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Faire du stockage de l’hydrogène la base du bouquet énergétique de demain

L'hydrogène jouera certainement un rôle important dans la réalisation des objectifs mondiaux de réduction des émissions de CO2.
09/11/2023
Hydrogène

L’hydrogène jouera certainement un rôle important dans la réalisation des objectifs mondiaux de réduction des émissions de CO2. Plus de 50 pays ont déjà adopté des politiques visant à promouvoir le développement de l’hydrogène. L’initiative REPowerEU de l’Union européenne vise à produire 10 millions de tonnes d’hydrogène vert d’ici 2030 (et à importer 10 millions de tonnes supplémentaires de l’étranger). Aux États-Unis, la loi sur la réduction de l’inflation (Inflation Reduction Act) finance une demi-douzaine de nouveaux hubs d’hydrogène et vise une réduction d’environ 40 % des émissions de carbone d’ici à 2030. Le message adressé aux entreprises du secteur de l’énergie, aux fabricants d’équipements et aux consommateurs est clair : l’hydrogène arrive.

 


Les gouvernements ont des motivations importantes pour encourager et soutenir le développement de l’hydrogène en tant que source d’énergie. Pour les industries lourdes telles que la pétrochimie et la sidérurgie, l’hydrogène à faible teneur en carbone peut se substituer directement aux matières premières d’origine fossile (en commençant par l’utilisation préexistante d’« hydrogène gris »). Dans le secteur des transports, l’hydrogène peut être utilisé pour produire des e-carburants, qui peuvent alimenter durablement les navires et les avions, ou directement sous forme de dihydrogène. L’hydrogène est également précieux en tant que vecteur énergétique et source d’énergie intermittente : contrairement à l’énergie éolienne ou solaire, l’hydrogène peut être produit, stocké et livré à tout moment.

Toutefois, l’adaptation des systèmes énergétiques et industriels à l’hydrogène ne se fera pas du jour au lendemain. Les pays devront d’abord mettre en place une chaîne d’approvisionnement en hydrogène fiable et de haute qualité, soutenue par un appui politique, des investissements à long terme et des réglementations. C’est particulièrement vrai pour le stockage de l’hydrogène, une étape de la chaîne de valeur de l’hydrogène qui est cruciale pour équilibrer l’offre et la demande d’hydrogène.

 

Les couleurs de l’hydrogène

En fonction de sa méthode de production, l’hydrogène reçoit différentes désignations. Parmi les plus courantes, citons :

  • L’hydrogène gris, fabriqué à partir de gaz naturel ou de méthane, et soumis à un reformage du méthane à la vapeur, mais dont les émissions de gaz à effet de serre ne sont pas captées.
  • L’hydrogène bleu, également fabriqué à partir de gaz naturel ou de méthane, et soumis à un reformage du méthane à la vapeur ; ce qui distingue l’hydrogène bleu du gris, c’est que les émissions de dioxyde de carbone produites seront captées à l’aide de de technologies de captation du carbone.
  • L’hydrogène vert, fabriqué à partir d’énergies renouvelables, telles que l’énergie éolienne ou solaire, et alimentant le processus d’électrolyse de l’eau, qui ne crée pas d’émissions.

L’objectif final est de réduire les émissions de CO2 tout au long de la chaîne de valeur. L’intensité en carbone de la production et de l’utilisation de l’hydrogène devrait être le critère le plus pertinent, et notre ambition est de développer un hydrogène à faible teneur en carbone.


La chaîne de valeur de l’hydrogène

La production d’hydrogène commence par l’extraction du gaz naturel pour l’hydrogène gris et bleu, et par la production d’énergie éolienne ou solaire pour l’hydrogène vert. Après reformage du méthane à la vapeur ou électrolyse, l’hydrogène obtenu peut être transporté pour être utilisé directement dans les installations industrielles et les stations de ravitaillement en hydrogène. L’hydrogène peut également être stocké, soit dans des conteneurs, soit dans des zones de stockage naturelles, telles que les cavités salines souterraines.


Ces deux options de stockage seront essentielles pour accroître la disponibilité de l’hydrogène. Les cavités salines souterraines peuvent contenir des milliers de tonnes d’hydrogène, ce qui les rend idéales pour des projets à grande échelle, interconnectées avec un réseau de gazoducs et permettant, par exemple, un équilibrage saisonnier. Lorsque les pipelines et les infrastructures de stockage souterrain ne sont pas disponibles, la sécurité de l’approvisionnement et l’optimisation de la production reposeront sur le stockage distribué. Ce stockage doit être situé à proximité des sites de production ou des installations d’utilisation finale, et devrait pouvoir traiter jusqu’à quelques dizaines de tonnes d’hydrogène.

