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Aug 17, 2023

Pyrolyse du méthane : libérer le potentiel de la production d'hydrogène turquoise, rapporte IDTechEx

BOSTON, 2 juin 2023 /PRNewswire/ -- Dans le paysage en évolution rapide de

BOSTON, 2 juin 2023 /PRNewswire/ -- Dans le paysage en évolution rapide de l'hydrogène, la poussée mondiale en faveur de la production d'hydrogène à faible émission de carbone accélère l'exploration de technologies durables, évolutives et économiquement viables. Alors que l'hydrogène bleu et vert a été mis en lumière comme les options éminentes pour la décarbonation à moyen et long terme, l'hydrogène turquoise, moins médiatisé, généré par pyrolyse du méthane, a progressé en termes de technologies et de démonstrations commerciales. Alors, où la pyrolyse du méthane s'inscrit-elle dans la future économie de l'hydrogène, et quelle sera l'importance de son rôle ?

Cet article explore ce sujet et se penche sur les différentes technologies de pyrolyse du méthane, leurs avantages, leurs inconvénients et les principales activités commerciales qui façonnent cette industrie. Pour une exploration complète de la pyrolyse du méthane ainsi que du marché de l'hydrogène bleu, veuillez consulter le tout nouveau rapport de marché d'IDTechEx, "Production et marchés de l'hydrogène bleu 2023-2033 : technologies, prévisions, acteurs".

Une comparaison de l'hydrogène bleu et vert

Dans le spectre de la production d'hydrogène, l'hydrogène bleu et vert sont apparus comme des solutions clés pour un avenir à faible émission de carbone. L'hydrogène bleu est produit en reformant du gaz naturel avec de la vapeur ou en l'oxydant partiellement avec de l'oxygène tout en captant et en stockant les émissions de CO2 du processus. D'autre part, l'hydrogène vert est généré par l'électrolyse de l'eau alimentée par des sources d'énergie renouvelables telles que l'éolien ou le solaire, ce qui le rend décarboné en termes d'émissions de portée 1 et 2.

L'hydrogène turquoise, cependant, offre une approche différente de la production d'hydrogène. Il est généré par pyrolyse du méthane, un processus dans lequel le méthane est décomposé en hydrogène et en carbone solide à des températures élevées sans libérer de CO2 direct. Cela fait de l'hydrogène turquoise une option plus respectueuse de l'environnement que l'hydrogène bleu, car il évite le recours au captage et au stockage du carbone (CSC).

Par rapport à l'hydrogène vert, la production d'hydrogène turquoise est généralement plus rentable et plus facile à mettre à l'échelle en raison de sa dépendance à l'égard du gaz naturel abondant et actuellement plus abordable comme matière première. De plus, le processus est thermodynamiquement beaucoup moins énergivore que l'électrolyse de l'eau, nécessitant environ sept fois moins d'énergie par mole de H2 produit. Ceci est particulièrement avantageux, étant donné que de nombreuses variantes du procédé de pyrolyse du méthane peuvent être entièrement électrifiées, supprimant ainsi les émissions de portée 2. L'utilisation du biogaz comme matière première pourrait potentiellement rendre le processus négatif en carbone.

Le processus aboutit également à un sous-produit de carbone solide, qui peut potentiellement être utilisé dans diverses industries en fonction de sa qualité - le noir de caoutchouc est utilisé comme matériau de renforcement pour les caoutchoucs et le noir de spécialité peut être utilisé dans la production de polymères, d'encres, de revêtements, de matériaux de batterie et de nombreuses autres applications. Des recherches sont également en cours pour étudier son utilisation comme additif du sol. Certains procédés de pyrolyse du méthane peuvent également produire des hydrocarbures, du graphite ou des carbones plus avancés comme le graphène. La génération de tels produits pourrait générer des flux de revenus utiles pour les exploitants d'installations de pyrolyse.

Le spectre des procédés de pyrolyse du méthane

IDTechEx a identifié trois grands types de processus de pyrolyse du méthane. Dans l'ensemble, ces processus sont tous assez différents en termes de principes de fonctionnement, d'avantages et d'inconvénients, d'étapes de développement et du nombre relatif d'acteurs qui les développent. Bien sûr, il existe d'autres variantes de ceux-ci, comme le processus catalytique au plasma.

Thermique : décomposition thermique non catalytique utilisant des températures très élevées (1000-1400°C). Le chauffage est fourni via les parois du réacteur ou des tubes d'échange de chaleur (si la combustion est utilisée). Parmi les sociétés développant ce procédé figurent BASF (chauffage résistif des parois du réacteur) et Ekona Power (chauffage par combustion des gaz résiduaires).

Catalytique : procédé thermocatalytique qui utilise soit un catalyseur fondu dans une colonne à bulles, soit des particules de catalyseur dans un réacteur à lit fluidisé. Les entreprises développant ce procédé comprennent C-Zero (catalyseur de sel fondu) et Hazer Group (catalyseur de minerai de fer solide).

Plasma : les molécules de méthane sont séparées par un plasma à haute température (via des torches à plasma) ou un plasma à basse température généré par micro-ondes. Les entreprises développant ce procédé comprennent Monolith (haute température) et Transform Materials (basse température).

IDTechEx considère que les procédés de pyrolyse plasma sont de loin les plus avancés en termes de stade de développement technologique et de nombre d'acteurs. Ce sont également les procédés les plus économes en énergie, car la chaleur est transmise directement au gaz méthane au lieu du réacteur ou du milieu catalytique. De plus, la qualité des produits carbonés est généralement supérieure à celle des autres types de procédés, bien que certains procédés catalytiques puissent également produire des produits de qualité. Cependant, le procédé nécessite un contrôle précis du plasma pour ne pas former de sous-produits car les radicaux méthane ont tendance à se combiner en molécules d'hydrocarbures. Transform Materials a utilisé ce comportement dans son procédé micro-ondes pour générer de l'acétylène, un produit chimique précieux utilisé dans la production de polymères comme le PVC et de produits chimiques comme le butanediol.

