Hydrogène « en or » : le prochain carburant propre ?

L’administration Biden et plusieurs entreprises envisagent une nouvelle façon de produire de l’hydrogène : le forage souterrain.

L’hydrogène « or » a reçu un coup de pouce en septembre de la part de l’Agence des projets de recherche avancée-Énergie du ministère de l’Énergie, qui a annoncé une opportunité de financement de 20 millions de dollars. L’agence sélectionne actuellement des projets. L’US Geological Survey et la Colorado School of Mines ont lancé le même mois un consortium de recherche sur l’or et l’hydrogène qui comprend Chevron et BP.

De nombreuses startups, quant à elles, avancent cette année sur des projets. La société australienne HyTerra prévoit bientôt de forer elle-même de l’hydrogène dans un puits du Kansas. Koloma, qui a pour la première fois évoqué publiquement ses activités l’été dernier et qui est soutenu par Breakthrough Energy de Bill Gates, recherche activement des endroits aux Etats-Unis pour forer de l’or et de l’hydrogène.

Bien que la technologie en soit encore à ses débuts, les experts affirment qu’elle pourrait être importante car elle offre potentiellement une quantité abondante de carburant propre et bon marché pour aider à atteindre les objectifs climatiques du président Joe Biden.

« Le potentiel est énorme », a déclaré Geoffrey Ellis, géologue chercheur à l’USGS.

L’hydrogène doré envisage d’extraire le carburant via un puits, de la même manière que le gaz naturel et le pétrole sont extraits de la terre. Il existe de nombreuses façons dont l’hydrogène gazeux se forme sous terre, par exemple lorsque des roches riches en fer interagissent avec l’eau. L’hydrogène gazeux peut ensuite s’écouler dans des réservoirs souterrains, où il peut être extrait.

Selon Ellis, la quantité « la plus probable » d’or et d’hydrogène dans le monde est de 5 millions de mégatonnes. Si seulement 2 % pouvaient être extraits, le forage pourrait alors produire la quantité d’hydrogène nécessaire pour atteindre zéro émission nette pendant 200 ans, a-t-il déclaré.

Même si la majeure partie de l’or-hydrogène mondial se trouve trop loin des côtes pour être forée ou en trop petites quantités pour un intérêt commercial, il existe des poches où il pourrait être extrait, selon Ellis.

Son modèle géologique « unique en son genre » vise à aider à trouver des emplacements américains disposant de réserves d’hydrogène exploitables.

Le modèle identifie les zones qui contiennent les ingrédients de l’hydrogène aurifère, comme des roches abondantes riches en fer et du grès poreux qui pourraient servir de réservoirs. Jusqu’à présent, des parties des Grandes Plaines et du Haut-Midwest, connues sous le nom de Rift médio-continental, ont été identifiées comme des emplacements potentiels privilégiés pour l’extraction de l’or et de l’hydrogène.

Le modèle ne peut toutefois pas indiquer aux entreprises où forer exactement, car il cartographie des zones de 50 kilomètres.

« À une résolution (de 50 kilomètres), cela ne vous dit pas vraiment où localiser un site de forage », a-t-il déclaré.

Quoi qu’il en soit, les startups vont de l’avant dans leurs efforts de forage d’hydrogène.

HyTerra s’associe également à Natural Hydrogen Energy, basée à Denver, sur un site du Nebraska, Project Geneva, qui, selon les sociétés, est le premier puits sauvage au monde dédié à l’hydrogène doré. Sur le site du Kansas, HyTerra a annoncé en décembre avoir terminé une évaluation de la quantité de ressources souterraines en hydrogène et en hélium. La société pourrait commencer à forer cette année.

Une autre société basée à Denver, Koloma, explore des endroits aux États-Unis où elle pourrait forer de l’hydrogène. La société soutenue par Breakthrough Energy a annoncé en juillet avoir levé 91 millions de dollars.

« L’hydrogène (or) peut être produit à 100 % au niveau national en utilisant le talent, le savoir-faire et les équipements américains, ce qui en fait un pilier clé de l’indépendance énergétique nationale », a déclaré Paul Harraka, directeur commercial de Koloma, dans une déclaration à E&E News.

Koloma n’a pas encore indiqué où exactement elle forait de l’or et de l’hydrogène ni élaboré des plans de commercialisation.

À ce jour, le village de Bourakébougou au Mali possède le seul puits au monde qui extrait l’hydrogène du sous-sol et l’utilise comme carburant.

