Calculateur de production d'hydrogène
L'hydrogène peut jouer un rôle essentiel en tant que carburant sans carbone qui peut aider à décarboniser les secteurs de l'économie mondiale difficiles à électrifier. Il s'agit également d'une matière première industrielle essentielle pour la production d'engrais et de produits chimiques, ainsi que pour la production de carburants conventionnels lors du raffinage. Les méthodes conventionnelles de production d'hydrogène sont toutefois très gourmandes en carbone, la production mondiale actuelle étant responsable de près de 900 millions de tonnes d' émissions de carbone par an.
Il existe plusieurs façons de produire de l'hydrogène à faible taux d'émissions, chacune ayant ses avantages et ses sous-produits propres. Deux des principales voies de production d'hydrogène à faibles émissions sont 1) l'électrolyse utilisant de l'électricité à faible teneur en carbone (l'hydrogène électrolytique produit de cette manière en utilisant des énergies renouvelables est appelé hydrogène "vert" ou "renouvelable") et 2) le reformage du méthane à la vapeur avec des capacités installées de captage et de stockage du carbone et des contrôles stricts du méthane en amont (souvent appelé hydrogène "bleu").
CATFLe calculateur de production d'hydrogène permet aux utilisateurs de mieux comprendre le profil des ressources de ces filières en indiquant les quantités de gaz naturel, d'eau et d'électricité nécessaires pour produire différents volumes d'hydrogène par reformage du méthane à la vapeur avec captage et stockage du carbone ou par électrolyse. Les utilisateurs peuvent également se renseigner sur l'azote et l'hydrogène nécessaires pour produire de l'ammoniac, un composant clé de la fabrication d'engrais et un carburant sans carbone prometteur pour décarboniser le transport maritime.
Comment utiliser la calculatrice :
Pour utiliser cet outil, saisissez un volume donné d'hydrogène pour la filière de production souhaitée. Pour l'électrolyse, vous pouvez également ajuster le facteur de capacité pour la consommation d'électricité. L'outil calculera les intrants nécessaires pour le volume d'hydrogène correspondant, ainsi que les émissions et les sous-produits associés à chaque processus. Pour utiliser le calculateur de production d'ammoniac, il suffit de saisir le volume d'hydrogène disponible.
Veuillez noter que cet outil ne prend en compte que les impacts au niveau de l'installation et n'est pas un outil d'analyse du cycle de vie.
Voir les descriptions des unités
Sélectionnez votre calculatrice :
Low Carbon/Blue Hydrogen – Steam Methane Reforming with Carbon Capture and Storage
Cadres de référence pour l'hydrogène produit à partir de gaz naturel et le captage et le stockage du carbone (hydrogène "bleu")
La plupart de l'hydrogène produit aujourd'hui est obtenu par reformage du méthane à la vapeur sans aucune technologie de capture du carbone. Un reformeur de méthane à la vapeur (SMR) typique produit environ 10 000 kg/h d'hydrogène, ce qui constitue un cadre de référence utile. Un reformeur de méthane à la vapeur de taille similaire, associé à une technologie de capture et de stockage du carbone, consommerait environ 1 800 MMBTU (530 MWh) de gaz naturel par heure, soit environ ce que 230 000 foyers américains consomment en une heure.⁵ L'usine consommerait également environ 780 litres d'eau par minute, soit environ ce que 1 000 foyers américains consomment chaque minute.⁶
Notes
- Les performances de l'installation sont basées sur les données du rapport technique de l'IEAGHG - 2017-02 février 2017 "Techno-Economic Evaluation of SMR Based Standalone (Merchant) Hydrogen Plant with CCS" (Évaluation technico-économique d'une usine d'hydrogène autonome (marchande) basée sur le SMR et dotée du CSC).
- Le taux de capture du carbone pour cette installation est de 90 %. Des taux de captage supérieurs à 90 % sont possibles avec d'autres configurations d'installations telles que celles utilisant les technologies de reformage auto-thermique (ATR).
- Les densités normales sont calculées à une température normale de 0oC et à une pression normale de 1 atm ou 101,325 kPa.
- L'installation a un facteur de disponibilité de 100 %, ce qui signifie qu'elle fonctionne 365 jours par an. Les facteurs de disponibilité habituels sont plus proches de 97 %.
