Méthanation : réalité ou fiction ?

Pourrait-on remplacer une partie du pétrole et du gaz naturel par du gaz d’origine électrique ?

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gaz-denis carl Robidoux (CC BY-NC 2.0)

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Méthanation : réalité ou fiction ?

Publié le 20 juillet 2015
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Par Michel Gay

gaz-denis carl Robidoux (CC BY-NC 2.0)
gaz-denis carl Robidoux (CC BY-NC 2.0)

Tout le monde s’accorde pour dire qu’un jour (à échéance incertaine), le pétrole et le gaz naturel vont se raréfier et/ou devenir beaucoup plus chers qu’aujourd’hui.

Or, miracle (?), fabriquer du méthane (CH4), composant principal du gaz naturel1, avec de l’électricité est techniquement possible à partir d’eau (dont on extrait l’hydrogène par électrolyse, ou par craquage de la molécule dans des réacteurs nucléaires dédiés à haute température, et de gaz carbonique (aussi appelé dioxyde de carbone ou CO2).

Ce processus de transformation, appelé méthanation2, n’est pas nouveau : il a été découvert par Sabatier en 1902. Ce méthane produit à partir d’électricité, nommé e-gaz ou e-méthane, a quasiment les mêmes caractéristiques physiques et la même valeur énergétique que le gaz naturel. Il existerait aussi une voie biologique ayant recours à des micro-organismes, qui reste encore hypothétique au niveau industriel.

 

Les avantages

L’Agence de l’environnement et de maîtrise des énergies (ADEME), des groupes industriels3 et quelques associations écologistes fondent aujourd’hui de grands espoirs sur cette production d’H2 et de e-méthane pour stocker l’électricité « en excédent » des énergies renouvelables. Cela permettrait de favoriser leur développement en évitant de gâcher leur production fluctuante et fatale, parfois non corrélée avec le besoin.

Mais en dehors de cette béquille destinée essentiellement à soutenir la production capricieuse des éoliennes et des panneaux photovoltaïques, le e-méthane pourrait avoir au moins deux autres avantages :

Succéder partiellement au gaz naturel et au pétrole importés

Pour le chauffage et les déplacements (si nous acceptons le surcoût ou bien si les nécessités nous y conduisent), la combinaison des usages de l’électricité et du e-méthane pourrait, par substitution, conduire à une réduction de notre consommation de gaz naturel et de pétrole importés allant jusqu’à 70 % (35 Mtep sur 50 Mtep, pour une valeur d’environ 10 milliards d’euros dans notre balance commerciale en 2014).

Permettre de réguler et d’optimiser la production d’électricité nationale en la lissant sur l’année grâce à ce stockage à grande échelle et à long terme (plusieurs mois)

C’est aujourd’hui impossible, sauf avec quelques barrages de montagne4 insuffisants au niveau des quantités en jeu pour une nation (plusieurs dizaines de milliers de GWh5). Le e-méthane serait davantage produit et stocké en été quand la consommation électrique est moindre, ainsi que les week-ends, par exemple. En effet, le e-méthane a l’avantage majeur de pouvoir être produit et injecté directement dans les réseaux de gaz naturel, ou stocké dans des cavités souterraines6 tout au long de l’année (comme le gaz naturel).

Cet artifice pour rendre stockable l’électricité sous forme de gaz (hydrogène ou méthane), utilisable à la demande, est connu sous le nom de Power to gas (P2G ou PtG).

 

Les inconvénients

Cependant, la production industrielle et la viabilité économique du e-méthane sont incertaines pour au moins trois raisons : le CO2, l’électricité, le coût.

Produire l’énorme quantité de CO2 nécessaire sera difficile

En effet, uniquement pour remplacer notre consommation actuelle de gaz naturel (38 Mtep7 en 2014, soit environ 4500 TWh), il faudrait 30 millions de tonnes (Mt) de e-méthane (un kg de méthane contient 15 kWh) dont la production nécessiterait près de 100 Mt de CO2 par an. Ils seront probablement cher à obtenir. Les moyens de production actuelle du CO2 destiné à l’agro-alimentaire8 ne seront pas suffisants. L’extraire de l’industrie existante (sidérurgie, cimenterie…), de la méthanisation et de la gazéification, ne sera pas suffisant non plus, et de loin.

