Dr. Ned Djilali Directeur, Institute for Integrated Energy Systems

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1 Changement climatique et Options d’adaptation des techniques d’énergies
Dr. Ned Djilali Directeur, Institute for Integrated Energy Systems University of Victoria Présentation au Comité sénatorial permanent de l’agriculture et des forêts Vancouver, 28 fév. 2003

2 Transition historique du système énergétique global
Part du marché de l’énergie combustible (%) Transition historique du système énergétique global Puisque les émissions sont étroitement liées aux sources d’énergie, il est utile d’examiner le développement de l’approvisionnement en hydrocarbures dans le système énergétique global. La révolution industrielle au cours du XIXe siècle a été marquée par le remplacement progressif du bois par le charbon, d’abord en Grande-Bretagne puis dans le reste du monde. À son tour, le charbon a été remplacé par le pétrole au cours du XXe siècle, et la source d’énergie en expansion rapide est actuellement le gaz naturel. Il y a eu donc un changement des produits solides aux produits liquides et gazeux. Cette transition implique une tendance sous-jacente plus importante du point de vue des émissions : la décarburation progressive de notre approvisionnement énergétique.

3 La voie de décarburation
Charbon H/C = 0,5 C H Pétrole H/C = 2 C H Propane H/C = 2,66 C H C H Méthane H/C = 4 H Hydrogène H/C =  Les émissions de CO2 des combustibles fossiles sont directement liées au contenu en carbone du combustible. Le charbon a un atome d’hydrogène pour chaque deux atomes de carbone. À mesure que nous passons du charbon, au pétrole et au gaz, ce cœfficient augmente et l’impact sur l’environnement diminue. L’extension finale de cette évolution positive est l’hydrogène.

4 Vers une économie d’hydrogène?
Part du marché de l’énergie (%) D? 20XX? L’apparition de l’hydrogène comme vecteur ou devise énergétique de premier plan s’appuie initialement sur l’infrastructure existante et en croissance rapide du gaz naturel aux fins de production et de distribution. En fin de compte, une économie d’hydrogène fondée sur une infrastructure intégrée électricité-hydrogène naîtra en fonction des énergies hydroélectrique, renouvelable et nucléaire. Une telle infrastructure révolutionnerait le système énergétique et est actuellement le seul cheminement plausible pour une réduction importante des émissions. En plus de l’infrastructure d’hydrogène, les piles à combustible et l’électrolyse constituent deux techniques clés de l’économie d’hydrogène. Il faut signaler que l’hydrogène est déjà une énergie commune et un produit industriel : la production mondiale courante serait suffisante pour alimenter 250 millions de véhicules à pile à combustible, l’équivalent de la flotte nord-américaine courante. La consommation mondiale de l’hydrogène ~ 50 mégatonnes/année (engrais; usines chimiques, production- hydrogénation des combustibles liquides) L’équiv. de 10 % de la production pétrolière mondiale  suffit à approvisionner en carburant ~250 millions de véhicules routiers, ce qui correspond à la flotte nord-américaine

5 Émissions de dioxyde de carbone par secteur, 1997
(Source: RNCan) Cependant, le secteur du transport est la principale source du problème. Si on tient compte des émissions d’échappement et des émissions en amont, le secteur du transport représente plus du tiers des émissions de gaz à effet de serre (GES) au Canada

6 Les mesures du plan d’action sur le changement climatique sont-elles suffisantes?
Améliorer l’efficacité de 25 % (5,2 mt) Mélange d’éthanol dans 25 % de l’essence (0,8 mt) Programme de démonstration de véhicules à pile à combustible (0,1 mt) Stratégie de transp. urbain intégré (0,8 mt) Compressions volontaires dans le secteur du transp. (2 mt) Action en faveur du consommateur (0,8 mt) Mélange d’éthanol dans 35 % de l’essence + biodiésels (2 mt) Programme de démonstration de véhicules à pile à combustible (0,1 mt) Planification urbaine durable + Transport en commun (0,8 mt) Efficacité améliorée du transport de marchandises (2,3 mt) Dans le plan d’action publié par le gouvernement fédéral, Mesures en route : -9 mt + prochaine étape proposée : -12 mt  21tm Sans égard au fait que l’atteinte de ces objectifs à l’aide des mesures proposées est loin d’être certaine, les objectifs sont en eux-mêmes très timides et représentent 20 % des réductions pour un secteur qui produit plus du tiers des émissions de gaz à effet de serre

