Cinq technologies suffisent pour la transition énergétique

Photovoltaïque, éolien, batteries, électrolyseurs et aspirateurs à CO2 connus sous le nom de Direct Air Capture (DAC) - nous avons besoin de ces cinq technologies pour réussir la transition énergétique, affirme Christian Breyer. L'économiste solaire de l'Université technique de Lappeenranta (LUT) en Finlande estime en revanche que les nouvelles centrales hydroélectriques, la géothermie et la bioénergie ne sont pas des solutions convaincantes. L'hydrogène vert non plus. Il s'agit d'une source d'énergie compliquée qui ne devrait être qu'un élément constitutif pour d'autres, explique Breyer dans le "Klima-Labor" de ntv. Le chercheur voit en effet l'avenir de l'approvisionnement énergétique mondial sur les mers du globe : Dans 30 ans, des centrales solaires flottantes pourraient produire de l'électricité qui serait transformée en ammoniac vert, en méthanol ou en kérosène dans d'immenses usines offshore de carburants synthétiques et distribuée dans le monde entier - grâce à des procédés vieux de plusieurs décennies et à la nouvelle matière première qu'est le CO2.

ntv.de : Le gouvernement fédéral élabore de grands plans pour l'hydrogène, on rêve de chauffages à hydrogène et de terminaux de gaz liquéfié où débarquera un jour l'hydrogène vert, mais il est absent de sa liste. Pourquoi ?

Christian Breyer : La liste ne contient que l'équipement et l'appareillage avec lesquels nous réalisons le tournant énergétique, pas de produit concret. Sinon, l'électricité serait toujours en première position, elle est la plus importante pour la transition énergétique. C'est pourquoi le photovoltaïque et l'éolien sont essentiels pour l'Europe et l'Amérique du Nord. C'est évident.

Et qu'en est-il de l'énergie hydraulique ?

Elle est importante, mais elle est déjà très bien utilisée dans le monde. Le potentiel est largement épuisé.

Il n'y a plus de potentiel d'augmentation ?

Les capacités hydroélectriques peuvent certainement encore être augmentées d'un tiers à 50 %. Mais recherchons-nous uniquement des systèmes énergétiques bon marché et renouvelables ou également des systèmes durables ? Si la durabilité est importante pour nous, nous devons traiter les rivières avec précaution. Les grands fleuves comme le Mékong en Asie, le Congo en Afrique et en partie l'Amazone au Brésil présentent le plus grand potentiel pour l'énergie hydraulique. Il serait techniquement possible d'y construire des centrales hydroélectriques, ce serait peut-être aussi économiquement intéressant, mais on détruirait assez certainement l'écologie fluviale. Et rien qu'au Congo, nous parlons de 500 espèces qui ne vivent que là. C'est pourquoi l'énergie hydraulique, là où elle existe, fait toujours partie de la solution, mais elle est limitée comme les autres sources d'énergie durables.

Pourquoi ?

On voit depuis des décennies avec la géothermie que les projets ne se réalisent pas autant qu'on l'aurait souhaité. L'inconvénient majeur de la bioénergie est le manque de place pour les cultures énergétiques, car nous en avons besoin pour le fourrage que nous donnons aux animaux que nous mangeons à leur tour. Quant à savoir si c'est une idée intelligente, c'est une autre question.

Le photovoltaïque et l'éolien occupent les premières places parce qu'ils ont fait leurs preuves, qu'ils fonctionnent et qu'ils sont bon marché ?

Bien sûr que oui. Au final, la transition énergétique est une question économique. Le potentiel d'autres technologies existe, mais à un autre niveau de coût. L'énergie solaire en particulier est incroyablement bon marché et est même devenue la forme d'électricité la moins chère au monde. Il faut s'en convaincre : en 2021, la moitié de la capacité électrique mondiale était déjà photovoltaïque. En 2050, environ 10 milliards de personnes vivront sur la planète, dont les trois quarts environ dans la ceinture solaire, où le soleil brille toute l'année. C'est une énergie bon marché et disponible partout. C'est pourquoi les batteries sont si importantes.

Entre-temps, les premiers parcs solaires sont construits sur l 'eau. Parce qu'il y a beaucoup de place pour les infrastructures ?

C'est une belle technologie appelée "Floating PV", qui a été mise en œuvre ces dix dernières années, principalement sur des lacs, des réservoirs ou des étangs, où le raccordement au réseau est relativement simple. La question a toujours été : est-ce que cela fonctionne aussi sur la mer ? De plus en plus de régions du monde essaient de le faire, bien sûr dans des eaux calmes, sans grandes vagues. Cela peut être maîtrisé. Nous avons étudié la question en prenant l'exemple des Caraïbes, car on sait que l'espace est relativement restreint sur de nombreuses îles pour l'approvisionnement en énergie.

Ou à Singapour.

C'est l'un des endroits où l'on fait le plus de recherches sur le PV flottant. Mais cela ne sera probablement qu'un ajout au mix énergétique, car si l'on regarde de près la situation géographique, il y a de fortes raisons de simplement poser une ligne électrique à Sumatra. Cette immense île indonésienne est située juste à côté. Il n'y aurait pas besoin d'autant de surface pour alimenter un petit pays comme Singapour en électricité. Si l'on pousse cette vision 20 à 30 ans plus loin, il serait possible de construire d'immenses usines de carburants synthétiques dans les eaux internationales : une grande centrale photovoltaïque flottante produirait de l'électricité et, par électrolyse, de l'hydrogène vert. Comme on ne peut pas en faire grand-chose, on le transforme en ammoniac, en méthanol ou en kérosène. Des pétroliers pourraient à leur tour aller chercher ces substances à intervalles réguliers dans ces usines offshore et les distribuer sur les marchés mondiaux.

