Autonomie énergétique, groupes électrogènes, postes de soudure, alimentation de chaudières et mobilité non-polluante sont les cinq principaux usages de l’hydrogène dans le monde de la construction.
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Le groupe électrogène à hydrogène GEH2 d’EODev proposé en location par Loxam est équipé d’une pile à combustible : non seulement, il n’émet que de la chaleur et de l’eau en produisant de l’électricité, mais il fonctionne de manière pratiquement inaudible, tout en fournissant 100 kW de puissance.
Après un premier article sur les offres de production d’hydrogène vert au salon Hyvolution, qui se tenait à Paris Porte de Versailles les 1er et 2 février, voici notre vision de l’utilisation de l’hydrogène dans le monde du bâtiment, au sens large.
L’autonomie énergétique des bâtiments est concevable
L’un des premiers stands que l’on voyait à Hyvolution – tout près du Centre de Presse, il faut dire – était celui de la start-up française Sylfen https://sylfen.com/fr/accueil/. Son offre « Smart Energy Hub » a été retenue par la Solar Impulse Foundation parmi les 1000+ solutions efficientes et rentable pour protéger l’environnement. L’idée de Sylfen est simple : pour des bâtiments qui consomment au moins 150 MWh d’électricité par an, disposent de surfaces capables de recevoir au moins 700 m² (100 KWc) de panneaux photovoltaïques, Sylfen propose une solution hardware + software de pilotage pour produire de l’hydrogène sur site, stocker de l’énergie sous forme d’hydrogène et sous forme d’électricité en batteries et couvrir ainsi entre 70 et 100% des besoins d’énergie – électricité, chaleur, froid et mobilité – annuels du bâtiment.
Grâce au panneaux PV sur le bâtiment, Sylfen alimente un électrolyseur, produit du H2 par électrolyse de l’eau, stocke l’hydrogène sur site, stocke le surplus d’électricité dans des batteries, retransforme l’hydrogène en électricité et chaleur grâce à une pile à combustible, alimente des systèmes de production de froid, des bornes de recharge de véhicules électriques et des « pompes à hydrogène » pour des véhicules utilisant l’hydrogène.
Plusieurs autres industriels ont déjà développé des systèmes de ce genre, notamment l’allemand HPS avec son système Picea https://www.homepowersolutions.de pour la maison individuelle, puis le français Powidian https://powidian.com/news-list/ qui y a renoncé pour l’instant, estimant qu’il n’existe pas de marché. Du point de vue technique, la solution Sylfen est différente. Au lieu de deux machines distinctes – un électrolyseur et une pile à combustible – l’entreprise fait en effet appel à un seul appareil réversible : le stack d’électrolyse haute température réversible SOEC/SOFC. Il s’agit d’une technologie unique qui produit de l’hydrogène par électrolyse à haute température (SOEC) à haut rendement et à bas coût, et qui de manière réversible, fonctionne en mode pile à combustible (SOFC), pour produire de l’électricité et de la chaleur.
L’empilement (stack en anglais) de cellules électrochimiques en céramique, siège de la réaction de production de l’hydrogène et de l’oxygène, à partir de la vapeur d’eau, fonctionne à 700°C et constitue le cœur de la technologie d’électrolyseur de la vapeur d’eau à haute température (SOEC). La technologie SOEC est réversible et peut fonctionner en mode pile à combustible (SOFC) pour produire électricité et chaleur à partir d’hydrogène. Le fait que le système monte à 700°C permet de facilement récupérer de grandes quantités de chaleur pour le chauffage et la production d’ECS, voire du froid avec des machines à absorption.
Caroline Rozain, l’une des trois fondateurs de Sylfen, avec Nicolas Bardi et Marc Potron, estime que Sylfen peut équiper des bâtiments de 1000 à 10 000 m². Les modules Smart Energy Hub actuels affichent une puissance unitaire de 50 kW. D’ici deux ans, ils devraient atteindre 500 kW.
Sylfen propose du sur-mesure
Sylfen étudie avec la Maîtrise d’Ouvrage, à la fois des bâtiments en construction neuve et en rénovation. Une fois choisie la configuration énergétique optimale – notamment le dimensionnement du stockage de H2 -, Sylfen prend langue avec les bureaux d’études et autres intervenants retenus pour l’opération, afin de préparer l’intégration du Smart Energy Hub au bâtiment. Le Smart Energy Hub est conçu à partir de modules standard, industrialisés. Sa structure modulaire permet de le calibrer parfaitement pour répondre à des besoins précis. Sylfen développe également des interfaces électriques et thermiques pour chaque opération : le Smart Energy Hub est livré et connecté en toute simplicité. Enfin, Sylfen a conçu une suite logicielle qui gère le pilotage du Smart Energy Hub en fonction des besoins de chaque bâtiment.