Le puits produit environ 3 barils d’équivalent pétrole, soit environ un dixième de la production d’une petite éolienne, selon Arnout Everts, géoscientifique et consultant indépendant en énergie pour AEGeo. C’est assez d’énergie pour fournir de l’électricité au petit village, mais pas assez pour être commercialisée.

Everts a écrit dans un e-mail à E&E News qu’il n’est « pas possible » d’augmenter la quantité d’hydrogène qui s’accumule dans le puits du Mali en raison de la basse pression.

« La seule façon d’augmenter la production jusqu’à des niveaux de prélèvement similaires à ceux de l’exploitation du gaz naturel serait de forer des centaines, voire des milliers de puits », a-t-il écrit.

Le coût de l’hydrogène doré

Malgré les défis existants, de nombreuses sociétés d’hydrogène aurifère affirment qu’elles pourraient éventuellement forer du carburant à moindre coût.

Koloma, par exemple, affirme sur son site Internet que l’hydrogène doré pourrait être une solution « peu coûteuse et à faible émission de carbone ». La startup estime que la production d’hydrogène doré pourrait émettre 0,1 kilogramme d’équivalent CO2 par kilogramme d’hydrogène produit, soit moins que la production actuelle d’hydrogène basée sur les combustibles fossiles. La société n’a pas répondu aux questions sur le coût potentiel de l’or-hydrogène.

D’autres startups, comme Cemvita, basée au Texas, affirment que l’hydrogène doré pourrait coûter moins de 1 dollar par kilogramme, soit moins que le coût de l’hydrogène fabriqué à partir de combustibles fossiles ou d’électricité. Une équipe de scientifiques a conclu dans un article de 2018 — dans le Journal international de l’énergie hydrogène sur le puits d’hydrogène du Mali – que l’hydrogène doré pourrait être « 2 à 10 fois » moins cher que les méthodes traditionnelles de production d’hydrogène.

Le DOE estime que l’hydrogène « vert » produit avec de l’électricité issue d’énergies renouvelables coûte environ 5 dollars par kilogramme, tandis que l’hydrogène « bleu » fabriqué à partir de combustibles fossiles et de captage du carbone coûte entre 1,60 et 1,64 dollars en dollars de 2020.

Si les projections de coûts pour la variété aurifère sont exactes, « nous pourrions parler d’hydrogène très économique », a déclaré Martin Tengler, responsable de la recherche sur l’hydrogène chez BloombergNEF. La société de recherche sur les énergies propres n’a pas encore évalué le coût potentiel de l’hydrogène doré.

L’hydrogène doré à faible coût pourrait également être pertinent pour l’administration Biden, qui vise un coût de l’hydrogène propre à 1 dollar par kilogramme d’ici 2031.

Le DOE a renvoyé des questions sur le coût de l’hydrogène doré à l’Advanced Research Projects Agency-Energy, qui a signalé à E&E News une annonce d’opportunité de financement.

L’annonce indique que le soutien de l’ARPA-E aux efforts en faveur de l’hydrogène doré « conduira à la production d’hydrogène au coût le plus bas » de moins de 1 $ par kilogramme d’hydrogène.

Ellis, de l’US Geological Survey, a déclaré que les estimations actuelles du coût de l’or et de l’hydrogène sont « plutôt optimistes », ajoutant qu’il est trop tôt pour déterminer combien il coûtera à l’achat.

Crédit d’impôt

Les estimations de coûts ne tiennent pas compte de l’impact d’un nouveau crédit d’impôt fédéral dans la loi sur la réduction de l’inflation, 45V, pour la production d’hydrogène à faibles émissions. Si l’hydrogène doré s’avère produire de faibles émissions comme le prétendent les startups, il pourrait théoriquement bénéficier de cette incitation.

En décembre, le département du Trésor a publié un projet de directives à l’intention des entreprises souhaitant exploiter le crédit. Les directives 45 V sont actuellement en période de commentaires et devraient être finalisées cette année.

Les règles décrivent deux façons pour les foreurs d’or et d’hydrogène de tirer parti de cette incitation.

Les foreurs d’hydrogène pourraient attendre que le laboratoire national d’Argonne du DOE ajoute le forage d’hydrogène au modèle 45VH2-GREET, que le gouvernement fédéral utilise pour calculer les émissions de projets d’hydrogène spécifiques. Le modèle prend en compte des données telles que le type de carburant utilisé pour produire de l’hydrogène ainsi que les émissions liées à l’utilisation du réseau électrique pour produire de l’hydrogène.

La version actuelle du modèle considère huit méthodes de production d’hydrogène, mais le forage d’hydrogène n’en fait pas partie.

