Hydrogène : comment l énergie nucléaire peut servir l ambition française

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Hydrogène : comment l’énergie nucléaire peut servir l’ambition française

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Sfen - Section Technique #15

(Nucléaire et renouvelables pour un système énergétique bas carbone)

4 Mai 2021

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La Sfen : qui sommes-nous ?

Une communauté scientifique et technique

Trois audiences: la communauté nucléaire, les leaders d’opinion, le grand public curieux

www.sfen.org

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Discours E. Macron au Creusot en décembre 2020

06/05/2021 3

« La filière nucléaire est essentielle au développement de l'ambition en matière d'hydrogène qui est portée par le

Gouvernement »

« Aucun pays européen ne peut produire de l'hydrogène avec un mix électrique décarboné comme nous pouvons le faire grâce au

nucléaire »

Hydrogène: l’énergie nucléaire au service de l’ambition française

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Une ambition française, au service de la neutralité carbone (1/2)

• Plan hydrogène du 8 septembre 2020: 7,2 Md d’€ d’euros investis d’ici 2030, dont 2 Md d’€ d’ici 2022 (France Relance)

Fixe trois priorités: 1) décarbonation de l’industrie, 2) développement des mobilités lourdes

3) soutien R&D/compétences

• Ordonnance du 17 février 2021: bases législatives pour l’édification d’une filière hydrogène en France.

Fixe un principe de neutralité technologique en France

(même seuil de CO

₂

par kg d’hydrogène produit)

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06/05/2021 5

Une ambition française, au service de la neutralité carbone (2/2)

Source: infographies AFHYPAC (France Hydrogène) 2020

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Sommaire

Toutes les énergies bas-carbone, dont le nucléaire, seront nécessaires pour que l’hydrogène devienne un vecteur important de decarbonation en Europe

Comment produire de l’hydrogène bas carbone avec du nucléaire?

Trois modes de couplage différents

Pour que l’hydrogène devienne un outil de decarbonation efficace, la réglementation doit s’appuyer sur des methodologies solides en matières environnementale et économique

1.

2.

3.

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1.

06/05/2021

Titre de la présentation 7

Toutes les technologies bas carbone,

dont le nucléaire, seront nécessaires

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Selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE), l’hydrogène doit représenter 13 % de la demande finale d’énergie en 2070

Source: AIE, Energy

technology perspectives

(ETP) 2020

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L’attractivité de l’hydrogène bas carbone/renouvelable varie suivant les regions du monde

06/05/2021 9

« L'objectif d'atteindre zéro- émissions à 2050 est un défi herculéen. Nous n'avons pas le luxe de nous priver de l'une ou l'autre des énergies propres. Pour la France, le nucléaire et les énergies renouvelables sont complémentaires »

Fatih Birol, Directeur de l’Agence Internationale de l’Energie

Source: IEA, McKinsey

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Union européenne : une politique ambitieuse mais restreinte, se concentrant quasi-exclusivement sur l’hydrogène renouvelable (1/2)

« Stratégie hydrogène pour une Europe neutre en carbone » - Juillet 2020

Objectifs :

• D’ici 2024, au moins 6GW

d’électrolyseurs dans l’Union, production de 1MtH

₂

/an

• D’ici 2030, au moins 40GW

d’électrolyseurs, production de

10MtH

₂

/an

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Union européenne : une politique ambitieuse mais restreinte, se

concentrant quasi-exclusivement sur l’hydrogène renouvelable (2/2)

06/05/2021 11

Problème de faisabilité de la production en Europe (calcul Sfen)

Pour atteindre objectif de 10MtH2/an en 2030 uniquement en solaire et éolien,

Puissance éolienne et solaire : 220GW additionnels (une fois et demie le parc actuel)

Besoin d’importations en hydrogène renouvelables :

• Stratégie 2X40 GW: 40GW d’électrolyseurs en Europe + 40 GW importés? (rapport

« Green Hydrogen for a European Green Deal)

• Plan hydrogène Allemand 2020: 2Mds € sur les 9Mds € pour des collaborations

internationales

Risque de voir remplacer une dépendance actuelle aux énergies fossiles par une nouvelle dépendance à l’hydrogène renouvelable importé

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L’importation d’hydrogène impacte sensiblement son coût

Source : FEV 2021

… et son empreinte carbone en attendant des bateaux à zéro émission

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2.