L'utilité du photovoltaïque, de l'éolien et des batteries est évidente. Mais pourquoi l'hydrogène vert doit-il être transformé une nouvelle fois ?

En principe, on peut faire beaucoup de choses avec l'hydrogène, mais l'hydrogène est la plus petite molécule de l'univers et donc difficile à manipuler. Il se diffuse volontiers à travers les matériaux, il est facilement inflammable et son transport est compliqué. Il est possible d'y remédier techniquement, mais cela coûte cher. Et à la fin de la journée, la navigation et le transport aérien avec de l'électricité et des batteries ne fonctionnent que sur de courtes distances. Sur le Rhin, je peux facilement recharger la batterie, mais pas sur les grands océans. Là-bas, il faut des sources d'énergie chimiques denses. Et nous savons déjà qu'il n'est pas nécessaire de produire du kérosène à partir du pétrole: Nous avons besoin d'hydrogène et d'un carbone, généralement du CO2. Nous pouvons alors produire des carburants synthétiques comme le kérosène via le procédé Fischer-Tropsch.

Pour ce processus, des électrolyseurs sont nécessaires ?

Pour la première étape, lorsque nous produisons de l'hydrogène vert. Ensuite, il ne manque plus que le CO2, qui soudain n'est plus un gaz d'échappement et ne provoque plus d'émissions, mais une matière première. On aurait alors une solution pour l'aviation qui ne nécessiterait pas de grands changements dans le parc d'avions actuel. Un autre avantage est qu'en plus du kérosène, l'hydrogène peut être transformé en presque tous les autres produits importants dont nous avons besoin : le méthanol pour l'industrie chimique ou la navigation, ou en ammoniac comme engrais pour l'agriculture. L'hydrogène lui-même est surtout nécessaire pour la production d'acier.

Et où trouverons-nous le CO2 ? Est-ce la cinquième technologie clé, l'aspirateur à CO2 ?

Le CO2 peut provenir de toutes sortes de sources, mais en fin de compte, le captage direct de l'air (DAC) est probablement la solution la plus évolutive. En effet, si nous prenons au sérieux le changement climatique et la transition énergétique, nous limiterons bientôt les centrales électriques au gaz, les centrales au charbon et la production d'acier à base de charbon, et donc tous les processus essentiels qui génèrent de grandes émissions de CO2. Il resterait les incinérateurs de déchets, les papeteries et les cimenteries, mais ce seraient plutôt de petites sources en termes de volume pour produire du méthanol pour l'industrie chimique, du kérosène pour l'aviation et de l'ammoniac pour l'agriculture. Comment combler ce déficit de couverture ? On prend le CO2 dans le réservoir où il y en a déjà trop, l'atmosphère. Le coût de cette opération devrait se situer dans une fourchette acceptable.

Tous les problèmes sont alors résolus - en théorie du moins. Mais ne sommes-nous pas déjà en retard ? Oui, de très nombreux parcs solaires sont construits dans le monde, mais il manque partout des capacités de stockage pour pouvoir utiliser l'électricité solaire 24 heures sur 24. Et le DAC n'est jusqu'à présent utilisé qu'à petite échelle.

L'énergie éolienne fonctionne, même si toutes les maladies de jeunesse n'ont pas encore été résolues. Mais là, on ne fait que peaufiner des détails. Le photovoltaïque aussi. Les modules PV gagnent chaque année en moyenne 0,5 point de pourcentage en efficacité. Cette tendance se poursuit depuis 20 ans et continuera encore pendant de nombreuses années, tout en devenant de moins en moins chère.

Alors, faisons un crochet par l'éolien et le photovoltaïque. Qu'en est-il des batteries ?

Nous assistons à une année charnière. Ces dernières années, nous avons connu des problèmes de pénurie de cobalt et de nickel, mais les voitures électriques et les systèmes de stockage domestique utilisent désormais principalement des batteries lithium-ion, que l'on construit de plus en plus sans cobalt ni nickel. Avons-nous suffisamment de lithium ? C'est une question qui divise les esprits. En principe, il y en a suffisamment, les mers du monde en sont pleines, mais nous ne parvenons pas à l'extraire efficacement. C'est le vrai problème. Cette année, les deux leaders du marché mondial ont également lancé des batteries sodium-ion. Pour elles, il n'y a plus de pénurie de matériaux.

Tout est également en ordre pour les batteries ?

Tout porte à le croire. Ces entreprises ont une réputation à perdre et ne le feraient pas si elles ne savaient pas que cela fonctionne. Et les taux de croissance sont énormes : si la production de modules photovoltaïques croît de 30 pour cent par an, la production de batteries croît de 50 à 100 pour cent par an.

Et les électrolyseurs ?

Là, la situation est plus critique, car le marché est beaucoup plus petit. Mais nous maîtrisons cette technologie depuis 100 ans et il y a environ deux douzaines de fabricants et de fournisseurs dans le monde entier. Ce sera une course passionnante pour savoir qui, à la fin, pourra proposer les meilleurs produits aux meilleurs prix. Je ne suis pas inquiet. Pour le DAC, seule la mise à l'échelle reste discutable, car la technologie fonctionne aussi dans ce cas : elle est utilisée depuis les années 1960 dans les sous-marins nucléaires et les stations spatiales. Il ne manque que la grande commercialisation et entre-temps, ces fabricants sont également bien dotés en capital par les investisseurs.

Clara Pfeffer et Christian Herrmann se sont entretenus avec Christian Breyer. L'entretien a été raccourci et lissé pour une meilleure compréhension.