Évaluer le potentiel des réseaux de dioxyde d’hydrogène et de carbone pour l’avenir des systèmes énergétiques européens

Au cours des dernières décennies, de nombreux pays du monde ont essayé de transformer progressivement leurs systèmes énergétiques, dans le but de réduire les émissions de carbone et d’atténuer les effets négatifs du changement climatique. Hydrogène et dioxyde de carbone (CO₂) réseaux de transport, infrastructures conçues pour transporter l’hydrogène gazeux et capturer le CO₂pourrait soutenir le changement vers les systèmes énergétiques neutres sur le climat.

Des chercheurs de l’université technique de Berlin ont réalisé une étude visant à mieux comprendre la mesure dans laquelle l’hydrogène et le CO₂ réseaux de transport pourrait contribuer à la future décarbonisation du système énergétique européen. Leur papier, publié dans Énergie de la naturesuggère que ces deux types de réseaux pourraient jouer un rôle clé dans l’établissement d’un système énergétique européen durable et propre.

« À notre avis, nous envisageons une économie conviviale du climat qui repose le moins possible sur combustibles fossiles et respecte les considérations socio-économiques « , a déclaré à Tech Xplore Fabian Hofmann, premier auteur du journal.

« Pour y parvenir, il y a un écart de connaissances général en ce qui concerne la façon dont nous décarbonnions les secteurs« durs à abuser ». Bien qu’il soit clair que l’électrification et la construction d’énergies renouvelables (ainsi que les stockages d’énergie et les capacités de transmission) est la voie principale de la plupart des secteurs, il existe certaines zones énergétiques de l’économie où nous avons besoin de solutions alternatives. »

Le carburant d’hydrogène est souvent considéré comme une alternative prometteuse aux combustibles synthétiques pour fournir de l’énergie verte dans certaines industries. Deux exemples clés sont l’industrie aéronautique, qui s’appuie sur des quantités élevées de carburants synthétiques, et l’industrie du ciment, qui est connu pour émettre de grandes quantités de CO₂.

« Ici gestion du carbone devient tout aussi important: pour les carburants synthétiques, d’où vient le carbone; Pour les émissions basées sur les processus, où les mettons-nous? « , A déclaré Hofmann.

« Naturellement, la question se pose de savoir s’il est avantageux d’intégrer pleinement la gestion du carbone, y compris le transport et le stockage, dans le système énergétique global. Dans notre article, nous voulons quantifier ce bénéfice potentiel et examiner comment les réseaux d’hydrogène et de carbone pourraient compléter ou rivaliser entre eux. »

L’objectif clé de la récente étude de Hofmann et de ses collègues était de faire la lumière sur la mesure dans laquelle l’hydrogène et le CO₂ Les réseaux pourraient collectivement contribuer à de futurs systèmes énergétiques.

Pour étudier cela, les chercheurs ont construit un modèle détaillé du paysage énergétique de l’Europe, en utilisant une plate-forme logicielle open source appelée PYPSA-EUR.

En utilisant cette plate-forme, ils ont comparé quatre scénarios différents. Dans le premier scénario, il n’y avait pas de réseaux spécialisés, dans le second seul un CO₂ Réseau, dans le troisième, un réseau d’hydrogène et dans le second, les deux types de réseaux.

« Notre modèle représente l’Europe comme un réseau de 90 régions interconnectées, où l’énergie peut circuler entre les régions à travers des lignes de transmission, des pipelines et d’autres infrastructures – chacun avec ses propres contraintes et pertes de capacité », a expliqué Hofmann. « Pour l’hydrogène et le CO₂ Pipelines, nous avons considéré des propriétés physiques réalistes comme les besoins en énergie de compression et les pertes de transport. « 

Les chercheurs ont organisé une simulation d’une année complète avec une résolution temporelle de trois heures. Cette simulation était faisable par calcul, mais elle leur a toujours permis de saisir suffisamment la variabilité associée aux sources d’énergie renouvelables, ainsi que l’interaction complexe entre les deux types de réseaux.

« Pour chaque scénario, nous avons calculé le mélange le plus rentable de technologies et d’infrastructures pour répondre aux besoins énergétiques de l’Europe tout en réalisant les émissions de zéro nettes d’ici 2050 », a déclaré Hofmann.

« Cette approche nous a aidés à déterminer s’il est plus logique économique de déplacer l’hydrogène vers l’endroit où le carbone est disponible, ou de déplacer le carbone vers des endroits où l’hydrogène peut être produit à moindre coût, tout en tenant compte des contraintes réelles de la géographie, des conditions météorologiques et des limitations d’infrastructure. »

Les simulations gérées par Hofmann et ses collègues ont donné des résultats très intéressants. Premièrement, ils ont constaté que même si l’hydrogène et le CO₂ Les réseaux réduisent individuellement les coûts par rapport aux scénarios dans lesquels aucune n’est présente, une combinaison des deux réseaux était la plus rentable, ce qui permet d’économiser environ 41 milliards d’euros par an.

« Le réseau d’hydrogène sert principalement à transporter l’hydrogène à faible coût des régions avec de très bonnes ressources renouvelables aux centres industriels et aux installations qui produisent des carburants synthétiques », a ajouté Hofmann.

« Pendant ce temps, le réseau de carbone se déplace efficacement capturé dioxyde de carbone Des sites industriels intérieurs aux emplacements de stockage près des côtes. Pour les décideurs politiques et les planificateurs d’énergie, nos résultats soulignent l’importance de la planification coordonnée dans différents secteurs de l’énergie et les frontières nationales. « 

Les résultats de cette étude récente pourraient éclairer les interventions futures au sein de l’industrie de l’énergie. Plus précisément, ils suggèrent qu’au lieu de considérer les infrastructures d’hydrogène et de carbone comme des investissements séparés ou concurrents, les décideurs et les ingénieurs devraient les considérer comme des systèmes complémentaires, car leur impact positif est nettement plus élevé lorsqu’ils sont combinés.

« Surtout, nous avons constaté que ces configurations de réseau restent efficaces même lors du resserrement des cibles climatiques pour atteindre les émissions nettes négatives, fournissant une base robuste pour les décisions d’infrastructure à long terme », a déclaré Hofmann.

« Bien que j’aie déménagé dans un nouveau poste en dehors du monde universitaire, je reste impliqué dans la modélisation du système énergétique, en me concentrant davantage sur le développement des outils logiciels PYPSA. Mes collègues de l’université technique de Berlin travaillent sur une étude de suivi qui s’appuie directement sur nos résultats. »

La nouvelle recherche que les collègues de Hofmann mène explorent les implications pratiques de leurs résultats récents, en évaluant la performance des projets PCI-PMI (projets d’intérêt commun et projets d’intérêt mutuel), en se concentrant spécifiquement sur l’hydrogène et le CO₂ infrastructure.

Les résultats de l’équipe, rassemblés à l’aide d’une approche de modélisation myope, offriront de nouveaux informations sur la façon dont les projets d’infrastructure prévus pourraient aider à atteindre les objectifs de politique européens à travers différents horizons temporels (c’est-à-dire 2030, 2040 et 2050).

« Un aspect important du travail de mes collègues est de quantifier les« regrets »économiques ou les implications des coûts si les déploiements de pipelines sont retardés d’une période, s’ils ne sont pas du tout développés, ou si certains objectifs politiques sont abandonnés », a ajouté Hofmann.

« Cette recherche fournira des informations précieuses aux décideurs politiques sur les implications pratiques des décisions de planification des infrastructures et leur alignement sur les objectifs climatiques de l’Europe. »

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