Le power-to-gas, une solution d’avenir

Le power-to-gas, une solution d’avenir

La Programmation Pluriannuelle de l’énergie en France vise à une augmentation de la production d’électricité renouvelable de 102 à 113 gigawatts en 2028, soit deux fois plus qu’en 2017.

Stocker le surplus d’électricité est un réel enjeu car cela permet d’une part de palier à l’intermittence de la production ENR et d’autre part, d’alléger les contraintes sur le réseau électrique.

Le Power-to-gas pourrait être un levier utilisé par la France pour répondre aux objectifs ambitieux qu’elle s’est fixée en termes de production d’EnR et de réduction de gaz à effet de serre.

Eclairage de Clément Le Roy, senior manager au sein du cabinet Wavestone.

Depuis plusieurs années maintenant, on entend parler de « Power-to-gas », c’est à dire de la conversion d’électricité en gaz. Pouvez-vous nous expliquer en quoi cela consiste ? Quel est l’intérêt d’une telle opération ?

Le Power-to-gas est une opération qui consiste à convertir le surplus d’électricité d’origine renouvelable (solaire ou éolien), qui ne peut pas être injecté directement sur les réseaux ou consommé en direct, en gaz.

Concrètement, il s’agit d’une électrolyse de l’eau, technique permettant la conversion de l’énergie électrique en énergie chimique sous forme de gaz hydrogène (H2) et d’oxygène (O2).

Une fois cet hydrogène produit, il est soit consommé sur place, stocké, ou encore injecté dans les réseaux de transport et/ou de distribution de gaz. Il est à noter qu’il n’est pas possible d’injecter aujourd’hui de l’hydrogène « pur » dans les réseaux. Il faut donc le mélanger avec du méthane – la proportion est en général de 5 à 10% maximum d’hydrogène.

L’hydrogène produit peut également être converti en méthane de synthèse grâce à la méthanisation catalytique ou biologique, qui est un gaz 100% miscible avec le gaz naturel (opération dite de méthanation).

Une telle opération permet d’une part d’offrir une réelle synergie avec les infrastructures existantes et une utilisation diverse du gaz produit. Les usages peuvent alors être la production de chaleur, l’alimentation des véhicules fonctionnant au GNV (Gaz Naturel Véhicule), ou encore la reconversion de gaz en électricité et injection de cette dernière dans le réseau (boucle dite « Power-to-gas-to-power).

RTE a publié fin janvier dernier une étude qui s’attarde sur les atouts de l’hydrogène vert pour le système électrique et les enjeux qu’il représente pour notre transition. Une manière d’accélérer le développement du « power to gas » ?

En effet, l’hydrogène dit « vert », permettrait à la France de réduire de façon conséquente ses émissions de gaz à effet de serre dans les secteurs de l’industrie, de l’automobile, et du tertiaire, qui représente aujourd’hui les secteurs les plus énergivores.

RTE le mentionne d’ailleurs dans son rapport : « L’hydrogène est en effet susceptible de remplacer à terme les carburants pétroliers utilisés dans les transports (pour les trains, bateaux, voitures, poids lourds…) ou encore de se substituer au gaz naturel brûlé dans les chaudières ou les centrales électriques, sans émettre de gaz à effet de serre ».

Il faut également souligner que pour RTE, la plus-value de l’hydrogène dans le mix énergétique français repose sur une production émettant le moins de gaz à effet de serre possible. Autrement dit, il est important de se tourner vers des moyens de production écologiques.

Le gestionnaire du réseau de transport français estime d’ailleurs que le développement d’hydrogène par électrolyse permettrait de réduire les émissions de CO2 françaises de 5millions de tonnes par an (dans l’hypothèse où 615 TWh serait produit à partir d’EnR en 2035).

Justement, où en est-on du développement du power to gas en France ?

Cela fait plusieurs années que les grands acteurs de l’énergie s’intéressent au power-to-gas. Certains ont déjà lancé des projets à échelles locales pour expérimenter et démontrer les possibilités du power-to-gas. Il existe une quinzaine de projets en France.

Nous pouvons évoquer le premier démonstrateur français dont le projet a été lancé dès 2014. Il s’agit du projet GRHYD. Ce démonstrateur est piloté par Engie en partenariat avec GRDF, le CEA, Areva H2Gen, et l’Ademe.

Il a pour objectif d’évaluer les pertinences techniques et économiques d’une nouvelle offre basée sur le power-to-gas à destination de l’habitat. Concrètement, le démonstrateur GRHYD utilise l’électricité venant d’éoliennes voisines.

Il alimente une centaine de logements en hydrogène décarboné dans la région de Dunkerque. Cet hydrogène est mélangé au gaz naturel, sans dépasser 20% du volume total de gaz distribué. Il est utilisé pour le chauffage, l’eau chaude, et la cuisson.