06/05/2021

Comment produire de l’hydrogène bas carbone avec du nucléaire ?

Trois modes de couplage différents

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Le nucléaire, en complément des renouvelables, peut contribuer à la production d’hydrogène bas carbone : 3 modes de couplage différents, avec 3 horizons successifs

1/

+ 2/

+ 3/

Electrolyse BT/HT (lieu de conso) Parc nucléaire

actuel

Nouveaux réacteurs

(génération 3) Electrolyse HT (même site) Electricité +

vapeur

Nouvelles hybridations avec réacteurs du futur (génération 4)

Court terme (aujourd’hui)

Production sur le lieu de consommation avec l’électricité bas carbone de base du réseau (nucléaire et renouvelables) avec électrolyse :

• Basse temperature (BT) mature industriellement (alcaline ou PEM)

• Haute temperature (HT); industrialisation en cours (hauts rendements), avec une source de chaleur sur le site

Moyen terme (nouveaux réacteurs REP Gen3)

• Electrolyse haute-temperature (maturité industrielle)

• Modèle : sur site nucléaire (cogénération)

Long terme (réacteurs de demain : Gen4)

• Cycle thermo-chimique à très haute-température (THT)

• Enjeux sur compétitivité & sûreté : projets R&D en cours

(Corée/Canada), Japon

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A court terme (aujourd’hui)

Electrolyse sur le lieu de consommation, alimentée par l’électricité de base (nucléaire et renouvelable) hors situations de tensions

06/05/2021 15

RTE « la transition vers un hydrogène bas carbone (2020) : atouts et enjeux pour le système électrique à l’horizon 2030-2035

Electrolyse BT/HT (lieu de conso) Parc nucléaire

actuel

Production sur le lieu de consommation (sites industriels, hubs de transports lourds) :

• Ajuster la production aux besoins

• Simplifier conditionnement/stockage

• Annuler les contraintes de transports

Augmentation du facteur de charge des électrolyseurs :

• De l’ordre de 6000 heures par an

• Capacité moindre d’électrolyseurs (faisabilité)

• Possibilité de services systèmes (effacement)

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A moyen terme

Electrolyse haute température (HT) avec de la co-génération nucléaire (1/2)

Ce couplage pourrait être envisagé :

• pour de nouvelles générations de réacteurs dès la conception

• à une échéance qui permette :

• La maturité industrielle d’électrolyseurs HT de grande capacité

• Des demandes d’hydrogène au niveau régional suffisantes pour rentabiliser des installations

Nouveaux réacteurs

(génération 3) Electrolyse HT (même site) Electricité +

vapeur

(même site industriel)

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06/05/2021 17

A moyen terme

Electrolyse haute température (HT)avec co-génération nucléaire (2/2)

Est de l’Angleterre (Felixstowe): futur « Freeport »

approuvé le 3 mars 2021

• projet d’un centre de production d’hydrogène propre de 1GW (soit 20% des objectifs nationaux du Royaume-Uni)

• alimenté entre autres par l’électricité nucléaire des deux nouveaux réacteurs EPR en projet à Sizewell C (avec un changement de conception minimal)

Modèle bien adapté pour une filière de réacteurs nucléaires modulaires de puissance réduite (SMR) avec une inscription dans un écosystème énergétique local

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3.