Intérêt commercial et activité dans la pyrolyse du méthane

Les entreprises développant la pyrolyse du méthane s'étendent sur plusieurs régions, l'Amérique du Nord (principalement les États-Unis) et l'Europe (principalement le Royaume-Uni, la France et l'Allemagne) dominant le développement en termes de nombre d'acteurs et de leurs niveaux de préparation technologique (TRL). Cependant, quelques acteurs se démarquent en termes de commercialisation de leurs technologies.

Monolith est une société basée aux États-Unis et est probablement l'acteur le plus avancé sur le marché, car elle dispose d'une installation à l'échelle commerciale en exploitation depuis 2020 (Olive Creek 1) qui produit 5 kilotonnes d'hydrogène et 15 kilotonnes de noir de carbone par an. La société agrandit actuellement cette installation (Olive Creek 2) pour produire 275 kilotonnes d'ammoniac à faible teneur en carbone et 194 kilotonnes de noir de carbone. L'usine devrait être mise en service en 2023 et devrait être la plus grande usine de pyrolyse du méthane au monde. Monolith a récemment annoncé que son produit de noir de carbone sera utilisé dans les nouveaux pneus ultra-haute performance ElectricDrive™ GT de Goodyear.

Comme mentionné précédemment, Transform Materials est une autre société basée aux États-Unis avec un procédé plasma micro-ondes qui peut produire de l'acétylène. L'entreprise se positionne en tant que fournisseur d'un procédé d'acétylène propre - une alternative aux procédés actuels de craquage de carbure et d'acétylène à forte intensité de carbone. Par conséquent, son procédé est probablement le plus intéressant pour les utilisateurs finaux d'acétylène, où l'hydrogène serait considéré comme un sous-produit précieux. L'entreprise n'a pas encore d'usine commerciale, mais elle suscite beaucoup d'intérêt commercial de la part d'entreprises comme DSM Nutritional Products.

Hazer Group est une société australienne qui commercialise sa technologie de pyrolyse catalytique qui utilise des boulettes de minerai de fer comme catalyseur dans un réacteur à lit fluidisé. Son processus génère un produit en graphite de pureté relativement élevée qui peut être utilisé dans une large gamme d'applications, y compris les batteries lithium-ion, s'il est purifié au degré requis. La société développe sa première usine commerciale en Australie à l'installation de traitement des eaux usées de Woodman Point, qui produira 100 tonnes de H2 par an et dont la mise en service est prévue au S2 2023. Bien que sa capacité soit encore assez faible par rapport à Olive Creek 1 de Monolith, la société suscite beaucoup d'intérêt pour sa technologie de la part de sociétés multinationales comme Engie et Chiyoda Corporation.

Plusieurs acteurs plus petits, tels que Plenesys et Graforce, développent des procédés de pyrolyse plus modulaires qui pourraient être situés à proximité des installations des clients. Cela fournit une voie alternative à la production décentralisée d'hydrogène à petite échelle, qui pourrait concurrencer l'électrolyse à l'avenir. Cependant, les efforts commerciaux utilisant de telles plantes sont encore relativement limités. Plus d'informations sur les joueurs et leurs activités peuvent être trouvées dans le rapport d'IDTechEx.

Perspectives sur l'hydrogène turquoise

Bien sûr, la technologie présente quelques inconvénients. Le besoin de méthane (gaz naturel) est un défi partagé avec l'hydrogène bleu car cela signifie que la production d'hydrogène dépendra du gaz naturel. De plus, le rendement en hydrogène par mole de gaz naturel utilisé est inférieur à celui des procédés à l'hydrogène bleu, tels que le méthane-vapeur ou le reformage autothermique (SMR & ATR). Il existe également des défis associés au sous-produit carbone - des accords d'enlèvement ne peuvent être établis que pour un produit carbone de qualité ; sinon, le carbone devrait être séquestré sous terre. De plus, la pyrolyse du méthane génère 3 kg de noir de carbone pour chaque kg d'hydrogène. Par conséquent, les usines de pyrolyse ne pourraient évoluer à très grande échelle (en millions de tonnes d'hydrogène) que si des marchés appropriés pour le sous-produit sont disponibles - sinon, l'économie du procédé pourrait être prohibitive.

Comme on le voit dans l'article, de nombreux efforts commerciaux sont en cours et de nombreuses petites et moyennes entreprises développent des technologies. Chaque entreprise a un modèle commercial différent en fonction de l'échelle de son procédé et du type ou de la pureté de son sous-produit carboné. Globalement, IDTechEx estime que l'utilisation de la pyrolyse du méthane sera plutôt limitée dans l'industrie de l'hydrogène par rapport à l'hydrogène bleu et vert, du moins à moyen terme. Les technologies doivent encore se développer et être démontrées à l'échelle commerciale. Cependant, cela ne signifie pas que la pyrolyse du méthane et l'hydrogène turquoise doivent être négligés puisque diverses industries pourraient bénéficier de telles technologies.

Le nouveau rapport de marché d'IDTechEx, "Blue Hydrogen Production and Markets 2023-2033: Technologies, Forecasts, Players", analyse et compare tous ces processus, fournissant des informations sur les activités des acteurs clés et leurs projets. Il comprend également des prévisions de marché sur 10 ans pour l'industrie de l'hydrogène bleu ventilées par technologie, utilisation finale et région.

À propos d'IDTechEx

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SOURCE IDTechEx