Bref, Sylfen offre du sur-mesure, pour bénéficier immédiatement du confort de consommer l’énergie autoproduite par le bâtiment. Lorsqu’on leur parle des entrepôts logistiques, leurs yeux s’éclairent. Imaginez un entrepôt de 15 000 ou de 20 000 m², comme il s’en construit régulièrement. Il est équipable de PV en toiture et sur des ombrières de parking. Il possède par ailleurs quinze à vingt chariots élévateurs : plusieurs fabricants proposent des chariots fonctionnant à l’hydrogène. C’est la configuration idéale pour le Smart Energy Hub de Sylfen.
Groupes électrogènes à l’hydrogène
On voyait aussi à Hyvolution des groupes électrogènes fonctionnant à l’hydrogène. Ils sont destinés à l’alimentation électrique des évènements ponctuels, mais aussi des chantiers. L’idée de leurs fabricants étant que si les ZFE (Zones à Faibles Emissions) s’installent durablement dans l’environnement règlementaire, elles ne vont pas limiter leurs effets aux émissions des véhicules, mais vont inévitablement s’intéresser à toutes les machines utilisant des combustibles fossiles. Un groupe électrogène fonctionnant à l’hydrogène émet de la chaleur et de l’eau et constitue une réponse à ces nouvelles contraintes.
Plusieurs exposants proposaient déjà des groupes H2 à Hyvolution. Le Belge e-power international, par exemple, fabrique un groupe H2 de 45 kVA.
Le français PowiDian propose toute une gamme de groupe à hydrogène, depuis le PowiDian M110 MobHyl Power fournissant 110 kVA de puissance, jusqu’au petit MobHyl Power S4 d’une puissance de 6 kVA, voire 3,5 kW pour le S4 D.
Et la combustion ?
L’autre emploi possible de l’hydrogène est en combustion dans une chaudière. La combustion produit chaleur et eau. Si elle est mal réglée, elle peut également produire des Nox. En France, BDR-Thermea, qui exposait à Hyvolution et intervenait dans des conférences organisées durant le salon, est le pionnier des chaudières à hydrogène. L’entreprise poursuit deux stratégies différentes. La première est la conception-fabrication-vente de chaudières capables de fonctionner 100% à l’hydrogène. La seconde stratégie, en association avec le français Bulane, également exposant à Hyvolution, consiste à fabriquer de l’hydrogène au pied d’une chaudière par électrolyse et à la mélanger au gaz qui alimente la chaudière pour obtenir un mélange 20% H2/80% gaz naturel.
Le GRT Gaz, qui exploite le réseau de transport du gaz naturel en France, exposait aussi à Hyvolution. Du coup, nous sommes allés leur demander quels étaient leurs projets en ce qui concerne l’hydrogène. Il semble bien, selon le GRT Gaz, que l’idée de peu à peu injecter de l’hydrogène dans les réseaux gaz jusqu’à atteindre un mélange 20/80 soit abandonnée. On s’orienterait plutôt vers un maximum de 2% de H2 dans les réseaux gaz et vers des infrastructures de transport entièrement consacrées à l’hydrogène, destinées en priorité à alimenter l’industrie.
Du coup, la stratégie BDR Thermea/Bulane semble la seule possible à moyen terme.
Les chaudières fonctionnant entièrement à l’hydrogène fonctionnent. Mais les zones alimentées 100% en hydrogène resteront seront très peu nombreuses en France et resteront expérimentales. En revanche, mélanger H2 et gaz naturel au pied d’une chaudière pour obtenir un gaz 20%H2/80%gaz naturel, la stratégie développée par BDR Thermea – qui en France se prononce De Dietrich, Chappée, … – et Bulane, demeure parfaitement possible.
Ceci conclut notre second article sur le salon Hyvolution. Un troisième et dernier article traitera de la mobilité hydrogène, très très en évidence au salon Hyvolution.
Un fort soutien français et européen à la production de H2 vert
Initialement, la Commission Européenne, le Parlement et le Conseil de l’Europe ont mis en place début 2020, un plan en deux phases pour la production d’hydrogène vert. C’est-à-dire d’hydrogène produit à partir d’électrolyseurs alimentés par de l’électricité d’origine renouvelable. Première phase, 6 GW de puissance d’électrolyse doit être installée entre 2020 et 2024 pour produire 1 Mt de H2 vert par an. Seconde phase : 40 GW de capacité d’électrolyse sera ajoutée d’ici 2030 pour atteindre une capacité de production annuelle de 10 Mt de H2. Par la suite, le Green Deal européen, le plan de relance européen, l’agenda « Fit for 55 », le programme REPowerEU de mars 2022 ont ajouté d’autres soutiens, dont 10 Mt de capacité de production annuelle supplémentaire. Ce qui devrait aboutir à plus de 20 MT de capacité de production annuelle d’ici 2030.
En France, le gouvernement s’est engagé sur deux financements de 7,2 et 1,9 Md€ d’ici 2030, dont 3,4 Md€ d’ici 2023 pour ajouter une capacité d’électrolyse de 6500 MW et produire 680 000 tonnes de H2. L’essentiel du programme français est géré par l’Ademe.