Mémento de l`Hydrogène FICHE 1.3

Mémento de l’Hydrogène
FICHE 1.3
PRODUCTION ET CONSOMMATION D’HYDROGENE AUJOURD’HUI
Sommaire
1 – Les principaux usages chimiques et pétroliers de l’hydrogène aujourd’hui
2 – L’hydrogène en Europe
3 - L’hydrogène dans le monde
4 - L’hydrogène et la demande mondiale d’énergie
Si l’utilisation massive de l’hydrogène comme vecteur énergétique se limite aujourd’hui au domaine spatial, sa
production et sa consommation dans l’industrie représentent, de longue date, des quantités notables, tout
particulièrement dans les industries chimiques et pétrochimiques et dans le raffinage des hydrocarbures.
1/ Les principaux usages chimiques et pétroliers de l’hydrogène aujourd’hui
a.
L’hydrogène dans l’industrie chimique
L’hydrogène est une des matières de base des industries chimique et pétrochimique. Il est :
- soit fabriqué spécifiquement dans des unités dédiées à sa production (vaporeformage du méthane, électrolyse
de l’eau, …)
- soit co-produit dans des fabrications d’autres produits chimiques, tels que l’éthylène ou le chlore.
Sa valorisation en tant que matière première étant très supérieure à sa valeur calorifique, les disponibilités
d’hydrogène sont généralement regroupées sur chaque site dans un « réseau hydrogène » et redistribuées dans les
diverses unités de fabrications du site consommatrices d’hydrogène.
Dans les zones géographiques où l’industrie chimique est fortement implantée (Benelux, Texas …), ces « réseaux
hydrogène » de sites sont eux-mêmes interconnectés par des réseaux de « pipelines » (cf. Fiche 4.1 – Les réseaux
de pipelines à hydrogène dans le monde) reliant entre eux les sites producteurs et consommateurs d’hydrogène.
Ammoniac
Le produit chimique dominant sur le plan de la consommation d’hydrogène est l’ammoniac NH3, matière
première de base dans l’industrie des engrais.
Ensemble des autres produits chimiques
La quantité d’hydrogène utilisée aujourd’hui pour la fabrication de produits chimiques tels que les amines, le
méthanol, l’eau oxygénée, etc… est très inférieure à celle nécessitée par la fabrication d’ammoniac.
b.
L’hydrogène dans l’industrie pétrolière
Les raffineries s’efforcent de produire à partir de pétroles bruts variés le maximum de produits commercialisables
(essence, diesel, kérosène, naphta, …) qui doivent répondre à des normes précises. Dans le schéma de raffinage,
un certain nombre d’unités de traitement sous-produisent de l’hydrogène (cracking thermique ou catalytique,
reformeur catalytique…) alors que d’autres en sont consommatrices (hydrocracking, hydrotraitement,
désulfuration…).
Fiche 1.3 – Révision : février 2008
Source : AFH2 – L. Debiais
La tendance vers des spécifications de plus en plus sévères pour les carburants et les produits pétroliers fait croître
la demande en hydrogène et conduit à des bilans globaux déficitaires en hydrogène. C’est pourquoi la plupart des
raffineries sont amenées à produire dans des unités de « vaporeformage », l’hydrogène complémentaire dont elles
ont besoin.
C’est ainsi qu’en Europe et dans le monde les besoins de l’industrie pétrolière pour le raffinage sont devenus au
cours de ces dernières années la plus importante source de consommation d’hydrogène.
2/ L’hydrogène en Europe
Tableau 1
Répartition en Europe de la consommation d’hydrogène dans l’industrie chimique et le raffinage
Consommation
(milliards de Nm3/an)
Consommation
(millions de tonnes /an)
%
Production d’ammoniac
36
3,2
39
Autres produits chimiques
13
1,15
14
Raffinage
44
3,9
47
93
8,25
100
Total
Source : Alphéa Hydrogène 2007
3/ L’hydrogène dans le monde
Tableau 2
Répartition mondiale de la consommation d’hydrogène dans l’industrie chimique et le raffinage
Secteur industriel
Consommation
(milliards de Nm3/an)
Consommation
(millions de tonnes / an)
%
Production d’ammoniac
212
19
34
Autres produits chimiques
98
8,8
15 (dont 1%
pour
l’espace)
Raffinage
320
28,8
51
630
56,7
100
Total
4/ L’hydrogène et la demande mondiale d’énergie
c.
La demande mondiale d’énergie
En 2005, la demande mondiale en énergie primaire exprimée en tonnes d’équivalent pétrole (tep) a été, selon le
World Energy Outlook 2007, de l’ordre de :
11,4 milliards de tep ou 470 EJ (exajoules)1
1
1 exajoule (EJ) = 1018 joules
Fiche 1.3 – Révision : février 2008
Source : AFH2 – L. Debiais
Poussée par l’augmentation de la consommation dans les pays en voie de développement, elle croit à un rythme
voisin de 1,7 % /an, ce qui pourrait conduire à son doublement à l’horizon 2050. Le détail par source d’énergie
primaire pour l’année 2005 (World Energy Outlook 2007) est donné dans le tableau 3 ci-dessous :
Tableau 3
Origine des consommations d’énergie
primaire en 2005 (en millions de Tep)
Mtep
%
Pétrole
4 000
35
Charbon
2 900
25
Gaz naturel
2 350
21
Nucléaire
720
6
Hydraulique
250
2
Renouvelables
1 200
11
Consommation totale
11 420
100
Mais pour des raisons liées tout d’abord à la réduction des émissions de CO2 afin de limiter l’ampleur des
changements climatiques, puis à l’épuisement progressif des réserves de combustibles fossiles et en particulier du
pétrole, cette répartition va évoluer profondément au cours des prochaines décennies.
d.
L’hydrogène aujourd’hui et les besoins mondiaux en énergie primaire
On l’a vu, les 630 milliards de Nm3 (8,2 EJ) d’hydrogène produits aujourd’hui ne contribuent quasiment pas à la
consommation d’énergie primaire et à l’exception des besoins pour l’espace, ils sont employés pour des
utilisations essentiellement chimiques. Toutefois, s’ils étaient employés à satisfaire des besoins énergétiques, on
constate qu’ils ne représenteraient que 1,7 % de la consommation mondiale d’énergie primaire. Ceci met en
perspective le défi quantitatif de la production d’hydrogène en tant que vecteur énergétique.
e.
L’hydrogène demain
Si l’hydrogène-énergie est amené à devenir un vecteur énergétique largement répandu en complément du vecteur
électrique, les besoins en hydrogène augmenteront considérablement. Il faut changer d’ordre de grandeur pour sa
production !
Pour qu’en 2050, l’utilisation du vecteur hydrogène représente une proportion notable de la couverture des
besoins énergétiques de la planète (disons 20%, soit 170 EJ), les capacités actuelles de production d’hydrogène
devraient être multipliées par un facteur de l’ordre de 20, ce qui correspondrait à une production de l’ordre de :
12 600 milliards de Nm3/an
ou
1135 millions de t/an
Ces chiffres sont considérables, ils sont à la mesure de l’appétit énergétique de la planète. Mais, il ne semble pas y
avoir d’obstacle majeur à les atteindre avec les technologies aujourd’hui connues et conduisant à de l’hydrogène
propre c'est-à-dire produit avec des émissions très réduites de CO2.
Et, bien entendu, certaines des voies nouvelles, faisant aujourd’hui l’objet de recherches, complèteront en 2050 la
panoplie des procédés de production d’hydrogène – énergie propre.
Fiche 1.3 – Révision : février 2008
Source : AFH2 – L. Debiais