L'hydrogène affiche plus de capacité annoncée que de capacité livrée depuis près d'une décennie, et la raison n'est pas l'électrolyse.
Un écart entre les annonces et l'acier sur le terrain
Le schéma est assez constant pour qu'on puisse planifier autour. Des projets sont annoncés avec des chiffres de capacité et des dates. Une minorité atteint une décision finale d'investissement. Un nombre significatif est discrètement annulé ou reporté indéfiniment, y compris plusieurs projets importants et très médiatisés.
Les raisons sont économiques plutôt que techniques.
Le produit coûte plus cher que l'existant. L'hydrogène produit par électrolyse à partir d'électricité bas carbone coûte en général plusieurs fois plus cher que l'hydrogène produit à partir de gaz naturel, et l'écart dépend fortement du prix de l'électricité et du nombre d'heures de fonctionnement annuel de l'électrolyseur.
Les acheteurs sont rares à ce prix. Les projets ont besoin d'engagements d'achat fermes pour se financer, et les acheteurs industriels hésitent à signer des contrats de long terme à un prix majoré sans raison réglementaire de le faire.
Le problème de l'œuf et de la poule est réel. La production attend la demande, la demande attend l'infrastructure, l'infrastructure attend le volume. Briser ce cercle exige soit une politique publique, soit un client sans alternative.
L'ingénierie a été largement démontrée. Ce qui reste non résolu, c'est qui paie la différence.
Pour la planification de main-d'œuvre, la lecture honnête est que la compétence hydrogène vaut la peine d'être construite, à une échelle calée sur les projets ayant réellement atteint une décision d'investissement plutôt que sur les pipelines annoncés. Toute personne évoluant dans ce secteur devrait aussi savoir lire une annonce de projet et identifier le stade réellement atteint, ce qui est une compétence en soi.
Ce que couvre cette direction
Le périmètre : production d'hydrogène, électrolyse, piles à combustible, stockage et transport de l'hydrogène, et applications industrielles.
Quatre volets.
Production. Technologies d'électrolyse, vaporeformage avec captage du carbone, et les questions d'efficacité et de durabilité propres à chacune.
Manutention. Compression, liquéfaction, stockage, pipelines et compatibilité des matériaux.
Usage. Piles à combustible, combustion et applications en tant que matière première chimique.
Sécurité et normes. Une part plus importante de cette direction que de la plupart des autres.
Pourquoi la molécule est difficile à manipuler
L'hydrogène se comporte de façons qui surprennent les ingénieurs habitués au gaz naturel, et chacune de ces propriétés a un coût associé.
Il fuit. La plus petite molécule trouve des chemins à travers les joints, les raccords filetés et les matériaux qui retiennent sans difficulté d'autres gaz. La détection de fuites et la conception des raccords sont ici des disciplines différentes.
Il fragilise l'acier. L'hydrogène diffuse dans de nombreux aciers et réduit leur ductilité, ce qui peut provoquer une fissuration sous contrainte. C'est un problème de matériaux central pour les pipelines, les réservoirs et les compresseurs, et il limite quelles infrastructures existantes peuvent être réutilisées, et à quelles conditions.
Il transporte peu d'énergie par unité de volume. À pression atmosphérique, l'hydrogène contient environ le tiers de l'énergie du gaz naturel pour un même volume, ce qui explique qu'on le stocke à très haute pression, qu'on le liquéfie à température extrêmement basse, ou qu'on le convertisse en un vecteur comme l'ammoniac. Chaque option coûte de l'énergie : la liquéfaction seule consomme une fraction substantielle du contenu énergétique propre de l'hydrogène.
Il s'enflamme facilement et brûle de façon quasi invisible. Une large plage d'inflammabilité, une énergie d'inflammation très faible et une flamme presque invisible en plein jour. Le danger est gérable et géré quotidiennement dans l'industrie, mais ce n'est pas le même danger que le gaz naturel et il ne se gère pas avec les mêmes réflexes.
Le rendement aller-retour est médiocre. Électricité vers hydrogène vers électricité perd une large majorité de l'énergie injectée. Ce n'est pas rédhibitoire là où l'alternative est l'absence de solution, et c'est décisif partout où l'électrification directe est possible.
Où cela se situe dans le domaine
Hydrogène et technologie des piles à combustible est la cinquième des neuf directions du domaine énergie, climat et nucléaire d'Astra Trainer. Elle se connecte à la gestion du carbone et à la décarbonation industrielle, où l'hydrogène est l'une des rares options pour la chaleur de procédé à haute température et la sidérurgie primaire, et aux systèmes pétroliers, gaziers et pétrochimiques, où réside actuellement presque toute l'expertise hydrogène existante.
