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  • Photo du rédacteurNathalie Popiolek

Choix de la meilleure technologie pour le transport maritime d’hydrogène: cas Australie-Japon à l’horizon 2050

C'est le titre de l'article cosigné Guillaume BOISSONNET (CEA/I-Tésé) et Nathalie POPIOLEK (Adæquate Consulting) paru en juillet 2024 dans le N° 672 de la Revue de l'énergie.


Mots clefs: Analyse multicritère, processus décision, aide à l’évaluation, hydrogène, chaîne logistique, transport maritime, Japon, Australie, prospective, R&D



Il marque l'aboutissement d'une collaboration de deux ans entre Adæquate Consulting et le CEA/I-Tésé pour appliquer la méthodologie d'aide multicritère à la décision aux choix de chaînes logistiques de transport maritime d'hydrogène "vert" entre l'Australie et le Japon (voir figure).


Figure 1. Ensemble des étapes d’une chaîne de transport d’hydrogène


En fonction de la maturité des chaînes retenues, le déploiement des technologies s'étale jusqu'à 2050, le Japon s'étant engagé dans une stratégie ambitieuse de neutralité carbone à cet horizon (Green Growth Strategy acté fin 2020). L'hydrogène "vert" australien est destiné à décarboner les centrales électriques fossiles japonaises, la production d’électricité représentant actuellement près de 50% des émissions de dioxyde de carbone de la péninsule.


Du côté australien, le commerce d’hydrogène décarboné — i.e. produit à partir des Énergies renouvelables (EnR) ou de ressources fossiles avec Carbon capture, use and storage — est envisagé à moyen terme pour prendre le relais des exportations de charbon et de Gaz natutel liquéfié (GNL). Car il faut avoir en tête que l'Australie est le premier exportateur mondial de GNL (80 millions de tonnes), presque exclusivement vers les marchés d’Asie, le Japon figurant en tête des partenaires avec 31 millions de tonnes, soit près de 40 % du GNL exporté. Cette reconversion aiderait l'Australie à se positionner sur une trajectoire compatible avec l’Accord de Paris, ce qu'elle a acté avec le Climate Change Act 2022, d'autant que le potentiel géographique du pays est tout à fait compatible avec une forte production d'EnR.


Nous avons exploré un tel scénario dans le projet sans toutefois préjuger de sa réalisation dans le futur, étant entendu que les EnR pourraient servir uniquement à verdir le mix électrique australien, sans être associées à la production d’hydrogène.


Quoi qu'il en soit, nous nous sommes penchés sur les grandes familles de technologies permettant de transporter sur longue distance, et de stocker l’hydrogène:

  • le gaz ammoniacal (NH3) sous pression atmosphérique et jusqu’à 8 bars;

  • le liquide H2 (LH2) à très basse température nécessitant le déploiement de bateaux cryogéniques pour son transport maritime;

  • la technologie Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC) qui consiste à fixer de l’hydrogène au moyen de liquides organiques.


Malgré l’incertitude qui pèse sur les stratégies de décarbonation de l'Australie et du Japon, sur leurs économies, ainsi que sur leur contexte géopolitique, notre problématique était de comparer les chaînes en nous plaçant dans le cadre d’un unique scénario de contexte fixant plusieurs facteurs structurants, tels que la taille du marché de l’électricité au Japon, le prix des énergies fossiles, la capacité de produc￾tion d’EnR en Australie, les normes réglementaires concernant le transport maritime de substances dangereuses, etc.


En revanche, nous avons fait varier les poids que l'industriel, qui doit investir dans la R&D et par la suite dans le déploiement des chaînes, accordait aux différents critères mis en avant pour sélectionner les chaînes.


Nous avons en effet construit une famille de dix-huit critères en interrogeant l'industriel sur les priorités — maîtriser le risque R&D, rendre la filière compétitive et attrayante pour les industriels japonais, maîtriser la sûreté du transport maritime, limiter l’impact global sur la santé et l’environnement — et définissant des indicateurs permettant de vérifier l'atteinte des objectifs visés.


Or la pondération des objectifs (et des critères associés) figure parmi les étapes les plus importantes d’une analyse multicritère car elle impacte fortement le classement final. Pour cela, nous avons organisé un jeu de rôle avec quatre représentants du décideur industriel, chacun étant invité à pondérer les critères selon sa vision de la transition. Nous avons ainsi mis en évidence quatre scénarios traduisant quatre profils de décision contrastés.


  1. Tendanciel pour le profil d'un Ingénieur-chercheur du département R&D;

  2. Américain pour celui d'un Ingénieur-économiste ou financier;

  3. Sécurité pour l'Ingénieur opérationnel d'une unité de déploiement technique;

  4. Environnement pour un acteur particulièrement sensible à la sécurité et à l’environnement.


L'exercice a permis de mettre en avant les avantages et les inconvénients des technologies NH3, LH2 et LOCH pour transporter l’hydrogène en mer depuis les ports australiens et l’utiliser dans la production d’électricité au Japon.



Chaînes NH3

Malgré sa maturité technologique et sa relative compétitivité, la technologie NH3 est pénalisée dans la plupart des scénarios par son mauvais score vis-à-vis de la sûreté. Cela est dû au risque chimique associé à la molécule d’ammoniac obligeant la mise en place de protocoles spécifiques et contraignants pour son transport et son stockage massifs.


Chaînes LOHC

Les chaînes qui reposent sur la technologie LOHC — dont la molécule est très peu nocive —

prennent l’avantage si la sûreté est mise en avant. Cependant, elles sont pénalisées par la consommation énergétique liée à la récupération de l’hydrogène, nécessitant la mobilisation d’une source extérieure de chaleur. Cette contrainte rend l’industrialisation du procédé délicate et la compétitivité relativement faible d’autant que le score environnemental n’est pas très élevé.


Chaînes LH2

Contrairement aux deux familles NH3 et LOHC qui obtiennent des scores contrastés d’un scénario à l’autre, les chaînes LH2 — qui présentent également un faible risque chimique et un bon score environnemental — obtiennent un score stable quelle que soit la pondération des critères. Cependant, la taille importante des réservoirs à très basse température reste encore un défi technique tant pour le stockage que pour le transport. À cela s’ajoute la gestion de l’évaporation du gaz sur une longue distance de transport.


En conclusion

L’objet de ce travail, rappelons le, n’était pas de juger de la pertinence de la stratégie visant à utiliser l’hydrogène "vert" australien dans les centrales électriques japonaises, mais d’éclairer un industriel dans les choix technologiques qu’il aurait à faire pour s’y préparer.


La comparaison multicritère des chaînes logistiques pour un déploiment à l’horizon 2050 s’est avérée être un exercice difficile car il a exigé de juxtaposer deux objectifs à échéances différentes:


  • d’une part, l’estimation à long terme du service rendu par les chaînes logistiques;

  • et d’autre part, l’orientation dès aujourd’hui de la R&D visant à aider les plus prometteuses d’entre elles à se développer.


Nous avons pu confirmer l’importance du facteur humain (valeurs portées, vision du futur, aversion au risque notamment) dans le classement final des chaînes. Le processus d'aide à ladécision demande du temps d’échange, de l’acculturation et la mobilisation de toutes les parties prenantes. Et pour des décisions aussi complexes, le chemin parcouru avec les acteurs est riche d'enseignements et sans doute plus intéressant que les classements obtenus.


Ce projet a ouvert la voie à une meilleure compréhension de la pluralité des choix. Expérience à renouveler!

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