7 Chaîne du système énergétique
Transport Communication Éclairage Soins de santé Chauffage Climatisation Aliments Eau : Automobile Téléphone Ampoule Balayage-RMN Thermopompe Réfrigérateur : Essence Électricité Méthanol Méthane Hydrogène Raffinage du pétrole Génératrices hydrauliques Centrales nucléaires Digestion anaérobie Charbon Pétrole Gaz naturel Lumière du soleil Vent Uranium Biomasse : Techniques de transformation Technologies du service Services Devises Sources Ce que les gens veulent Ce que les développeurs de systèmes énergétiques créent Ce que la nature fournit

8 Technologiesdu service Techniques de transformation Services Devises
Sources Récolte Moissonneuse-batteuse Carburant diesel Installations de forage et raffineries de pétrole Pétrole brutl Installations de forage et raffineries de pétrole Carburant diesel Pétrole brut Station de traitement d’eau Eau potable Éolienne Vent Électricité Barrages hydrauliques Énergie hydroélectrique À charbon Centrales Géothermiques Au gaz naturel Nucléaires

9 Technologies du service Techniques de transformation Services Devises
Sources Récolte Moissonneuse-batteuse Carburant diesel Installations de forage et raffineries de pétrole Pétrole brut Installations de forage et raffineries de pétrole Carburant diesel Pétrole brut Station de traitement d’eau Eau potable Éolienne Vent Électricité Barrages hydrauliques Énergie hydroélectrique À charbon Centrales Géothermiques Au gaz naturel Nucléaires

10 Technologies du service Techniques de transformation Services Devises
Sources Récolte Moissonneuse-batteuse Carburant diesel Installations de forage et raffineries de pétrole Pétrole brut Installations de forage et raffineries de pétrole Carburant diesel Pétrole brut Station de traitement d’eau Eau potable Éolienne Vent Électricité Barrages hydrauliques Énergie hydroélectrique À charbon Centrales Géothermiques Au gaz naturel Nucléaires

11 Système énergétique courant
Électricité: charge de base disponible Hydroélectrique Pétrole/Gaz nat. Charbon Nucléaire Services fixes Renouvelables etc. Services mobiles Si nous examinons l’infrastructure courante de l’énergie, nous constatons qu’elle est constituée d’un réseau hydroélectrique qui répond à la plupart des besoins industriels et résidentiels et de systèmes de production et de distribution distincts pour le transport. Nous n’avons aucun moyen pratique pour par exemple utiliser l’énergie renouvelable dans le transport Pétrole

12 Système énergétique naissant
Hydroélectrique Nucléaire Éolienne Solaire Géothermique Marémotrice Électricité: charge de base disp. Services fixes Production d’hydrogène Sevices mobiles Stockage d’hydrogène Pileà combustible Biomasse Gaz naturel La solution de rechange est : de s’engager audacieusement dans la voie de l’avenir et de mettre en œuvre l’infrastructure pour l’économie d’hydrogène. une telle infrastructure nous permettrait d’alimenter les services énergétiques fixes avec la charge de base d’un réseau doté de diverses sources qui ne dégagent pas d’émissions. l’énergie excédentaire pendant les heures creuses ou la période hors saison serait utilisée pour produire de l’hydrogène au moyen de l’électrolyse. l’hydrogène stocké et distribué de façon appropriée servirait alors à alimenter les véhicules à pile à combustible et à soutenir le réseau durant la période de pointe. Les secteurs et services d’énergie ne sont plus séparés et nous avons le moyen d’utiliser le mélange le plus approprié d’énergies hydroélectrique, renouvelable et nucléaire qui s’adapte aux ressources locales, géographiques et socio-économiques.