Produire la quantité d’électricité nécessaire sera encore plus difficile.

Pour fabriquer ces 30 Mt de e-méthane, l’hydrogène obtenu par électrolyse nécessiterait environ 1200 TWh9 d’électricité. Cette énorme production (trois fois la consommation électrique actuelle) pourrait être fournie par 100 réacteurs nucléaires EPR10. Le système de production électrique actuel de 125 gigawatts (GW) inclut déjà 63 GW nucléaires fournis par 58 réacteurs.

Le coût de production du e-méthane est très supérieur à celui du gaz naturel importé actuellement

Le prix du gaz naturel est bas (moins de 10 dollars/MBtu11). Il faudrait que son prix de vente moyen actuel quintuple, au minimum. En effet, il faut 3 kWh d’électricité pour produire 1 kWh de méthane. Le e-méthane sera donc toujours au minimum trois fois plus cher que l’électricité même si des procédés à grande échelle deviennent plus efficaces.

De plus, ce kWh de e-méthane ne restituera que 0,5 kWh d’électricité dans une centrale à gaz (avec un rendement industriel supposé de 50 %, incluant le captage12 du CO2), soit un retour (rendement) d’environ 15 % ! Donc, en stockant 100 kWh d’électricité avec du méthane, on n’en récupère que 15 kWh !

La part restituée en électricité coûtera au minimum six fois plus cher que l’électricité entrante à stocker, sans tenir compte du coût des transformations (investissements, personnels…).

Le coût du e-méthane dépend donc fortement du prix de l’électricité, et aussi du CO2 industriel qui est nécessaire à sa fabrication, et dont le coût n’est tout simplement pas pris en compte dans les études savantes13.

 

Conclusion

Bien que la méthanation puisse apparaître séduisante comme moyen de stockage de l’électricité, ainsi que pour remplacer certains usages du pétrole et du gaz naturel (notamment dans les transports), il ne faut pas se leurrer sur les difficultés et sur le coût élevé de sa mise en œuvre. Elle est dépendante à la fois d’une production massive d’électricité bon marché, que seule la puissance nucléaire pourra fournir, et aussi de CO2.

Et d’où proviendra le CO2 ? Peut-être des centrales à gaz et au charbon des Allemands, à moins que d’ici là (après 2050), ces derniers soient revenus au nucléaire…

La méthanation est un fantasme soutenu par quelques scénarios futuristes bidons14 pour faire croire à la viabilité des énergies renouvelables intermittentes comme moyen principal de production de la France. Bien que techniquement réalisable, elle n’aura pas d’existence industrielle ni commerciale pendant au moins la première partie de ce siècle, et elle restera une fiction.

—-

Annexe
Quelques chiffres sur l’énergie en France

Toutes énergies confondues, la France consomme 270 Mtep d’énergie15 et elle en importe 135 Mtep (pétrole, gaz, charbon). Notre indépendance énergétique est donc actuellement de 50 %.

La part annuelle consacrée au chauffage (y compris l’eau chaude sanitaire) dans le résidentiel-tertiaire (logements, bureaux, magasins…) est d’environ 50 Mtep dont :

  • 50 % par le gaz ( soit 25 Mtep),
  • 20 % par le fuel (soit 10 Mtep)
  • 12 % par l’électricité (70 TWh = 6 Mtep),
  • 16 % par le bois (bûches, pellets, plaquettes… = 8 Mtep), et même en améliorant l’exploitation du bois en France, la production nationale ne pourra pas augmenter significativement au-delà de 10 Mtep, soit une augmentation de 25 %. Le reste sera importé de l’étranger.

 

À titre de comparaison, les divers carburants dans les transports en France représentent aussi environ 50 Mtep. Le reste du gaz et du pétrole sert principalement à produire de l’électricité et des produits de transformation dans l’industrie chimique (plastiques, engrais…).

