En 1987, dans un village du Mali, des ouvriers creusaient un puits lorsqu’ils ont senti un courant d’air. L’un des ouvriers fumait une cigarette et l’air s’est enflammé, brûlant une flamme bleu clair. Le puits était bouché à l’époque, mais en 2012, il a été exploité pour fournir de l’énergie au village, alimentant un générateur pendant neuf ans.
La source de carburant : l’hydrogène géologique.
Depuis des décennies, l’hydrogène est considéré comme un carburant potentiellement révolutionnaire. Mais les efforts visant à produire de l’hydrogène « vert » (en divisant l’eau en hydrogène et en oxygène à l’aide d’électricité renouvelable), de l’hydrogène « gris » (en fabriquant de l’hydrogène à partir du méthane et en libérant le biproduit dioxyde de carbone (CO)2) dans l’atmosphère), l’hydrogène « brun » (produit par la gazéification du charbon) et l’hydrogène « bleu » (fabrication d’hydrogène à partir du méthane mais captage du CO2) se sont révélés jusqu’à présent coûteux et/ou énergivores.
Entrez l’hydrogène géologique. Également connu sous le nom d’hydrogène « orange », « or », « blanc », « naturel » et même « clair », l’hydrogène géologique est généré par des processus géochimiques naturels dans la croûte terrestre. Même s’il reste encore beaucoup à apprendre, un nombre croissant de chercheurs et de dirigeants de l’industrie espèrent que cette ressource deviendra une ressource abondante et abordable se trouvant juste sous nos pieds.
« Il y a énormément d’incertitude à ce sujet », a noté Robert Stoner, directeur fondateur du MIT Tata Center for Technology and Design, dans son discours d’ouverture du symposium de printemps de la MIT Energy Initiative (MITEI). « Mais la perspective d’un hydrogène propre facilement productible apparaissant partout dans le monde pourrait changer la donne à court terme. »
Un nouvel espoir pour l’hydrogène
En avril dernier, le MITEI a réuni des chercheurs, des leaders de l’industrie et des experts universitaires du MIT et du monde entier pour discuter des défis et des opportunités posés par l’hydrogène géologique lors d’un symposium d’une journée intitulé « L’hydrogène géologique : l’orange et l’or sont-ils le nouveau vert ? Ce domaine est si nouveau que, jusqu’à il y a un an, le site Web du Département américain de l’énergie (DOE) affirmait à tort que l’hydrogène n’était présent naturellement sur Terre que sous des formes composées, liées chimiquement à d’autres éléments.
« Il existe une idée fausse très répandue selon laquelle l’hydrogène n’est pas présent naturellement sur Terre », a déclaré Geoffrey Ellis, géologue chercheur à l’US Geological Survey. Il a noté que la production naturelle d’hydrogène a tendance à se produire dans des endroits différents des endroits où le pétrole et le gaz naturel sont susceptibles d’être découverts, ce qui explique pourquoi les découvertes géologiques d’hydrogène ont été relativement rares, du moins jusqu’à récemment.
« L’exploration pétrolière ne cible pas l’hydrogène », a déclaré Ellis. « Les entreprises ne le recherchent tout simplement pas vraiment, elles ne s’y intéressent pas et, bien souvent, elles ne le mesurent pas. L’industrie de l’énergie dépense des milliards de dollars chaque année en exploration utilisant une technologie très sophistiquée, et pourtant elle continue de forer des trous secs. Je pense donc qu’il est naïf de penser que nous trouverions soudainement de l’hydrogène tout le temps alors que nous ne le recherchons pas.
En fait, le nombre de chercheurs et de startups énergétiques ayant déployé des efforts ciblés pour caractériser l’hydrogène géologique a augmenté au cours des dernières années – et ces recherches ont découvert de nouvelles perspectives, a déclaré Mary Haas, partenaire de risque chez Breakthrough Energy Ventures. « Nous avons constaté une augmentation spectaculaire des activités d’exploration, maintenant qu’il existe un effort concentré de la part d’une petite communauté mondiale. Chez Breakthrough Energy, nous sommes enthousiasmés par le potentiel de cet espace, ainsi que par notre rôle dans l’accélération de sa progression », a-t-elle déclaré. Haas a noté que si l’hydrogène géologique pouvait être produit à 1 $ le kilogramme, cela serait cohérent avec le point de « décollage » ciblé par le DOE pour la source d’énergie. « Si cela se produit », a-t-elle déclaré, « ce serait transformateur. »
Haas a noté que seule une petite partie des sites d’hydrogène identifiés sont actuellement en cours d’exploration commerciale, et elle a averti qu’il n’est pas encore clair dans quelle mesure la ressource pourrait jouer dans la transition vers l’énergie verte. Mais, dit-elle, « cela vaut la peine et est important de le découvrir ».
Inventer une nouvelle filière énergétique
L’hydrogène géologique est produit lorsque l’eau réagit avec les minéraux riches en fer présents dans la roche. Les chercheurs et l’industrie étudient les moyens de stimuler cette production naturelle en pompant de l’eau vers des gisements prometteurs.
