que l’objectif principal soit la production d’engrais, l’ammoniac pourrait être utilisé pour alimenter les moteurs agricoles avec l’énergie produite sur place, en fonction de la rapidité d’adoption des outils agricoles alimentés à l’ammoniac et à l’hydrogène.
La nature décentralisée et modulaire des systèmes FuelPositive pourrait également en faire un élément clé d’une future économie de l’ammoniac. Le marché des engrais peut permettre à l’entreprise de se développer jusqu’à ce que l’utilisation de l’hydrogène et de l’ammoniac soit plus répandue.
5. AmmPower Corp.AMMPF)
AmmPower est similaire à FuelPositive dans la mesure où il propose des systèmes modulaires de génération d'ammoniac, mais à plus grande échelle, avec son module de base capable de produire 4 tonnes/jour. Cela a placé l'entreprise davantage dans le domaine des très grandes fermes (plus de 10,000 XNUMX acres) ou des opérations industrielles comme le textile, la réfrigération, l'exploitation minière, les produits pharmaceutiques ou les semi-conducteurs.
Source : AmmPower
La société est en train de constituer son carnet de commandes, avec un potentiel de réservation à court terme estimé à 30 millions de dollars, et des perspectives de vente de 690 unités dans 52 pays.
L'entreprise estime le coût de l'électricité à environ 360 $/tonne d'ammoniac.
La modularité du système permet un délai d'exécution et des livraisons rapides, en moins d'un an, contre 3 à 4 ans pour des projets similaires sans l'approche modulaire.
Il travaille également sur la technologie pour transformer les déchets en ammoniac, en joint-venture avec CTEC Energy Sales USA.
Pour favoriser la progression de l'ammoniac vers une économie hydrogène-ammoniac, il crée une filiale dédiée au craquage de l'ammoniac en hydrogène, qui recherchera des financements supplémentaires séparément.
En atteignant une échelle qui pourrait s'adapter à la plupart des usages industriels, ainsi qu'aux très grandes exploitations agricoles, AmmPower vise des clients et des entreprises ayant un accès plus large au capital que la plupart des autres. Combiné à la technologie de craquage de l’ammoniac, cela pourrait lui permettre de se développer rapidement suite aux politiques visant à promouvoir le développement de l’hydrogène comme vecteur énergétique.