L’hydro-électricité a un potentiel de croissance nationale physiquement limité. Aujourd’hui, 25 GW sont installés et produisent environ 60 TWh par an, soit environ 5 Mtep.

Le charbon sert toujours à produire une petite part de l’électricité (15 TWh soit environ 1,5 Mtep) mais il est quasiment inexistant comme combustible pour le chauffage résidentiel.

Pour alimenter en électricité les besoins de la population mondiale, incluant une production massive d’e-méthane, les combustibles nucléaires Uranium et Thorium sont et seront disponibles sur la planète en grandes quantités pendant plusieurs milliers d’années. Cette prouesse est rendue possible grâce aux réacteurs surgénérateurs, dont quelques-uns fonctionnent depuis plusieurs années en Russie, en Inde et en Chine.

En France, il y a déjà 3000 ans de stock de combustible uranium pour assurer nos besoins en électricité par des réacteurs surgénérateurs, et un nouveau démonstrateur est à l’étude (Astrid). Les réacteurs surgénérateurs Phénix et Superphénix ont fonctionné, par périodes, de 1973 à 2009 (plus de 30 ans de fonctionnement et 28 TWh de production électrique), pour le premier, et pour le second, de 1986 jusqu’à une décision politique d’arrêt prise par Lionel Jospin en 2009 alors qu’il avait fonctionné parfaitement pendant plus d’un an.

Aujourd’hui, avec une électricité bon marché (4 ou 5 cents/kWh à la production), le coût de production actuel du e-méthane (25 cents hors taxes/ kWh16) est dix fois plus élevé que le prix du gaz naturel acheté à l’étranger (2 cents/kWh17). Il est encore cinq fois plus cher que le gaz naturel livré à domicile aux particuliers hors taxes (5 cents HT / kWh). Retransformer ce e-méthane en électricité amènerait le coût à 50 cents/kWh restitué au minimum (au lieu de 5 cents/kWh actuellement).

Certains avancent que l’électricité excédentaire des énergies renouvelables est comptée à coût marginal « proche de zéro ». Mais alors combien coûte l’électricité qui est utilisée pour rentabiliser les investissements nécessaires à la production utile de ces renouvelables ?

Dire : « puisque cette électricité serait perdue de toute façon, alors ça ne coûte rien »… est un raccourci osé et faux ! Les contribuables et les consommateurs paient les subventions accordées aux éoliennes et aux panneaux photovoltaïques dont la production, décorrélée du besoin, est obligatoirement achetée par EDF à un prix fixe généralement supérieur au prix du marché. Et les producteurs calculent bien leur rentabilité en considérant la production totale des éoliennes et des panneaux photovoltaïques…

En revanche, le coût faramineux des immenses stockages d’électricité nécessaires à ces énergies renouvelables non pilotables ne leur est pas imputé. Le modèle énergétique des éoliennes et des PV n’est pas viable sans les soutiens financiers fournis pas les taxes payées par les contribuables et les consommateurs. Ces sources de production d’électricité resteront marginales, car elles sont aléatoires, intermittentes, diffuses et structurellement durablement chères malgré les dénégations de leurs admirateurs. Il faudrait abandonner le plus rapidement possible les subventions à ces chimères ruineuses et inutiles.