Dans toute nouvelle zone d’exploration, les équipes doivent poser une série de questions pour qualifier le site, a déclaré Avon McIntyre, directeur exécutif de HyTerra Ltd., une société australienne axée sur l’exploration et la production d’hydrogène géologique. Ces questions incluent : La géologie est-elle favorable ? La législation locale autorise-t-elle l’exploration et la production ? Le site offre-t-il un chemin clair vers la valeur ? Et quelles sont les implications carbone de la production d’hydrogène sur le site ?
« Nous devons être humbles », a déclaré McIntyre. « Nous ne pouvons pas être trop prescriptifs et penser que nous allons directement réussir. Nous avons une occasion unique de nous arrêter et de réfléchir à ce à quoi ressemblera cette industrie, comment elle fonctionnera et comment nous pouvons rassembler diverses disciplines. C’est un thème qui est revenu à plusieurs reprises au cours du symposium : l’idée selon laquelle de nombreuses parties prenantes différentes, notamment celles du monde universitaire, de l’industrie et du gouvernement, devront travailler ensemble pour explorer la viabilité de l’hydrogène géologique et le commercialiser à un moment donné. échelle.
En plus du risque que la production d’hydrogène génère des émissions de gaz à effet de serre (dans les cas, par exemple, où les gisements d’hydrogène sont contaminés par du gaz naturel), les chercheurs et l’industrie doivent également prendre en compte la déformation du paysage et même les implications sismiques potentielles, a déclaré Bradford Hager, professeur Cecil et Ida Green de sciences de la Terre au Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes du MIT.
Les impacts de surface de l’exploration et de la production d’hydrogène seront probablement similaires à ceux provoqués par le processus d’hydrofracturation (« fracking ») utilisé dans l’extraction de pétrole et de gaz naturel, a déclaré Hager.
« Il y aura une déformation inévitable de la surface. Dans la plupart des endroits, vous ne voulez pas cela s’il y a des infrastructures à proximité », a déclaré Hager. « La sismicité dans la zone stimulée elle-même ne devrait pas poser de problème, car les zones sont testées en premier. Mais nous devons éviter de stresser les roches fragiles environnantes.
McIntyre a noté que les arguments commerciaux en faveur de l’hydrogène restent difficiles à quantifier, sans même un prix « au comptant » que les entreprises peuvent utiliser pour effectuer des calculs économiques. Au début, a-t-il déclaré, la capture de l’hélium sur les sites d’exploration de l’hydrogène pourrait être une voie vers des flux de trésorerie précoces, mais cela pourrait finalement servir de « distraction » alors que les équipes tentent d’atteindre l’objectif principal de la production d’hydrogène. Il a également noté qu’il n’est pas encore clair si les roches dures, les roches molles ou les environnements sous-marins recèlent le plus grand potentiel pour l’hydrogène géologique, mais tous sont prometteurs.
« Si vous additionnez toutes ces choses », a déclaré McIntyre, « ce que nous finirons par faire peut être très différent de ce que nous pensons faire maintenant. »
Le chemin à parcourir
Alors que les perspectives à long terme de l’hydrogène géologique sont entourées d’incertitudes, la plupart des intervenants du symposium ont adopté un ton optimiste. Ellis a noté que le DOE a consacré 20 millions de dollars à un programme de stimulation de l’hydrogène. Paris Smalls, co-fondateur et PDG d’Eden GeoPower Inc., a déclaré « nous pensons qu’il existe une voie » pour produire de l’hydrogène géologique en dessous du seuil de 1 $ le kilogramme. Et Iwnetim Abate, professeur adjoint au Département de science et d’ingénierie des matériaux du MIT, a déclaré que l’hydrogène géologique ouvre l’idée de la Terre en tant que « usine pour produire des carburants propres », utilisant la chaleur et la pression souterraines au lieu de compter sur la combustion de combustibles fossiles. ou du gaz naturel dans le même but.
« La Terre a eu 4,6 milliards d’années pour réaliser ces expériences », a déclaré Oliver Jagoutz, professeur de géologie au département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes du MIT. « Il existe donc probablement une très bonne solution. »
Alexis Templeton, professeur de sciences géologiques à l’Université du Colorado à Boulder, a plaidé en faveur d’une action rapide. « Passons au pilotage, plus vite que vous ne le pensez », dit-elle. « Pourquoi? Parce que nous avons certains systèmes que nous comprenons. Nous pourrions tester les approches d’ingénierie et nous assurer que nous développons les bons outils, le bon développement technologique, les bonnes expériences en laboratoire. Pour ce faire, nous avons désespérément besoin de données provenant du terrain.
« Cela se développe si vite », a ajouté Templeton. « La dynamique et le développement de l’hydrogène géologique sont vraiment assez importants. Nous devons commencer à obtenir des données à grande échelle. Et puis, je pense que de plus en plus de gens quitteront très rapidement le banc de touche.»
