Vers une Production d’Hydrogène Vert au Maroc : Quel Système Énergétique Privilégier ?

Pour relever les défis du changement climatique [1, 2] dans le secteur d’énergie, les stratégies clés incluent la décarbonation du réseau, l’efficacité énergétique et la sobriété énergétique [3, chapitre 1] [4, 5]. La décarbonation, notamment au Maroc, nécessite une sélection judicieuse des technologies renouvelables (photovoltaïque « PV », solaire thermique à concentration « CSP », éolien terrestre) pour assurer la stabilité du réseau, réduire l’utilisation des énergies fossiles et ainsi minimiser les coûts d’intégration et les émissions liées aux services d’équilibrage. La priorisation de ces technologies doit prendre en compte divers scénarios de pénétration, évaluant les coûts des technologies de production et de stockage, les interactions et les synergies dans le temps et l’espace entre différentes technologies et régions, et la résilience de ces technologies au changement climatique [3, 6].

Le stockage à court terme, tel que les batteries couplées aux installations PV ou le stockage thermique associé aux centrales CSP (5-17 heures/jour en moyenne), s’avère insuffisant pour faire face efficacement aux impacts du changement climatique. Cette constatation émane d’une étude [3, chapitre 5] démontrant que pour répondre à la demande énergétique future, il est impératif de considérer des capacités de stockage plus importantes. C’est dans ce contexte que l’intérêt pour le stockage d’hydrogène prend toute sa pertinence, étant donné qu’il peut être stocké à grande échelle sur de longues périodes sans perte d’énergie notable, constituant une solution adaptée aux fluctuations intra-journalières et saisonnières de la consommation énergétique [7, 8] dans les secteurs difficiles à électrifier, tels que l’agriculture [7], l’industrie lourde et le transport [9].

Cependant, la question qui se pose est de savoir quelle source d’électricité doit être priorisée pour produire de l’hydrogène [7, 10]. On constate une insuffisance notable de recherches évaluant diverses technologies renouvelables pour produire de l’hydrogène, notamment au Maroc. Une étude [11] vise à combler ce déficit en offrant une vision holistique du paysage décisionnel pour la production d’hydrogène vert, en recourant à la prise de décision multicritère, notamment au processus analytique hiérarchique.

Cette étude répondait à trois questions clés :

1. Quels critères (C) revêtent une importance primordiale pour les technologies de production d’hydrogène vert au Maroc ? Les résultats indiquent que la faisabilité technologique (C1) est primordiale avec un poids de 50 %, suivie de la viabilité économique (C2) à 30 %. L’impact environnemental (C3) est important, mais avec un poids de 15 %, considéré moins crucial. L’acceptation sociale (C4) a le poids le plus faible à 5 %, indiquant une influence minimale comparée à d’autres critères.
   Sous la faisabilité technologique (C1), l’efficacité (C1-1) est essentielle avec un poids élevé de 30 %. Le niveau de maturité technologique (TRL) (C1-2) a un poids moyen de 20 %. La facilité de mise en œuvre et d’exploitation (C1-3) ainsi que la scalabilité et l’adaptabilité (C1-4) ont des poids égaux de 15 %. La fiabilité (C1-5) et la disponibilité des matières premières (C1-6) ont les poids les plus bas à 10 %.
   Sous l’impact environnemental (C3), les émissions de gaz à effet de serre (C3-1) ont un poids élevé de 25 %. L’utilisation et la conservation de l’eau (C3-2) ont un poids moyen de 20 %. La qualité de l’air et le contrôle de la pollution (C3-3) ainsi que l’impact sur les terres et les habitats (C3-4) ont des poids égaux de 15 %. L’épuisement des ressources (C4-5) et la gestion des déchets (C3-6) ont les poids les plus bas à 10 %. La conservation de l’écosystème et de la biodiversité (C3-7) a un poids très bas de 5 %.
   Sous l’acceptation sociale (C4), l’engagement et l’acceptation de la communauté (C4-1) sont prioritaires avec un poids élevé de 25 %. Le potentiel de création d’emplois (C4-2) a un poids moyen de 20 %. L’impact sonore et visuel (C4-3) ainsi que la préservation de la culture et du patrimoine (C4-4) ont des poids égaux de 15 %. La santé publique et la sécurité (C4-5) ainsi que l’accès aux services énergétiques (C4-6) ont les poids les plus bas à 10 %. L’éducation et la sensibilisation (C4-7) ont un poids très bas de 5 %.
2. Quelle technologie (T) d’hydrogène vert est la plus adaptée au Maroc, en tenant compte de divers critères ? L’analyse a révélé que T1 (reformage autothermique avec capture et stockage de carbone) est la plus performante, avec un score de 0,5. T2 (PV) est viable, mais moins performante avec un score de 0.4. T3 (CSP) et T6 (production d’hydrogène par énergie photovoltaïque flottante en mer) ont des performances modérées (score de 0.3). T8 (hydrogène provenant de l’hydroélectricité) se situe également à 0,3, tandis que T4 (éolien terrestre) a un score de 0,2, étant une option moins performante. T5 (éolien en mer) obtient un score de 0.1. T7 (hydrogène à partir des énergies marines) et T9 (gazéification de la biomasse) ont des scores de 0,2, indiquant une performance faible. T10 (production d’hydrogène par géothermie) et T11 (production d’hydrogène par énergie nucléaire) sont également faibles avec des scores de 0.1 et 0.2 respectivement.
3. Comment les perspectives des décideurs influent-elles sur les résultats de l’étude ? L’étude a révélé que : i) Les scénarios d’intégration des énergies renouvelables impactent significativement la performance technologique. La fiabilité et le stockage d’énergie sont cruciaux à faibles pénétrations, tandis que l’efficacité économique et la conversion de l’excès d’énergie renouvelable en hydrogène deviennent essentielles à fortes pénétrations ; ii) Le changement climatique peut affecter l’exploitation des technologies d’hydrogène. Chaque technologie peut être vulnérable à différents impacts climatiques, nécessitant des stratégies d’adaptation ; iii) La géographie, le climat et les ressources naturelles des différentes régions marocaines influent sur l’adéquation de chaque technologie d’hydrogène.