  1. Le gaz naturel est composé à plus de 90 % de méthane et de plusieurs autres composés chimiques avec des proportions variables suivant l’origine de l’extraction (éthane 5 %, propane 1 %, butane 0,2 %, azote…). Sa valeur énergétique est d’environ 10 kWh/m3 à pression atmosphérique et 15 kWh /kg.
  2. Transformation de Sabatier CO2 + 4H2 à CH4 + 2H2O
  3. L’ADEME, GrDF et GRTgaz ont financé une étude (septembre 2014) sur l’hydrogène et la méthanation portant sur la valorisation des excédents d’électricité renouvelable.
  4. Appelés STEP (station de transfert d’énergie par pompage) qui couvrent environ 5000 GWh.
  5. GWh = gigawattheure = milliard de wattheures.
  6. Volume utile (extractible) : 11,7 milliards de m3 soit 132 TWh (11 Mtep), représentant 26 % de la consommation annuelle française/débit de pointe : 200 millions de m3 / jour soit 2,3 TWh/jour.
  7. Mtep = million de tonnes équivalent pétrole ; 1 Mtep = 11,6 térawattheures (TWh = milliard de kWh).
  8. Aujourd’hui, le CO2 utilisé dans l’industrie est prélevé essentiellement des émissions provenant de la fabrication de l’ammoniac ou des engrais. Il est utilisé dans l’industrie agro-alimentaire pour la carbonatation des boissons pétillantes (sodas).
  9. En supposant un rendement de 33 % du cycle complet : 3 x 35 Mtep x 11,6 TWh = 1218 TWh.
  10. Un EPR de puissance unitaire 1,6 GW, fonctionnant à pleine puissance 7500 heures par an (facteur de charge de 85 %) produit 12 TWh par an.
  11. MBtu = million de British thermal unit = 293 kWh.
  12. La récupération du CO2 n’est efficace qu’à 90 % et réduit de 10 % le rendement énergétique d’une centrale à gaz.
  13. Dont celle précitée financée par l’ADEME, GRTgaz et GrDF diffusée en septembre 2014.
  14. Scénarios énergétiques pour 2030 et 2050 de l’ADEME, ainsi que des scénarios d’associations comme négaWatt, par exemple.
  15. Les chiffres cités arrondis sont issus du document de référence « Repère, chiffres clés de l’énergie » édition 2014, publié en février 2015 par le Commissariat général au développement durable/Service de l’Observation et des Statistiques (SOeS).
  16. Dossier de presse du projet « Volt Gaz Volt » de mars 2013.
  17. Le prix spot moyen annuel du gaz en 2014 a été d’environ 8 dollars/MBtu soit 6 euros/MBtu soit environ 600/293 # 2 cents/kWh.
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  • Le Gaz se raréfie, certainement pas pour les USA.
    Ayant un projet de départ, je m’étais rendu, il y 5 ans aux USA acheter une propriété.
    Récemment, voulant la louer, je me suis rendu à Miami : et là je me suis aperçu que tous mes voisins, avaient fait aménager leur jardin en y incluant 2 à 5 cheminées de plein air au gaz.
    Il s’agit pour l’un d’eux de faire des coins : pour chaque génération : un pour lui et ses copain, une belle table de poker, où l’on pourra profiter d’un feu au gaz central, en cas de nuit fraîches. Pour elle et ses copines, une belle cheminée de plein air, qui -à fond- dégage une véritable châleur tropicale, dans ses alentours.
    Pour ses filles : dans un autre coin du jardin : une cheminées à gaz avec LED de toutes les couleurs, et pour le Garçon, s’il recoit ses potes, un autre coin, genre grotte de cromagnon, avec cheminée à gaz et amplis musicaux…. et parce qu’une piscine est plus belle avec un volcan : sur un des bords de la piscine,
    un faux volcan qui cache une cheminée à gaz à eau utrasonique et led orange t rouge qui envoient des
    vapeurs colorées, du plus bel effet.
    C’est le grand gaspillage… alors allons-y : j’ai demandé au décorateur de me faire la même chose, 2 ambiances différentes avec cheminées à Gaz et un volcan au bord de la piscine. = 3 Cheminées à gaz de plein air…

    • Il y a un phénomène anormal lié à l’absence d’exportation significative de cette ressource.

      Le gaz est difficile à transporter, contrairement au pétrole.

  • MODÉRATION CONTREPOINTS >>
    Vous pouvez parfaitement critiquer les articles,
    mais les indélicatesses à l’égard des auteurs (ad hominem etc) ne sont pas acceptables.
    Si elles se répètent, le bannissement sera inévitable.

    • Tiens donc,
      Cela ne dérange pas la rédaction que l’auteur procède systématiquement et quasi hebdomadairement a de l’intoxication orientée anti-renouvelable, mais que j’expose sa méthode systématique de dénigrement vous heurte… aucune insulte, juste de l’explication de relecture de la méthode d’intoxication…

  • Tant qu’à utiliser cette électricité éolienne ou PV en surproduction, il y a une solution simple (comparée à celles basées sur l’hydrogène), donc sans surprise, sans coût caché et même adaptable à nos centrales nucléaires : le chauffage urbain ou réseau de chauffage à distance !