Depuis qu’il a été inauguré en juin 2018, le démonstrateur GRHYD a injecté différentes proportions d’hydrogène dans le réseau. Les impacts techniques et économiques liés aux différents niveaux d’injection d’hydrogène sont ainsi évalués pour optimiser un éventuel déploiement national du power-to-gas.

Toujours au chapitre des démonstrateurs nous pouvons évoquer un autre projet, développé par GRTgaz, à savoir Jupiter 1000. Ce démonstrateur industriel implanté dans les Bouches-du-Rhône répond lui aussi au besoin de mieux connaître les possibilités techniques et économiques du power-to-gas.

Le projet a été initié en 2016 avec un tour de table composé de RTE, du CEA, de McPhy, Khimod et Leroux & Lotz. Ce projet est doté d’un budget de 30 millions d’euros, deux fois celui du GRHYD. Il est prévu pour délivrer une quantité de 5 millions de KWh d’énergie sur 3 ans.

Y a-t-il d’autres pays où le power-to-gas se développe ?

Nos voisins européens (Royaume-Uni, Danemark, Suisse) ont pour la plupart lancé des projets de démonstrateurs Power-to-gas.

Mais le pays qui est le plus avancé dans le domaine est l’Allemagne avec de nombreux projets de grande envergure. On peut citer le projet Energiepark Mainz, le plus grand démonstrateur du monde avec sa puissance de 6MW. Ou encore le projet WindGas Falkenhagen et sa puissance de 2MW actif depuis 2013.

Dans le reste du monde, quelques projets moins imposants existent en Amérique du Nord et au Japon. Nous sommes donc en France dans la tendance générale, c’est-à-dire en phase de déploiement de projets préindustriels. Aucun pays n’a, à ma connaissance, atteint un niveau industriel de production Power-to-gas.

Quelles sont les perspectives de développement du power-to-gas ?

La loi française prévoit une augmentation significative de la production d’énergies renouvelables dans les prochaines années. Le power-to-gas représente une bonne opportunité pour compléter la chaine de valeur des Enr. Il permet de stocker le surplus d’énergie produite par les Enr, dont la production d’électricité est irrégulière. Il permet aussi de produire du gaz décarboné.

C’est pourquoi, le power-to-gas est, sur le papier, une solution d’avenir amenée à se développer. D’après une étude réalisée pour l’ADEME, GRDF, et GRTgaz, en 2050 le power-to-gas permettrait de produire entre 20 et 30 TWh/an de gaz décarboné.

Mais le power-to-gas doit s’inscrire dans une offre commerciale viable pour les producteurs. Un frein à son développement est le coût du gaz produit. Selon cette même étude, en 2030, il s’élèvera au double du coût du gaz naturel fossile. Ceci s’expliquant par les budgets des infrastructures qui sont aujourd’hui très élevés.

Le développement à grande échelle du power-to-gas devrait permettre de faire baisser les coûts, de même que favoriser les avancées technologiques. Une augmentation des rendements de conversion de l’énergie en gaz est aussi attendue.

Ainsi, les démonstrateurs dont nous avons parlé doivent permettre de gagner en expérience pour développer la filière en prenant ces aspects en compte.

Pourra-t-on trouver un business model viable dans une logique industrielle ?

Même avec le modèle économique évoqué, il est probable que le Power-to-gas reste en manque de compétitivité par rapport au gaz naturel. Pour se déployer, la filière doit construire son modèle économique. Les Allemands, qui sont en avance sur nous, ont déployé un modèle basé sur la « certification écologique ».

C’est-à-dire que le consommateur peut choisir un approvisionnement en gaz plus cher mais certifié décarboné, ou en partie décarboné.

L’Etat a aussi un rôle à jouer pour favoriser le développement de la filière power-to-gas en mettant en place des aides et incitations. Cependant, l’équation économique vertueuse viendra grâce à l’insertion des externalités positives, en particulier celles générés auprès des acteurs du réseau électrique.

En effet, en absorbant l’excédent d’électricité, le power-to-gas permet permettrait de décharger le réseau du surplus d’électricité qui l’userait inutilement. C’est pour ce service que les gestionnaires de réseaux pourraient potentiellement rémunérer la filière power-to-gas.

Vous évoquiez plusieurs démonstrateurs power-to-gaz en France, ont-ils une actualité particulière ?

Le démonstrateur Jupiter 1000 que j’évoquais tout à l’heure vient de passer une étape importante dans son développement. Le 20 février dernier le démonstrateur a injecté ses premières molécules d’hydrogène dans le réseau GRT Gaz.

Le fonctionnement de l’ensemble de la chaîne de production doit être optimisé dans les prochaines semaines. Ensuite des tests de performances et une optimisation technico-économique seront réalisés. Et dans quelques temps le démonstrateur entrera petit à petit dans un mode de fonctionnement nominal.

 

Clément Le Roy

Senior Manager au sein du cabinet Wavestone, Clément Le Roy est spécialiste du secteur de l'énergie et en particulier des Smart grids.