En résumé, cette étude guide les décideurs marocains dans la sélection optimale des technologies de production d’hydrogène vert, alignant ainsi le pays sur sa feuille de route pour l’hydrogène [12] et ses engagements climatiques mondiaux [13]. Les implications pratiques incluent la réduction de la dépendance énergétique étrangère, l’exploration des opportunités d’exportation d’hydrogène pour renforcer la sécurité énergétique régionale et l’élaboration de politiques favorables aux technologies conformes aux critères établis, catalysant l’adoption technologique et le développement durable.

Cette étude ouvre des perspectives pour la recherche future sur la production d’hydrogène vert au Maroc. Les futurs travaux peuvent se concentrer sur des évaluations à long terme, en tenant compte de facteurs dynamiques et des évolutions technologiques. L’engagement des parties prenantes et la participation des communautés locales sont cruciaux pour la réussite de la technologie. Comprendre les compromis socio-économiques et environnementaux, ainsi que l’exploration de la collaboration internationale pour le transfert de technologie hydrogène, sont des directions prometteuses pour la recherche future. L’intégration de la production d’hydrogène au Maroc peut être un modèle pour la transition énergétique durable, non seulement en Afrique, mais à l’échelle mondiale. Des explorations approfondies dans ce domaine peuvent contribuer à un avenir plus vert et plus durable.

Références :
[1] Bouramdane, A.-A. Assessment of CMIP6 Multi-Model Projections Worldwide: Which Regions Are Getting Warmer and Are Going through a Drought in Africa and Morocco? What Changes from CMIP5 to CMIP6? Sustainability 2023, 15, 690. https://doi.org/10.3390/su15010690
[2] Bouramdane, A.-A.: Determining Vulnerable Areas to Warming and Drought in Africa and Morocco Based on CMIP6 Projections: Towards the Implementation of Mitigation and Adaptation Measures, EGU General Assembly 2023, Vienna, Austria, 24–28 Apr 2023, EGU23-2456, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu23-2456, 2023
[3] Ayat-Allah Bouramdane. Scenarios of Large-Scale Solar Integration with Wind in Morocco : Impact of Storage, Cost, Spatio-Temporal Complementarity and Climate Change. Physics [physics]. Institut Polytechnique de Paris, 2021. English. ⟨NNT : 2021IPPAX083⟩. ⟨tel-03518906⟩. Available online : https ://www.theses.fr/2021IPPAX083
[4] O. Edenhofer, R. P. Madruga, Y. Sokona, K. Seyboth, Patrick R. Matschoss, Susanne Kadner, T. Zwickel, Patrick Eickemeier, Gerrit Hansen, S. Schlömer, and C. V. Stechow. Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation: Special Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 2011.
[5] Bouramdane A-A., “Morocco’s Road Towards a Climate-Resilient Energy Transition: Grid Decarbonation vs. Energy Efficiency vs. Energy Sobriety”. DOI: 10.13140/RG.2.2.30108.77442/1
[6] Bouramdane, A.-A., « Ma thèse en une page : « Choix optimal de technologies renouvelables au Maroc en fonction des scénarios de pénétration et du climat », La Revue de l’Énergie N°668, éditée par le Conseil Français de l’Énergie, 2023. URL: https://www.larevuedelenergie.com/choix-optimal-de-technologies-renouvelables-au-maroc-en-fonction-des-scenarios-de-penetration-et-du-climat/
[7] Bouramdane, A.-A., « L’Oasis d’Hydrogène Vert Pour Une Agriculture Marocaine Durable », La Jaune et la Rouge N°790, Le Magazine des Alumni de Polytechnique, Dossier : Environnement et Société, 2023. URL: https://www.lajauneetlarouge.com/loasis-dhydrogene-vert-pour-une-agriculture-marocaine-durable/
[8] Preuster, P., Alekseev, A.Y., & Wasserscheid, P. (2017). Hydrogen Storage Technologies for Future Energy Systems. Annual review of chemical and biomolecular engineering, 8, 445-471.
[9] Zemite, L., Backurs, A., Starikovs, A., Laizāns, A., Jansons, L., Vempere, L., Bode, I., & Broks, A. (2023). A Comprehensive Overview of the Europen and Baltic Landscape for Hydrogen Applications and Innovations. Latvian Journal of Physics and Technical Sciences, 60, 33 – 53.
[10] Bouramdane, A.-A., « Hydrogen Production Technologies: Modeling, Pros and Cons, Applications, Suitable Regions, and Unveiling Sustainability and Economics Through LCA and LCC », Lambert Academic Publishing (LAP), ISBN: 978-620-6-78174-5, https://www.morebooks.shop/shop-ui/shop/product/9786206781745
[11] Bouramdane, A. (2024). Crafting an Optimal Portfolio for Sustainable Hydrogen Production Choices in Morocco. Fuel, https://doi.org/10.1016/j.fuel.2023.130292

Par Ayat-Allah Bouramdane (PhD)
Professeure Assistante au Laboratoire des Énergies Renouvelables et Matériaux Avancés (LERMA), Collège Ingénierie & Architecture, de l’Université Internationale de Rabat (UIR).