    Vouloir à tout prix stocker de l’électricité est une décision idéologique : S’opposer frontalement aux autres moyens de production.

    • Le problème du chauffage urbain et des réseaux de chauffage, c’est que ces besoins sont aussi intermittents !
      En ce moment, le voltaïque produit à plein rendement, mais nul n’a besoin de chauffage.

      • Ca tombe bien, on peut aussi utiliser l’électricité pour plein d’autres choses… et même la clim en été 🙂
        Utiliser de l’électricité, quel qu’en soit son mode de production, pour se chauffer est une horreur absolue en matière de rendement énergétique… mais il est vrai que cela justifie 50% de notre parc de centrales nucléaires…

        • Alors, comment doit-on se chauffer pour être « énergétiquement correct »?

        • Vous en êtes resté aux anciens radiateurs façon « grille-pain »?

        • « Utiliser de l’électricité, quel qu’en soit son mode de production, pour se chauffer est une horreur absolue en matière de rendement énergétique »
          complétement faux.
          Un climatiseur réversible, en mode chauffage, produit 4 kWh de chauffage pour 1 kWh électrique consommé.
          Et il coute moins cher que la moins cher des chaudière basique à gaz ou fioul.
          Même avec les pertes en amont le système est plus économique en énergie que tout le reste.

          • Une Clim réversible avec un COP de 4 ? Vous avez une référence ? Un COP vraiment mesuré est entre 2,5 et 3, dans de bonnes circonstances… Et ca ne marche pas bien en dessous de -10,
            Donc oui, c’est un bon matériel, mais qui a de sérieuses limites, et qui ne compense pas les 35% de rendement du cycle de carnot… qui produit déjà au départ 2 fois plus de chaleur qu’il ne produit d’électricité, et que l’on rejette, bêtement… Mais bon… ce que j’en dis…

  • Dans le domaine de l’automobile, le e-gaz pourrait-être rentable s’il est détaxé, et si l’électricité est d’origine nucléaire les verts changeront de … couleur ❗
    Les américains pensent arriver à une production concurrentielle. Optimisme démesuré ❓ Pour l’instant ce sera pour leurs portes-avions nucléaires, autonomie en kérosène.

    • Le e-gaz peut être rentable s’il est produit à base d’énergie gratuite et de CO2 gratuit, que la machine est fabriquée avec des matériaux gratuits par des ouvriers gratuits sur la base d’une conception gratuitement réalisée par un bureau d’étude gratuit.

    • La technologie américaine consiste à faire dégazer l’eau de mer en l’acidifiant dans une cellule qui réalise en même temps l’électrolyse. Ca parait presque trop beau pour être vrai (mais les chercheurs de la Navy ne sont certainement pas des rêveurs).

      Toute la question est de savoir si ce processus peut être industrialisé à grande échelle. Sinon c’est génial : on fonctionnerait en circuit fermé océan->carburant->eau+CO2 dans l’atmosphère->écoulement et absorption par l’océan. Le rendement énergétique est probablement pas fameux, mais si M. Gay nous construit quelques EPR au bord de la mer (mais à l’abri des Tsunami …) et parvient à électrolyser et dégazer son eau de refroidissement …

      • Ils prétendaient à un rendement de 60% (!) pour le méthane, et plus élevé pour le second étage de transformation en kérosène.
        Ensuite, il faut voir ce que l’on en fait. Si c’est pour du transport ou du chauffage cela peut être intéressant. Si c’est pour le re-transformer en électricité, c’est moins évident, sauf électricité de pointe.
        On peut discuter du prix du kWh nucléaire, mais aux heures creuses, le marché le fixe à près de zéro, 4 centimes n’étant qu’une moyenne.
        S’il est encore trop tôt pour y penser sérieusement, on y verra plus clair dans quelques années.

