Yamanashi, au Japon, devient un terrain d’expérimentation pour l’hydrogène vert

Pourquoi Yamanashi devient le laboratoire japonais de l’hydrogène

Au pied du mont Fuji, la préfecture de Yamanashi s’est transformée en terrain d’essai grandeur nature pour l’hydrogène vert. Dans tout le Japon, l’hydrogène gagne en visibilité comme solution de remplacement aux combustibles fossiles. La tendance est particulièrement nette à Yamanashi. Des entreprises des secteurs automobile et de la construction de moteurs, mais aussi des boissons, des pneumatiques et des machines-outils, commencent à intégrer ce gaz à leur bouquet énergétique. La préfecture réunit une combinaison rare de ressources renouvelables abondantes, d’infrastructures de recherche et de partenariats actifs entre acteurs publics et privés.

Yamanashi se distingue par son fort ensoleillement, la concentration de ses infrastructures de recherche sur l’énergie et des politiques qui soutiennent les projets du laboratoire jusqu’aux usines. Le secteur de Komekurayama, à Kofu, accueille l’un des pôles de production solaire les plus avancés du Japon ainsi qu’un village de recherche sur les systèmes énergétiques de nouvelle génération. Les responsables de la préfecture ont soutenu des projets pilotes sur l’hydrogène qui associent l’énergie solaire produite en journée au stockage de longue durée et à la chaleur industrielle. La région entend ainsi éprouver les technologies dans des conditions réelles, puis les déployer à plus grande échelle. La Yamanashi Hydrogen Energy Society (H2-YES), coentreprise réunissant la préfecture et des entreprises, contribue à coordonner les démonstrations et à mobiliser des clients de référence.

Ce que fait concrètement le système Power to Gas de Yamanashi

Le Power to Gas, généralement abrégé en P2G, convertit l’électricité renouvelable en hydrogène en décomposant l’eau en hydrogène et en oxygène. À Yamanashi, cette conversion repose sur l’électrolyse de l’eau à membrane polymère solide. Lorsque la production solaire est élevée, l’électricité excédentaire alimente l’électrolyseur. L’hydrogène peut ensuite être comprimé ou liquéfié et stocké dans des réservoirs. Contrairement aux électrons acheminés par le réseau, l’hydrogène stocké peut être transporté par camion, acheminé sur de courtes distances par canalisation ou reconverti en électricité et en chaleur selon les besoins. L’énergie solaire intermittente devient ainsi une ressource énergétique modulable pour les usines, les entrepôts et les collectivités locales.

Soutenu par le Fonds japonais pour l’innovation verte et développé dans le cadre de travaux commandés par l’agence nationale de R&D NEDO, le système P2G du modèle Yamanashi a été conçu conjointement par la préfecture de Yamanashi, Toray Industries, Tokyo Electric Power Company Holdings et Takaoka Toko. Une installation de 16 mégawatts fondée sur ce système est en construction sur les sites de Suntory à Hakushu, dans la préfecture. Elle devrait fonctionner à l’électricité renouvelable et avec de l’eau locale, afin que l’hydrogène produit n’émette pas de gaz à effet de serre lors de son utilisation. Suntory et les partenaires de la préfecture présentent le projet dans cette présentation officielle.

Le projet d’hydrogène vert de 16 MW de Suntory

En septembre 2022, Suntory Holdings a signé un accord de principe avec la préfecture de Yamanashi pour décarboner la distillerie de Hakushu et l’usine d’embouteillage d’eau de Hakushu, dans les Alpes du Sud. Au cœur du projet : une installation P2G de 16 mégawatts qui produira de l’hydrogène vert sur place par électrolyse de l’eau, à partir d’électricité renouvelable. L’entreprise utilisera ce gaz comme source de chaleur propre pour ses activités industrielles et prévoit d’en partager l’approvisionnement avec les collectivités voisines.

Le démarrage de l’exploitation est prévu en 2025. Dans un premier temps, l’hydrogène alimentera des chaudières destinées à la stérilisation thermique et permettra de tester la distillation à la distillerie de Hakushu. À partir de 2027, Suntory prévoit d’intervenir à toutes les étapes de la chaîne de valeur de l’hydrogène vert au Japon : production, distribution et vente. Un partenariat logistique avec Tomoe Shokai doit permettre des livraisons dans la préfecture de Yamanashi et à Tokyo. L’entreprise étudie également d’autres usages dans ses installations, notamment à la distillerie de Chita, dans la préfecture d’Aichi, et à l’usine de Takasago, dans la préfecture de Hyogo.

Cette initiative intervient après l’abandon d’un projet d’hydrogène prévu dans une distillerie au Royaume-Uni, qui a conduit l’entreprise à réorienter ses ressources vers un déploiement au Japon. Dans le pays, le cadre politique et les partenariats locaux à Yamanashi ouvrent une voie claire pour construire, exploiter et éprouver une chaîne de valeur complète, de l’électricité renouvelable à la chaleur et à l’électricité produites à partir d’hydrogène.