- Il convient de noter que la consommation varie selon que l'électricité est utilisée à la place du gaz naturel pour des utilisations finales courantes telles que le chauffage, la cuisson et le séchage du linge. En utilisant les données de l'EIA, les calculs de CATF montrent que la consommation de gaz naturel par client résidentiel américain était de 5 392 pieds cubes standard par mois en 2021. Cela représente environ 5,63 millions d'unités thermiques britanniques ou 1649 kilowattheures par mois. Voir la source
- L'eau facilement disponible dans une installation peut nécessiter un traitement supplémentaire pour répondre aux exigences de qualité rigoureuses du reformage du méthane à la vapeur ou de l'électrolyse. Par conséquent, la consommation réelle d'eau brute peut varier en fonction de la qualité disponible. Les calculs ci-dessus supposent que l'eau est déjà traitée pour atteindre la qualité requise et n'incluent pas les considérations relatives à l'eau de refroidissement des équipements auxiliaires. Selon l'EPA, la consommation moyenne d'eau des ménages américains était de 1136 litres par jour en 2016. Voir la source. Pour plus d'informations sur la façon dont la consommation réelle d'eau brute peut varier en fonction de la qualité disponible, voir la page web de GHD.
Electrolytic Hydrogen – Electrolysis
Cadres de référence pour l'hydrogène produit par électrolyse (hydrogène "électrolytique")
Par rapport à un SMR typique produisant environ 10 000 kg/h d'hydrogène, une usine d'électrolyse de taille similaire consommerait 530 MWh d'électricité par heure, soit environ ce que 440 000 foyers américains consomment en une heure.⁶ L'usine d'électrolyse consommerait également environ 440 gallons (~1700 litres) d'eau par minute, soit environ ce que 2 100 foyers américains consomment par minute.⁷
Notes
- Demande d'électricité de l'électrolyseur d'après le rapport du Franhofer Institute for Solar Energy Sytems - " Cost forecast for low temperature electrolysis - technology driven bottom-up prognosis for PEM and alkaline water electrolysis systems ".
- Demande d'eau pour l'électrolyse des électrolyseurs des séries C, S et H de Nel (2020), dont une partie est perdue par évaporation et entraînée avec les gaz d'hydrogène et d'oxygène.
- Pour cette configuration, on suppose un rapport de 1:1 entre la capacité d'énergie renouvelable et la capacité de l'électrolyseur.
- La production d'hydrogène par électrolyse est d'autant plus rentable que le facteur de capacité est élevé.
- Pour plus d'informations sur les facteurs de capacité des technologies énergétiques à grande échelle, voir la page web du NREL.
- Veuillez noter que le chiffre indiqué ci-dessus correspond à l'électricité consommée, et non à la capacité de production nécessaire pour alimenter l'usine d'électrolyse. La capacité de production requise dépend de la fréquence à laquelle l'électricité est disponible au cours de la journée, ce que l'on appelle le facteur de capacité. Le facteur de capacité varie en fonction des différentes technologies d'énergie renouvelable ; il est généralement de 10 à 20 % pour l'énergie solaire photovoltaïque et de 30 à 50 % pour l'énergie éolienne en mer(source). Ce facteur peut être modifié dans l'outil pour démontrer la valeur d'une énergie propre et ferme disponible 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Les données de l'EIA montrent que la consommation moyenne d'électricité des ménages est de 10632 kWh/an. Voir la source.
- L'eau facilement disponible dans une installation peut nécessiter un traitement supplémentaire pour répondre aux exigences de qualité strictes du reformage du méthane à la vapeur ou de l'électrolyse. Par conséquent, la consommation réelle d'eau brute peut varier en fonction de la qualité disponible. Les calculs ci-dessus supposent que l'eau est déjà traitée pour atteindre la qualité requise et n'incluent pas les considérations relatives à l'eau de refroidissement des équipements auxiliaires. Selon l'EPA, la consommation moyenne d'eau des ménages américains était de 1 136 litres par jour en 2016(source). Pour plus d'informations sur la façon dont la consommation réelle d'eau brute peut varier en fonction de la qualité disponible, voir la page web de la GHD.
Ammonia Production
Notes
- Production potentielle d'ammoniac sur la base d'une conversion à 100 % de l'hydrogène
- Les densités normales sont calculées à une température normale de 0oC et à une pression normale de 1 atm ou 101,325 kPa.
- L'installation a un facteur de disponibilité de 100 %, ce qui signifie qu'elle fonctionne 365 jours par an. Les facteurs de disponibilité habituels sont plus proches de 97 %.
Description des unités
| Unité | Description |
|---|---|
| kg/hr | kilogrammes par heure |
| MMBTU/hr (HHV) | millions d'unités thermiques britanniques par heure (pouvoir calorifique supérieur) |
| TPA | tonnes par an |
| lb/h | livres par heure |
| MMSCFD | millions de pieds cubes standard par jour |
| Nm3/h | mètres cubes normaux par heure |
| GPM | gallons par minute |
| TWh/an | térawattheures par an |
| MW | mégawatt |
| GW | gigawatt |
Cadre de référence de l'hydrogène
Pour un cadre de référence utile, 1 kilogramme d'hydrogène a à peu près le même contenu énergétique que 1 gallon d'essence, 0,9 gallon de diesel et 1 gallon de carburéacteur A1 lorsqu'on le compare sur la base d'un pouvoir calorifique inférieur.