Relever les défis de la chaîne d'approvisionnement en hydrogène

En ce qui concerne la chaîne d’approvisionnement en hydrogène, les entreprises et les gouvernements ont tendance à se concentrer sur la production et l’utilisation, considérant le stockage et le transport comme secondaires. Cependant, il est impossible de mettre en place une chaîne d’approvisionnement en hydrogène sûre, efficace et optimisée en termes de coûts sans franchir ces deux étapes. Le premier défi de la chaîne de valeur de l’hydrogène est donc celui de la simultanéité : il s’agit de mettre en place toutes les étapes en même temps.

Le stockage de l’hydrogène peut créer de la valeur aux différents stades de la chaîne de valeur :

  • La production d’hydrogène par électrolyse est confrontée à des problèmes de variabilité de la disponibilité et du prix de l’électricité, car la production d’hydrogène dépend souvent de sources d’énergie intermittentes. Les producteurs peuvent utiliser le stockage de l’hydrogène pour optimiser la combinaison d’électricité qu’ils utilisent et améliorer la compétitivité de la production d’hydrogène. Sinon, ils peuvent simplement utiliser le stockage pour offrir une production stable, quelle que soit l’intermittence de la source d’énergie.
  • Les étapes intermédiaires de la chaîne de l’hydrogène concernent le transport et la distribution. Dans de nombreuses circonstances, il peut s’agir d’un besoin de stockage. Cela peut être le cas, par exemple, dans les stations de ravitaillement en hydrogène (HRS), où un stockage tampon d’hydrogène à haute pression est nécessaire pour garantir le ravitaillement de plusieurs véhicules consécutivement à tout moment. Il en va de même pour les remorques de remplissage qui transportent l’hydrogène du producteur au consommateur.
  • En aval, les défis liés à l’hydrogène concernent la cohérence de l’approvisionnement. Les utilisateurs finaux dans des secteurs tels que le transport maritime et la sidérurgie ont besoin d’un degré élevé de continuité et de l’assurance que l’hydrogène sera disponible en permanence. Un stockage tampon assure cette cohérence et peut accompagner les phases de montée et de descente en puissance du régime de production, en cas d’événements inattendus.

Bien entendu, la sécurité est une condition préalable et non négociable dès lors qu’il s’agit de stockage, car l’hydrogène est explosif, corrosif et inflammable.

Des tubes sûrs et éprouvés pour l'infrastructure de l'hydrogène

Si l’hydrogène constitue un moyen efficace d’accélérer la transition énergétique et de décarboner les industries à forte intensité de carbone, il doit être développé de la bonne manière. La sécurité est une priorité absolue. Pour Vallourec, cela signifie qu’il faut relever des défis tels que la fragilisation de l’acier et les fuites dès la phase de recherche et développement.

La fragilisation de l’acier est un phénomène par lequel l’hydrogène dégrade l’acier, créant des fissures dans les matériaux. Pour y remédier, les experts de Vallourec s’appuient sur leur maîtrise des défis de la corrosion pour sélectionner et valider les meilleurs matériaux pour les applications de l’hydrogène. De nombreux tests ont confirmé les performances supérieures des gammes d’acier de Vallourec pour les applications liées à l’hydrogène.

Pour contrôler les fuites, Vallourec a développé des protocoles exigeants qui permettent de tester l’étanchéité des connexions des unités verticales de stockage d’hydrogène. Ses tests intègrent les retours des clients et visent à reproduire les environnements dans lesquels les solutions seront réellement utilisées, tels que les cavités salines. Vallourec a développé un plan de R&D spécifique pour évaluer la performance des matériaux. Plus précisément, les connexions premium VAM® 21 ont démontré une excellente étanchéité, sans fuite d’hydrogène significative ou mesurable.

Vallourec est bien équipé pour accompagner les projets d’infrastructure hydrogène de ses clients, avec des tubes et des connexions destinés au stockage souterrain en cavités salines, au stockage au sol en bouteilles haute pression et au transport par pipeline de l’hydrogène. Testés en R&D sur notre site d’Aulnoye, dans le nord de la France, nos tubes et connexions ont également fait leurs preuves sur le terrain. Les produits Vallourec sont déjà utilisés par Storengy, Gasunie, Uniper et EWE dans plusieurs projets hydrogène à travers l’Europe.

Le stockage vertical : une solution innovante pour révolutionner le stockage de l'hydrogène

La sécurité doit sous-tendre l’ensemble de la chaîne de valeur, ainsi que chaque étape du développement des unités de stockage vertical. Par conséquent, la phase d’autorisation d’un projet hydrogène peut poser des difficultés. Toutes les installations proposées, par exemple, doivent être mutuellement compatibles. Cela signifie qu’elles doivent être compatibles entre elles, ainsi qu’avec leurs environnements voisins, même lorsqu’elles sont confrontées à diverses contraintes (telles que le manque d’espace disponible).

Pour répondre à ces défis, Vallourec met sur le marché une solution innovante, où l’hydrogène est stocké dans des unités verticales. Cela permet d’obtenir un profil de sécurité supérieur, de minimiser l’encombrement au sol et d’accélérer l’obtention des autorisations et l’intégration dans les projets industriels.