Le partenariat avec JERA et les essais d’électricité décarbonée 24 heures sur 24

Le 22 novembre 2023, la préfecture de Yamanashi a signé un accord de principe avec JERA, le premier producteur d’électricité japonais en part de production, afin de coopérer à la mise en place d’une chaîne de valeur régionale de l’hydrogène. JERA entend associer les énergies renouvelables à une production thermique sans émissions utilisant de l’hydrogène et de l’ammoniac. L’entreprise produit environ 30 % de l’électricité du pays. Le partenariat vise à garantir une production et un approvisionnement stables en électricité décarbonée et en combustibles à base d’hydrogène, en intégrant le système P2G de la préfecture à la chaîne de valeur des combustibles et aux moyens de production de JERA. Une présentation publique de cette coopération est disponible ici : présentation du partenariat avec JERA.

De nouvelles installations de production d’électricité à partir d’hydrogène sont prévues au mont Komekura. Des essais de démonstration y alimenteront des entreprises locales en électricité. L’objectif est de prouver qu’il est possible de fournir en continu une électricité décarbonée, en associant production solaire et turbines ou piles à combustible alimentées à l’hydrogène lorsque le soleil se couche ou que le ciel se couvre. Si cette approche fonctionne à l’échelle de la préfecture, elle pourrait servir de modèle aux usines ayant besoin d’une alimentation électrique stable à toute heure.

Du solaire au stockage : l’évolution du pôle de Komekurayama

Le développement de l’énergie solaire à Komekurayama remonte aux projets élaborés au début des années 1990, lorsque le site devait attirer des entreprises. Après l’éclatement de la bulle économique, le terrain a accueilli de grandes centrales solaires en partenariat avec Tokyo Electric Power Company. Cette étape a préparé la suivante. En 2021, la préfecture a lancé un projet P2G visant à transformer les excédents solaires en hydrogène grâce à l’électrolyse de l’eau à membrane polymère solide. Les premiers systèmes liquéfiaient l’hydrogène, le stockaient sur place dans des réservoirs spécialisés, puis le transportaient par remorque vers les lieux d’utilisation, par exemple des commerces équipés de piles à combustible pour assurer leur alimentation de secours et répondre aux pointes de consommation.

L’étape suivante consiste à ne plus dépendre d’une seule source solaire et à utiliser de l’électricité renouvelable certifiée issue du réseau classique, notamment d’origine hydraulique, éolienne et géothermique. En produisant l’hydrogène à la demande sur son lieu d’utilisation, il est possible de réduire les besoins de stockage, les coûts de transport et le coût de l’hydrogène vert. Les ingénieurs de Yamanashi étudient également des applications industrielles au-delà de la chaleur et de l’électricité, par exemple l’utilisation d’hydrogène vert pour le nettoyage des procédés de fabrication des semi-conducteurs, en remplacement de l’hélium.

Qui utilise l’hydrogène aujourd’hui

Les sites de Suntory à Hakushu sont les principaux clients de la préfecture. L’hydrogène doit servir à la stérilisation thermique et à tester la distillation du whisky à flamme directe. Au-delà du secteur des boissons, celui des pneumatiques a commencé à expérimenter la production d’hydrogène sur site pour la chaleur industrielle et la production combinée de chaleur et d’électricité, signe d’un marché industriel plus vaste pour ce gaz.

Les transports sont un autre secteur en plein essor. Le gouvernement national soutient les piles à combustible pour les véhicules lourds et finance les constructeurs automobiles afin d’accroître leurs capacités de production. Plusieurs programmes portent sur des camions à hydrogène qui pourraient se ravitailler dans des dépôts pendant les heures creuses, grâce à de l’hydrogène vert produit lorsque l’électricité renouvelable est abondante. Ces initiatives s’inscrivent dans l’engagement du Japon d’atteindre la neutralité carbone en 2050 et dans la volonté de réduire sa dépendance aux combustibles fossiles importés.

Coûts, avantages et contraintes

L’électrolyse consomme beaucoup d’énergie. La production d’un kilogramme d’hydrogène nécessite généralement entre 50 et 55 kilowattheures d’électricité, auxquels s’ajoute l’énergie requise pour la compression ou la liquéfaction. Un électrolyseur de 16 mégawatts fonctionnant à pleine puissance pendant une journée entière pourrait produire environ 7 à 8 tonnes d’hydrogène. La production réelle dépend du taux d’utilisation, des périodes de maintenance et de la quantité d’électricité renouvelable disponible. La stratégie de Yamanashi associe production solaire sur site, électricité renouvelable issue du réseau et stockage, afin de faire fonctionner l’installation lorsque l’électricité est propre et bon marché.