Elle se connecte aussi à l'économie, aux marchés et à la politique de l'énergie, la viabilité de presque tous les projets de cette direction reposant sur le soutien politique et le prix de l'électricité plutôt que sur l'ingénierie. Vous pouvez découvrir les neuf directions ici.
Où l'hydrogène a du sens, et où le dossier est faible
Être précis ici est plus utile que d'être enthousiaste, et cela protège une organisation d'investir dans la mauvaise application.
Solide : usages industriels existants de l'hydrogène. Le raffinage et la production d'ammoniac consomment déjà de grandes quantités d'hydrogène produit à partir de sources fossiles. Remplacer cet approvisionnement par de l'hydrogène bas carbone n'exige aucune nouvelle demande, aucune nouvelle infrastructure et aucun changement de comportement. C'est le dossier le plus clair qui existe.
Solide : sidérurgie primaire. La réduction directe du fer par hydrogène est l'une des très rares voies pour réduire substantiellement les émissions de l'acier primaire, et les alternatives sont limitées. Plusieurs projets avancent.
Plausible : matière première chimique et chaleur de procédé à haute température, là où l'électrification est difficile et où le procédé a besoin d'une molécule plutôt que d'électrons.
Plausible : stockage d'énergie de longue durée et équilibrage saisonnier, où le médiocre rendement aller-retour compte moins que la capacité de stocker de l'énergie sur des mois, ce que les batteries ne peuvent pas faire.
Contesté : transport lourd, maritime et aviation. Des candidats sérieux, en concurrence avec les batteries pour le camionnage et avec les carburants synthétiques et biosourcés pour le maritime et l'aviation. L'issue n'est pas tranchée et des personnes raisonnables sont en désaccord.
Faible : chauffage domestique. Les pompes à chaleur délivrent plusieurs unités de chaleur par unité d'électricité. Produire de l'hydrogène, le distribuer et le brûler en délivre moins d'une. Plusieurs études indépendantes sont arrivées à des conclusions défavorables, et le dossier repose surtout sur la réutilisation des réseaux gaziers existants.
Faible : la plupart des véhicules légers. Les véhicules électriques à batterie sont plus efficaces, moins coûteux à l'usage et soutenus par une infrastructure bien plus développée.
Un programme hydrogène honnête se concentre sur le premier groupe. Un programme qui commence par les voitures et les chaudières domestiques est en général un artefact politique plutôt qu'un plan d'ingénierie.
Les compétences sont transférables, et c'est la bonne nouvelle
Le tableau de la main-d'œuvre ici est plus favorable que dans la plupart de ce domaine, et cela vaut la peine de le dire clairement.
L'hydrogène n'est pas une industrie nouvelle contrairement à ce qu'on décrit souvent. Il est produit et manipulé à l'échelle industrielle depuis un siècle, dans les raffineries, les usines d'ammoniac et les opérations de gaz industriels. Les personnes qui font ce travail existent déjà.
Ce dont elles ont besoin, c'est d'une couche plutôt que d'une reconversion : la technologie des électrolyseurs et ses caractéristiques d'exploitation, le tableau de compatibilité des matériaux pour des infrastructures qui n'ont pas été conçues à l'origine pour l'hydrogène, les différences de sécurité spécifiques par rapport au gaz naturel, et le cadre commercial et politique qui détermine si un projet est réel.
C'est un problème de formation au chemin court, et il se prête particulièrement bien à un apprentissage structuré et incrémental délivré à des personnes déjà en poste.
Les métiers, nommément
Ingénieurs électrolyseurs. Conception de stack, intégration système, équipements périphériques.
Ingénieurs de procédé pour la production et la purification de l'hydrogène.
Ingénieurs sécurité hydrogène. Une spécialité distincte et en croissance.
Ingénieurs matériaux pour l'évaluation de la fragilisation et de la compatibilité.
Ingénieurs piles à combustible, pour le transport et l'alimentation stationnaire.
Spécialistes de compression, stockage et liquéfaction.
Ingénieurs pipelines et infrastructure, y compris l'évaluation de conversion des réseaux existants.
Opérateurs et techniciens de site pour les installations de production.
Développeurs de projets et analystes commerciaux, car ce sont les débouchés et la politique publique qui décident de ces projets.