13 Comment atteindre ces objectifs?
Techniques Éoliennes Technique de micro- énergie Réacteurs nucléaires Réformateurs Électrolyse Composés à haute pression Liquéfaction Hydrures métalliques Gazoducs Piles à combustible Voitures électriques hybrides Cogénération Enjeux Coûts Infrastructure de l’hydrogène Rythme lent du développement Sanctions/incitatifs gouvernementaux insuffisants Programmes de démonstration inappropriés Risque de perdre les entreprises canadiennes Comment atteindre ces objectifs  Toutes les techniques d’énergies nécessaires sont disponibles : pour exploiter l’énergie pour produire de l’hydrogène pour le stocker et le distribuer pour le convertir en énergie Toutes ces techniques sont à un stade différent de maturité, mais elles ont toutes été éprouvées et dans certains cas commercialisées; aucune d’entre elles ne fait face à des obstacles insurmontables Les principaux enjeux sont : de réduire les coûts d’élaborer et de mettre en œuvre une infrastructure de l’hydrogène de favoriser des programmes de démonstration correspondant aux enjeux Politique technologique pour la réduction des émissions de GES Accélérer la transformation Charbon  Pétrole  Gaz naturel Incitatifs et réglementation pour une efficacité améliorée

14 = Initiatives mondiales California Fuel Cell Partnership (CaFCP)
Initiative européenne de démonstration d’autobus à pile à combustible Fonds pour l’environnement mondial-PNUD Japan Hydrogen & Fuel Cell Demonstration Project (JHFC) = «Protocole de Kyoto» + Hydrogène et piles à combustible Avantages environnementaux + économiques Des programmes d’envergure ont été lancés partout dans le monde aux É.-U., en Europe et au Japon. L’Islande s’est lancée dan la voie du futur pour devenir la première économie de l’hydrogène. Les politiques énergétiques qui s’appuient fortement sur la transition et les améliorations progressives de la technique d’énergie existante sans envisager la refonte de la chaîne du système énergétique global ne nous permettront pas de produire un impact important. La volonté politique + le savoir-faire existant, ainsi q’une position de chef de file dans le domaine de la technologie nous placent en bonne posture pour tirer des avantages environnementaux et économiques, si nous choisissons de suivre un cheminement plus audacieux et déterminant L’initiative California Fuel Cell Partnership : 50 voitures + 20 autobus au cours des deux prochaines années L’initiative européenne de démonstration d’autobus à pile à combustible : 30 autobus (Amsterdam; Barcelone, Hambourg, Stuttgart, Londres, Luxembourg, Porto, Stockholm, Reykjavik) + encore à venir Fonds pour l’environnement mondial-PNUD : Programme de démonstration d’autobus à pile à combustible (>130 US $)  L’Inde, la Chine, le le Brésil, le Mexique et l’Égypte L’initiative japonaise Japan Hydrogen & Fuel Cell Demonstration Project Grâce à son grand potentiel d’énergie hydroélectrique et renouvelable, la Colombie Britannique est très bien placée pour être à l’avant-garde et de l’économie d’hydrogène et tirer profit de celle-ci

15 Service d’énergie reliée au transport avec le temps
Cheval Foin Agriculture Lumière du soleil Locomotive à vapeur Charbon Mine de charbon Gisement houiller Moteurs à combustion interne Essence Raffinerie de pétrole Pétrole brut Véhicules à pile à combustible Hydrogène Gaz naturel Reformage de la méthane à la vapeur Électrolyse Vent Uranium 1770s 1870s 1970s 2070s L’économie d’hydrogène serait rien de moins qu’une révolution. Le contexte est illustré par le développement du secteur des transports L’hydrogène associé à la technologie des piles à combustible offre d’importantes options d’adaptation aux ressources environnementales et de réduction des émissions, ainsi que le potentiel de profiter de nombreux avantages économiques. Le Canada est le foyer de quelques industries d’avant garde dans ces technologies naissantes. Ce sont les adoptants précoces qui profiteront des avantages les plus importants. Trois points à souligner : Besoin de décarburation Passage à un système d’énergie hydrogène-électricité Libération d’une source unique et possibilité de repérer et d’optimiser le système énergétique