Ellis a déclaré que le DOE a récemment fourni un financement à Argonne pour mettre à jour le modèle 45VH2-GREET pour le forage d’hydrogène. Un porte-parole du laboratoire a refusé de commenter les subventions nécessaires pour mettre à jour son modèle.

Alternativement, les foreurs d’hydrogène pourraient demander au secrétaire au Trésor un taux d’émission provisoire spécial pour bénéficier du crédit d’impôt. Selon les directives fiscales 45V actuelles, une entreprise produisant de l’hydrogène en utilisant une méthode non incluse dans le modèle 45VH2-GREET pourrait recevoir le crédit si elle dépose une telle pétition et reçoit des calculs de faibles émissions pour son projet.

Préoccupations climatiques

Morgan Rote, directeur du climat américain à l’Environmental Defence Fund, a déclaré que le forage d’hydrogène soulève des problèmes environnementaux potentiels, notamment la possibilité que du méthane, un réchauffement de la planète, soit extrait en même temps que l’hydrogène.

« Il est trop tôt pour publier des taux d’émission provisoires pour une voie (or) de l’hydrogène », a déclaré Rote.

Tengler de BloombergNEF a déclaré qu’« il y a des questions autour de la pureté » de l’or et de l’hydrogène, considérant que le gaz naturel pourrait également être extrait pendant le processus d’extraction dans certains cas.

« Est-ce que c’est 20 pour cent d’hydrogène et 80 pour cent de gaz naturel ou autre chose ? » demanda Tengler.

Une étude évaluée par des pairs réalisée par Adam Brandt, professeur de sciences et d’ingénierie énergétiques de l’Université de Stanford, dans Joule cela dit, il s’agit d’une « première évaluation » des émissions d’hydrogène doré qui a révélé que le forage pour le carburant pourrait avoir un niveau d’émissions de 0,37 kilogramme d’équivalent CO2 par kilogramme d’hydrogène produit. Ce serait dans un scénario où 85 pour cent du gaz extrait serait de l’hydrogène et 1,5 pour cent du méthane.

Dans un scénario où 75 % du gaz foré est de l’hydrogène et 22,5 % du méthane, les émissions d’hydrogène doré augmenteraient jusqu’à 1,5 kilogramme d’équivalent CO2 par kilogramme d’hydrogène, selon l’étude.

Le DOE affirme que la manière la plus courante aujourd’hui de produire de l’hydrogène – en utilisant du gaz naturel sans capter les émissions – libère une quantité importante d’émissions, 10 kilogrammes d’équivalent CO2 par kilogramme d’hydrogène.

Même si les estimations de Brandt concernant l’hydrogène doré seraient nettement plus propres que la production d’hydrogène sans captage du carbone, elles donneraient lieu à des crédits d’impôt très différents.

En vertu de la loi sur la réduction de l’inflation, une entreprise d’hydrogène aurifère pourrait bénéficier d’une subvention fiscale 45V maximale de 3 $ par kilogramme si les émissions sont de 0,37 kilogramme d’équivalent CO2 par kilogramme d’hydrogène produit. Mais une incitation plus modeste de 75 cents par kilogramme serait disponible si les émissions augmentaient à 1,5 kilogramme.

Le Joule L’étude indique également que les sources d’énergie pour les équipements de traitement et de compression du gaz sont un facteur clé dans les émissions du forage à l’hydrogène.

Rote a déclaré que le forage d’hydrogène dans certains endroits pourrait également soulever des problèmes de qualité de l’air et susciter des réactions de la part des communautés locales.

Everts d’AEGeo a déclaré que certains projets de forage à l’hydrogène pourraient impliquer la fracturation hydraulique, un processus qui, selon certains, peut provoquer une pollution de l’air et une contamination de l’eau.

D’autres environnementalistes notent que toute fuite d’hydrogène gazeux pendant le processus de forage pourrait réchauffer davantage la planète, car l’hydrogène est un gaz à effet de serre indirect. L’hydrogène gazeux augmente par exemple la durée de vie du méthane dans l’atmosphère.

Néanmoins, Koloma et d’autres sociétés soutiennent que le forage à l’hydrogène peut être respectueux de l’environnement.

« L’hydrogène (or) représente une opportunité extraordinaire de produire de l’hydrogène propre d’une manière qui est non seulement à faible émission de carbone, mais également à faible empreinte terrestre, à faible empreinte hydrique et à faible consommation d’énergie », a déclaré Harraka, directeur commercial de Koloma.