Le système énergétique du futur et le Power-to-X

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Le nouveau livre blanc «Power-to-X», que présentent des chercheurs du PSI et leu

Le nouveau livre blanc «Power-to-X», que présentent des chercheurs du PSI et leurs collègues de six hautes écoles et centres de recherche suisses, se penche sur les perspectives du Power-to-X. Ces procédés consistent par exemple à utiliser le courant issu d’énergies renouvelables pour produire de l’hydrogène (H2) ou du méthane (CH4) et ainsi stocker l’énergie excédentaire. Cela permet de produire à un autre moment du carburant pour le chauffage ou pour générer à nouveau du courant. Le livre blanc analyse différents domaines et différentes perspectives au sein du système énergétique suisse. (Infographie: Institut Paul Scherrer/Jörg Roth)

Dans le cadre d’un projet de recherche commun mené par cinq centres de compétences dans le domaine de la recherche énergétique, des chercheurs ont élaboré un livre blanc à l’attention de la Commission fédérale pour la recherche énergétique (CORE). L’objectif de ce livre blanc est de rassembler les principales connaissances disponibles sur les technologies Power-to-X. L’étude éclaire entre autres dans quelle mesure certaines technologies, qui reposent sur la conversion et le stockage de différentes formes d’énergie, pourraient contribuer à la stratégie énergétique suisse.

La Suisse s’est fixé pour objectif de réduire radicalement ses émissions directes de gaz à effet de serre. Selon la Stratégie énergétique 2050, cette réduction devrait atteindre 50% en 2030 par rapport à 1990, et 85% au maximum d’ici 2050. Après 2050, l’approvisionnement énergétique de la Suisse devra être climatiquement neutre, c’est-à-dire ne plus produire d’émission de gaz à effet de serre comme le CO2. Les procédés dits Power-to-X forment un composant pour atteindre cet objectif. Ils consistent à utiliser le courant excédentaire issu de nouvelles énergies renouvelables pour produire des vecteurs énergétiques liquides ou gazeux comme l’hydrogène, le méthane ou encore le méthanol par conversion électrochimique. Ces derniers sont ensuite utilisés dans les secteurs de consommation pour la propulsion de véhicules ou pour produire à nouveau de la chaleur et du courant. Avantage de ces vecteurs énergétiques liquides ou gazeux: il est possible de les stocker durant une longue période avant de les réutiliser.

Dans le cadre de la Stratégie énergétique 2050, les procédés Power-to-X sont intéressants, entre autres parce que les nouvelles énergies renouvelables issues du photovoltaïque ou de l’éolien ne sont pas disponibles de manière continue et restent soumises à d’importantes fluctuations. L’idée est d’utiliser le stockage intermédiaire de l’énergie générée lors de phases très productives pour compenser les phases de faible production de courant, notamment à l’aide de procédés Power-to-X. Ces vecteurs peuvent contribuer à équilibrer l’offre et la demande d’énergie sur une longue période, améliorer la flexibilité à court terme dans le réseau électrique grâce à une gestion intelligente des charges et générer pour l’industrie des produits de remplacements aux carburants, aux combustibles et aux matières premières fossiles.

Option de flexibilité et maillon entre production et consommation d’énergie

Avec leurs collègues de six hautes écoles et des centres de recherche de Suisse (Empa, ETHZ, ZHAW, HSR, Unige, Unilu), des scientifiques de l’Institut Paul Scherrer PSI viennent de réunir des informations détaillées sur différents aspects des technologies Power-to-X, entre autres sur le potentiel de ces procédés pour la Stratégie énergétique 2050, les défis auxquels la technologie fait face et les facteurs clés susceptibles de favoriser sa diffusion. Tom Kober, responsable du groupe Economie énergétique au PSI et l’un des principaux auteurs du livre blanc réalisé sur mandat de la Commission fédérale pour l’énergie, résume ainsi l’un des résultats de ces travaux: «Comparé aux autres nouvelles énergies renouvelables, il existe en Suisse un important potentiel pour le courant généré par les installations solaires. Dans ce contexte, le Power-to-X représente une importante option de flexibilité et s’inscrit dans un système énergétique durable peu émetteur de CO2 comme un maillon entre production et consommation d’énergie.»

Les contributions que le Power-to-X est susceptible d’apporter dans chaque secteur énergétique comme le transport, le chauffage ou encore la reconversion en courant sont très diverses. Ainsi, la reconversion en courant à partir de vecteurs énergétiques comme l’hydrogène ou le méthane produits par des procédés Power-to-X est encore très coûteuse: «Mais les coûts pour ce type de procédés Power-to-X pourraient cependant baisser de deux tiers d’ici 2030 grâce aux progrès techniques et à l’expérience croissante dans le domaine de la gestion de ces nouvelles technologies», estime le spécialiste. Reste à voir dans quelle mesure les technologies Power to Power réussiront à s’imposer face à d’autres options de flexibilité dans le système électrique. Cela dépendra notamment des évolutions du marché européen et des conditions afférentes pour la Suisse en termes de commerce international de l’électricité.

Le rôle clé de l’intégration dans le système

Les carburants et combustibles produits dans les cadre de procédés Power-to-X avec du courant issu d’énergies renouvelables peuvent remplacer les vecteurs énergétiques fossiles comme le mazout, le gaz naturel, l’essence et le diesel, et ainsi contribuer à réduire les émissions de CO2. Mais l’exercice ne sera rentable que si les mécanismes d’incitation correspondants en termes de politique environnementale sont appliqués. Les procédés de conversion doivent être réalisés de manière aussi efficace que possible pour, d’un côté, minimiser les coûts et, de l’autre, ménager les ressources. Ces aspects ont un impact sur le choix des sites des installations Power-to-X, mais aussi sur la manière dont la technologie peut être intégrée dans différents marchés.

L’étude conclut donc qu’un élément, notamment, sera décisif pour une utilisation réussie du Power-to-X dans le cadre de la Stratégie énergétique 2050: il faudra que la recherche et l’innovation se concentrent sur une intégration optimale du Power-to-X dans l’ensemble du système énergétique Suisse.

Le livre blanc, commandé par la Commission fédérale pour la recherche énergétique (CORE) a été élaboré par les partenaires des SCCER Heat and Electricity Storage, Biosweet, Crest, Furies et Mobility. Il a été financé par Innosuisse et l’Office fédéral de l’énergie (OFEN).