Cette solution souterraine repose sur des tubes étanches à l’hydrogène, utilisant des tubes et des connexions Vallourec adaptés à l’hydrogène, qui sont installés dans un puits excavé. (Il s’agit d’un projet de génie civil conventionnel et bien maîtrisé, similaire aux travaux de fondation, aux installations de puits de ventilation, etc.)


Les principaux avantages de la solution pour les clients de Vallourec sont les suivants :

  • Profil de sécurité élevé, grâce à des composants éprouvés (matériaux et connexions), à une architecture souterraine verticale (minimisant les risques) et à un programme de qualification rigoureux visant à améliorer encore la solution.
  • Il est plus facile d’obtenir des autorisations, grâce à une surface d’implantation minimale et à des performances en matière de sécurité qui permettent d’atténuer les risques, de respecter les distances de recul et de réduire les effets domino potentiels sur les autres installations.
  • La rentabilité, grâce à l’optimisation de la taille des cuves de stockage et au soutien des services de Vallourec tout au long du cycle de vie.
  • Modularité et flexibilité : la taille de l’unité peut être déterminée par l’utilisateur final, ce qui garantit la disponibilité de l’hydrogène à l’échelle requise.
  • Faible empreinte CO2, bénéficiant des meilleures références de Vallourec.


S’appuyant sur l’expertise et l’expérience du Groupe dans le développement de solutions sûres et fiables pour l’hydrogène, Vallourec a déposé quatre brevets pour des unités verticales de stockage d’hydrogène. La technologie a déjà atteint une solide maturité car elle repose sur des composants existants. Néanmoins, Vallourec met en œuvre un programme complet de qualification de la technologie, avec le soutien et l’évaluation de l’expert tiers DNV, afin de fournir des preuves solides de la sécurité et de la fiabilité du système. Dans le cadre de ce programme, une démonstration de faisabilité (POC) est en cours de réalisation dans les locaux de Vallourec à Aulnoye, afin de soutenir le plan de test et d’expérimenter la solution.


Tout en poursuivant notre développement dans des zones géographiques à forte valeur ajoutée, comme l’Europe et les États-Unis, notre ambition pour le stockage de l’hydrogène est mondiale. Notre objectif est de développer et de vendre des solutions complètes pour le stockage de l’hydrogène, accompagnées d’une offre de services à long terme.

Une expertise historique pour un nouveau marché

Vallourec a une longue histoire d’excellence dans le développement de tubes en acier sans soudure pour une large gamme d’applications industrielles et pour le secteur du pétrole et du gaz. Depuis des décennies, Vallourec fournit des solutions pour les puits souterrains et les cavités, ce qui lui a permis d’acquérir une connaissance approfondie des questions de sécurité et des méthodes de travail en milieu hostile. Le Groupe s’appuie sur une vaste expertise dans le domaine de la science des matériaux, y compris la métallurgie, la corrosion et les raccords mécaniques, ce qui lui permet d’apporter l’excellence et une expérience éprouvée à chaque projet.  

 

 

Alors que la transition énergétique s'accélère, Vallourec engage son expertise dans des solutions plus durables, comme l'hydrogène, la captation et le stockage du carbone ou la géothermie. Pour renforcer cet engagement, le Groupe a dévoilé Vallourec® New Energies, une nouvelle perspective stratégique et une feuille de route pour mieux soutenir la collaboration dans tous les projets d'énergie renouvelable.

Depuis ses premiers pas dans le secteur en 2019, le Groupe est resté à la pointe du développement de l'hydrogène. Vallourec considère le marché de l'hydrogène comme un moteur dynamique d'avancées technologiques et de partenariats industriels renouvelés.

Chez Vallourec, nous avons l'intention de continuer à développer des technologies pour le stockage de l'hydrogène, contribuant ainsi à donner vie à la chaîne d'approvisionnement en hydrogène. En appliquant nos techniques innovantes de recherche et de développement, nous avons pu mettre au point des solutions sûres, éprouvées et peu invasives. Nous créons des possibilités de stockage de l'hydrogène là où il n'y en avait pas, en surmontant les défis qui se posent à tous les projets liés à l'hydrogène.

Vincent Designolle
Directeur du pôle hydrogène de Vallourec® New Energies

Innover aujourd'hui pour l'avenir de l'hydrogène

C’est un bon début, mais pour profiter pleinement des avantages de la production d’hydrogène, il faut trouver des solutions de stockage innovantes. Les unités de stockage vertical ont un rôle à jouer dans les applications à grande et à petite échelle, offrant une solution polyvalente aux producteurs d’hydrogène et aux utilisateurs finaux. Leader des solutions tubulaires pour le transport et le stockage de l’hydrogène, Vallourec accompagne ses clients avec des technologies de pointe et fiables, comme ses unités de stockage verticales innovantes, qui rendent possible le stockage de l’hydrogène à grande échelle !