Pour que l’hydrogène devienne un outil

de décarbonation efficace…

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Au-delà des projets pilotes, organiser une véritable

industrialisation de la production par électrolyse bas carbone

06/05/2021 19

RTE « la transition vers un hydrogène bas carbone (2020): atouts et enjeux pour le système électrique à l’horizon 2030-2035

La France dispose, avec son électricité de base bas-carbone (nucléaire et renouvelable) d’un véritable atout compétitif si :

• L’offre du bouquet électrique en cohérence avec politique énergétique (PPE, SNBC)

• Le nucléaire trouve sa place dans une architecture réglementaire en construction

• On a une bonne compréhension des « têtes de ponts », offrant le meilleur coût à la tonne de CO2 évité

Nécessité de bien comprendre les chaines de valeur à partir de cas d’usages crédibles d’un point de vue environnemental, économique, et industriel

Assurer le coût de l’H2 le plus bas possible: se rapprocher de celui du vaporéformage

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La Stratégie Nationale Hydrogène doit être en cohérence avec la politique énergétique (PPE, SNBC)

Stratégie Nationale Bas Carbone (SNBC) 2020 : Evalue la demande d’électricité à 50TWh en 2050 pour la production d’hydrogène par électrolyse Bilan Prévisionnel 2050 RTE :

Étude d’une trajectoire « hydrogène + » avec accélération de la filière (120TWh en 2050)

• Décarbonation industrie, transports lourds (35%

parc de camions)

• Combustibles de synthèse pour transport aérien

et maritime

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La réglementation doit s’appuyer sur des méthodologies solides en matière environnementale

06/05/2021 21

Objectif: contribuer à la neutralité

carbone (en particulier dans des secteurs difficiles à décarboner par l’électricité

bas-carbone)

Comment: être en mesure, pour chaque solution proposée de mesurer les tonnes de CO2 évitées (et aussi le coût à la

tonne de CO2 évitée)

Nécessité:

• Méthodologies reconnues telles que les analyses de cycle de vie (ACV): normes ISO 14040-14044- 14067) et Green House Gas protocol

• Calcul sur l’ensemble de la chaine de valeur (incl production des équipements, transport de l’H2)

• Mêmes normes et mêmes contrôles concernant l’hydrogène importé

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Les normes doivent permettre le développement de l’hydrogène produit à partir de mix électrique bas carbone

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Gaz naturel Biométhane Réseau France Réseau Europe PV Eolien Hydraulique Nucléaire

Vaporeformage Electrolyse

Emissions de gaz à effet de serre en ACV de différents moyens de production d'hydrogène (ADEME 2020)

-

-60% CertifHy low-carbon threshold

-70% RED II directive threshold

-

Seuils d’émission (Acte délégué sur la taxonomie européenne adopté par les commissaires

européens le 22 avril 2021)

• 3,0 kgCO

₂

/kgH

₂

pour la production d’hydrogène

• 3,38 kgCO

₂

/kgH

₂

pour les carburants synthétiques dérivés de l’H2.

La méthodologie carbone restera à définir

ultérieurement via l’acte délégué prévu à l’article 28 (5) de RED II. (Nécessité d’une ACV complète !)

kgCO₂/kgH₂

-73.4% delegated act Taxonomy threshold

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La réglementation doit s’appuyer sur des méthodologies solides en matière économique

06/05/2021

Objectif : un moindre coût pour la collectivité (consommateur +

contribuable)

Nécessité : sécurité d’approvisionnement électrique

Eviter :

• Les cumuls de subventions (ex: électricité renouvelable + hydrogène renouvelable)

• Les distorsions sur le fonctionnement du système électrique européen (ex: mécanismes de

garanties d’origines actuels)

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Conclusion (1/2)

Toutes les énergies bas carbone, dont le nucléaire, seront nécessaires pour que l’hydrogène devienne un vecteur important de decarbonation en Europe

Comment produire de l’hydrogène bas carbone avec du nucléaire ? Trois modes de couplage différents

Pour que l’hydrogène devienne un outil de decarbonation efficace, la réglementation doit s’appuyer sur des méthodologies solides en matière environnementale et économique

1.

2.

3.

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Conclusion (2/2)

06/05/2021 25

• La France dispose, avec son électricité de base nucléaire et renouvelable, de nombreux atouts pour réussir sa

stratégie hydrogène

• Elle doit se préparer à la concurrence sur un marché mondial de l’hydrogène bas carbone en formation

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Contact Communication Sfen cecile.crampon@sfen.org

Tél. : 06 74 69 34 25

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