        • @Michel C, la question des rendements des stockages est en effet primordiale pour un stockage. Le stockage de l’électricité en faisant remonter de l’eau dans des barrages lors des excédents de production d’électricité pour la turbiner ensuite à la demande ( Stations de transferts d’énergie par pompage, STEP) a un rendement global d’environ 70 % si l’on tient compte de tout, y compris du transport de l’électricité. Les capacités de ce type de stockage sont très importantes, mais ne pourront jamais en Europe être à la mesure des capacités nécessaires pour stocker les énormes quantités fatales produites par l’éolien et le solaire. La méthanation paraît donc être une solution intéressante, sauf que le rendement réel (pas le rendement promotionnel annoncé par les écologistes et en particulier par Négawatt et l’ADEME) n’est ici que de 20 %! On met donc à la poubelle 80 % de l’électricité qui entre dans le stockage. Il faut donc un énorme surinvestissement (en éoliennes, en panneaux solaires) pour mettre en concordance production et consommation.
          Ce surinvestissement serait moins élevé avec les centrales nucléaires ou thermiques parce que leur production est commandable et non fatale. La proportion de l’électricité à stocker par rapport à l’électricité produite est donc ici bien moins importante qu’avec l’éolien ou le solaire (dans le cas du solaire, il est énorme, car il faut stocker en été l’électricité utilisée en hiver, tandis qu’avec l’éolien, il s’agit plutôt d’un stockage d’une quinzaine sur l’autre). On régule le nucléaire français avec l’hydraulique français, c’est déjà impossible avec l’éolien et le solaire français.
          Tout ceci se calcule, mais si on triche sur les rendements réels de stockage, comme le font Négawatt et l’ADEME, alors çà devient la foire aux illusions. Mais n’est-ce pas le but recherché: faire prendre au citoyen lambda des vessies pour des lanternes, de manière à ce qu’il adhère au catéchisme?
          Dans le domaine militaire, cela a beaucoup moins d’importance. Il faut avoir du carburant coûte que coûte, pour que la guerre ne s’arrête pas faute de carburant.

          • La surgénération ouvre des possibilités, vu le coût faible, moi je ferai payer très cher le kg de Pu incinéré, des millions par kg… Et si la température de sortie est de 950 Celsius, cela ouvre des portes à la chimie pour former des carburants qui eux se stockent, on sait faire, personne ne dira le contraire.

  • Après avoir lu le scénario de negawwatt il y a plus de chose intéressantes que dans cet article qui au final propose que du 100% nucléaire. Cela fait 2 articles que je consulte qui vont toujours d’un extrême à l’autre. Si nous avons une production excédentaire pouvons nous la stocker? Ici il ne s’agit pas de construire des centrales électrique dans ce but mais bien de stocker un excédent. Il faut bien se rendre à l’évidence que le nucléaire n’est et ne sera plus la solution et pas pour des raisons économiques et écologique tant que des tarés se promèneront avec des armes. Il est d

    • Oui, l’expérience du Negawatt est très intéressante, mais il faut voir plus loin : le président Hollande à mis en place le Negawork qui est sans aucun doute prometteur. La Grèce, après une phase de test concluante est passé à la phase de généralisation du Negamoney.

      L’éducation nationale poursuit son effort de long terme dans la généralisation du Neganeuron. Le succès est garanti, même si l’on doit compter en terme de générations pour mesurer les impacts.

    • Qu’avez-vous contre le « 100 % nucléaire »?

  • Cette analyse des questions d’énergie me plais bien !
    Il serait intéressant de parler des surgénérateurs nucléaires, ces réacteurs qui produisent plus de combustible nucléaire qu’ils n’en consomment.
    La France a été en tête du peloton en 1977, jusqu’à l’arrivée de Lionel Jospin comme premier ministre de Jacques Chirac.
    Sous l’influence de Dominique Voynet, ministre de l’écologie à l’époque.
    Cette surdouée a conseillé à Jospin l’arret du Surgénérateur Superphénix qui produisait plus de matières fissiles qu’il n’en brulait en fonctionnant.
    Nos amis étrangers nous ont pris pris pour des fous !!!

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