Le coût reste le principal défi. Au Japon, les prix de gros de l’électricité et les frais d’accès au réseau peuvent être élevés, ce qui a limité les précédents projets pilotes sur l’hydrogène. Utiliser l’électricité solaire qui serait autrement écrêtée ou décaler les opérations aux périodes de faible demande peut réduire le coût au kilogramme. Les gains d’efficacité des électrolyseurs et l’augmentation des volumes de production contribuent également à faire baisser les prix au fil du temps.

L’approvisionnement en eau et la sécurité sont deux enjeux pratiques. L’électrolyse consomme près de neuf litres d’eau par kilogramme d’hydrogène produit, auxquels s’ajoute l’eau nécessaire à la purification. La région de Hakushu est connue pour la qualité de ses eaux souterraines, utilisées dans les boissons, ce qui souligne l’importance d’une gestion rigoureuse des ressources et du recyclage. La manipulation de l’hydrogène exige des protocoles stricts en matière de ventilation, de détection des fuites et de formation. Des inquiétudes peuvent surgir dans les collectivités au sujet de son inflammabilité, comme l’ont montré les débats publics autour de projets proposés à l’étranger. La concertation et des normes de conception rigoureuses sont donc essentielles.

Le modèle de Yamanashi peut-il être déployé au-delà de la préfecture ?

Le dispositif mis à l’épreuve à Yamanashi a été conçu à l’échelle régionale. Il relie les ressources renouvelables locales, l’électrolyse, le stockage et les utilisateurs finaux par une chaîne d’approvisionnement courte. La prochaine étape prévoit des livraisons à Tokyo, qui relieraient un important bassin de demande à l’hydrogène vert produit dans les montagnes à l’ouest de la capitale. Si la démonstration de JERA confirme la possibilité de produire de l’électricité décarbonée 24 heures sur 24, elle pourrait aussi fournir aux industriels un modèle d’alimentation fiable sans combustibles fossiles. Les détails de cette coopération sont accessibles dans la présentation du projet publiée par JERA.

Le projet suscite déjà l’attention à l’international. Des délégations étrangères ont visité les pôles de recherche et les projets pilotes industriels de Yamanashi. Certaines régions prévoient de créer des centres d’excellence sur l’hydrogène vert en s’inspirant de l’expérience japonaise. Ces visites ont permis de découvrir des technologies allant des véhicules à pile à combustible aux laboratoires de recherche et aux sites de production de la préfecture. Ce transfert de savoir-faire, conjugué au soutien des politiques nationales, montre comment un terrain d’expérimentation local peut influencer des projets bien au-delà de ses frontières.

L’essentiel à retenir

• La préfecture de Yamanashi s’impose comme un terrain d’expérimentation pour l’hydrogène vert au Japon, en reliant l’abondante énergie solaire à la production, au stockage et aux usages industriels de l’hydrogène.
• Le système Power to Gas du modèle Yamanashi convertit l’électricité renouvelable en hydrogène grâce à l’électrolyse de l’eau à membrane polymère solide, transformant l’énergie solaire intermittente en ressource modulable.
• Suntory et la préfecture construisent un électrolyseur de 16 mégawatts à la distillerie de Hakushu et à l’usine d’embouteillage d’eau de Hakushu, dans les Alpes du Sud. Son exploitation doit débuter en 2025.
• À partir de 2027, Suntory prévoit d’intervenir à toutes les étapes de la chaîne de valeur de l’hydrogène, notamment dans la distribution et la vente à Yamanashi et à Tokyo, grâce à un partenariat logistique avec Tomoe Shokai.
• JERA et Yamanashi ont signé un partenariat en 2023 pour créer une chaîne de valeur régionale de l’hydrogène et démontrer qu’il est possible de produire en continu de l’électricité décarbonée en combinant solaire et production à partir d’hydrogène.
• Komekurayama est le pôle de recherche et de déploiement de la préfecture. D’abord consacré à de grandes centrales solaires, il accueille désormais des systèmes P2G qui produisent, stockent et transportent de l’hydrogène.
• Des industriels d’autres secteurs que celui des boissons, notamment les fabricants de pneumatiques, expérimentent l’hydrogène vert produit sur site afin de réduire les émissions liées à la chaleur industrielle.
• Les programmes nationaux japonais soutiennent l’hydrogène pour les véhicules lourds, avec des financements destinés à accroître la production de piles à combustible et des projets de camions à hydrogène.
• Un électrolyseur de 16 mégawatts pourrait produire environ 7 à 8 tonnes d’hydrogène par jour à pleine puissance, même si la production réelle dépend des conditions d’exploitation.
• Les principaux défis concernent le coût de l’électricité et du réseau, la consommation d’eau, le stockage et la logistique, ainsi que les mesures de sécurité rigoureuses pour la manipulation de l’hydrogène.
• Le modèle de Yamanashi, conçu pour être régional et reproductible, prévoit d’approvisionner Tokyo et suscite un intérêt croissant auprès de délégations étrangères venues l’étudier.