Qui peut être formé pour ces métiers
Le personnel du secteur des gaz industriels. La correspondance la plus proche qui soit. Production, compression, liquéfaction, distribution et manutention de bouteilles constituent déjà le travail quotidien.
Les opérateurs et ingénieurs de raffineries et d'usines d'ammoniac. Manipulent déjà l'hydrogène à grande échelle sous gestion de sécurité des procédés.
Les ingénieurs de procédé et de pipelines du pétrole et du gaz. Un transfert solide, avec la compatibilité des matériaux et les différences de sécurité enseignées explicitement plutôt que supposées.
Les ingénieurs chimistes issus de n'importe quelle industrie de process.
Les ingénieurs électriques et en électronique de puissance. Vers les systèmes électriques des électrolyseurs, qui représentent une part substantielle d'une installation d'électrolyse.
Les ingénieurs matériaux et corrosion. Vers l'évaluation de la fragilisation, une compétence rare et critique.
Les spécialistes de sécurité des procédés. Vers la sécurité hydrogène, où la méthodologie existante s'applique avec de nouvelles données de danger.
L'hydrogène est une substance dangereuse strictement réglementée. Il présente une large plage d'inflammabilité, une énergie d'inflammation très faible et une flamme difficile à voir, et il est manipulé à des pressions extrêmes ou à des températures cryogéniques. Les installations relèvent de régimes de danger d'accident majeur, d'équipement sous pression, de marchandises dangereuses et de sécurité de site qui varient selon la juridiction, et la manipulation sûre dépend de procédures propres au site, d'évaluations de compétence et d'habilitations. Astra Trainer construit une compréhension technique. Cela ne fournit ni formation aux dangers, ni habilitation, ni aucune autorisation de concevoir, exploiter ou travailler sur des systèmes hydrogène.
Ce qu'il faut en retenir
La question non résolue dans l'hydrogène est commerciale, pas technique, et une large part des projets annoncés n'atteint jamais de décision d'investissement.
Manipuler la molécule est la difficulté d'ingénierie : fuites, fragilisation, faible densité d'énergie volumique et un danger d'inflammation différent de celui du gaz naturel.
Les applications solides sont celles qui utilisent déjà l'hydrogène ou qui n'ont pas d'alternative. Les faibles sont celles où l'électrification directe l'emporte simplement en efficacité.
Le rendement aller-retour est médiocre, ce qui compte peu pour le stockage saisonnier et de façon décisive pour tout ce qui pourrait être électrifié à la place.
Et fait inhabituel pour ce domaine, la main-d'œuvre existe pour l'essentiel déjà, dans le raffinage, l'ammoniac et les gaz industriels. C'est un problème de conversion au chemin court.
Pourquoi tant de projets hydrogène sont-ils annulés ?
Parce que l'hydrogène bas carbone coûte en général plusieurs fois plus cher que l'hydrogène d'origine fossile, que les acheteurs fermes sont rares à ce prix, et que production, demande et infrastructure s'attendent mutuellement. L'obstacle est économique plutôt que technique.
Qu'est-ce qui rend l'hydrogène difficile à manipuler ?
Il fuit par des raccords qui retiennent d'autres gaz, fragilise de nombreux aciers, contient peu d'énergie par unité de volume ce qui exige pression extrême ou température cryogénique, et s'enflamme facilement avec une flamme quasi invisible.
Où l'hydrogène a-t-il clairement du sens ?
Remplacer l'hydrogène fossile existant dans le raffinage et l'ammoniac, la sidérurgie primaire par réduction directe, certains usages de chaleur de procédé à haute température et de matière première chimique, et le stockage saisonnier de longue durée.
Pourquoi le chauffage à l'hydrogène est-il considéré comme faible ?
Parce que les pompes à chaleur délivrent plusieurs unités de chaleur par unité d'électricité, tandis que produire, distribuer et brûler de l'hydrogène en délivre moins d'une. Plusieurs études indépendantes sont arrivées à des conclusions défavorables.
Qui se convertit bien vers les métiers de l'hydrogène ?
D'abord le personnel des gaz industriels, puis les opérateurs de raffineries et d'usines d'ammoniac qui manipulent déjà l'hydrogène à grande échelle, les ingénieurs de procédé et de pipelines du pétrole et du gaz, les ingénieurs chimistes, les ingénieurs électronique de puissance vers les systèmes électrolyseurs, et les ingénieurs matériaux vers la fragilisation.