Que faire du gaz d’échappement de l’hydrogène ?

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Que faire du gaz d’échappement de l’hydrogène ?

Comme tous les gaz liquides, l’hydrogène liquide doit également faire face à des gaz d’évaporation. Ce sous-produit de l’ébullition du liquide se forme en petites ou grandes quantités dans les réservoirs, les tuyaux et les applications. Il est évident qu’il se formera, mais la question est de savoir ce qu’il faut faire du gaz d’ébullition.
Dans ce blog, nous examinons le gaz d’évaporation de l’hydrogène liquide. Nous expliquons ce qu’il est, comment et pourquoi il est formé, et les différentes façons dont il peut être utilisé.

Qu’est-ce que le gaz d’ébullition ?

Pour liquéfier et conserver les gaz, on les porte à une température extrêmement basse. La température diffère selon le gaz. L’oxygène, par exemple, devient liquide à -183 °C, l’azote à -195,8 °C et l’hydrogène à -252,9 °C.

Toutes les infrastructures cryogéniques, telles que les réservoirs, les canalisations et les applications, sont construites pour garantir le stockage et le transport des gaz liquides à leur température caractéristique. Cependant, une très petite quantité de fuite de chaleur est inévitable. Après une période prolongée, ou en cas de transport sur de longues distances, un petit pourcentage du liquide cryogénique se réchauffe inévitablement et atteint son point d’ébullition. Une petite quantité de gaz, appelée « boil-off gas » (BOG), est ensuite produite à partir du liquide en ébullition.

La quantité de gaz d’échappement qui est produite dépend de la conception et de la taille de l’infrastructure. En général, un grand réservoir produira, en pourcentage, moins de gaz d’ébullition qu’un petit réservoir.

Le pourcentage de gaz d’ébullition est également directement lié à la qualité de l’isolation ; plus l’isolation est de qualité, plus elle est élevée. Moins la chaleur entrera, et moins de gaz d’ébullition sera formé.

Par rapport aux autres types d’isolation courants, l’isolation sous vide garantit la plus faible fuite de chaleur. Par conséquent, la plupart des infrastructures d’hydrogène liquide sont isolées par la technologie du vide.

Rejeter ou capter et utiliser les gaz d’échappement

L’hydrogène liquide a une densité énergétique volumétrique plus élevée que l’hydrogène gazeux. Cela signifie que l’on peut stocker plus d’hydrogène liquide dans un réservoir ou une application que d’hydrogène gazeux. Par conséquent, en cas d’évaporation du gaz, la pression dans l’infrastructure augmente.

Une augmentation mineure de la pression n’est pas nécessairement un problème, mais si la pression augmente de manière significative, des dangers apparaissent. Par exemple, lorsque le gaz s’accumule à un endroit ou que l’infrastructure subit une pression trop importante, le risque d’incendie et d’explosion devient imminent.

De plus, la formation de gaz dans un réservoir, un pipeline ou une application n’est pas bonne pour la qualité du gaz liquide. C’est pourquoi la plupart des infrastructures sont construites pour évacuer le gaz d’ébullition lorsque cela est nécessaire.

Mais que se passe-t-il exactement avec ce gaz déchargé ? Selon l’industrie, l’infrastructure et les préférences du producteur. Il y a, en général, deux options : le rejet dans l’atmosphère ou la capture et l’utilisation.

Rejeter les gaz d’échappement dans l’atmosphère

La façon la plus simple d’éliminer le gaz d’évaporation est de le rejeter dans l’atmosphère. Cette méthode permet d’économiser de l’énergie et de ne pas avoir à mettre en place les infrastructures nécessaires pour capter et utiliser le gaz. Le rejet de gaz d’évaporation n’est pas nuisible à l’environnement et, en petites quantités, n’est pas dangereux.

Malheureusement, cette méthode présente quelques inconvénients. Tout d’abord, le dégagement de gaz d’hydrogène n’est inoffensif qu’en petites quantités. Une explosion peut se produire si une grande quantité d’hydrogène gazeux entre en contact avec de l’oxygène gazeux. Il est donc crucial que le rejet de gaz d’évaporation de l’hydrogène soit soigneusement surveillé et se fasse dans des conditions et des quantités sûres.

Deuxièmement, libérer de l’hydrogène gazeux est un gaspillage. La production d’hydrogène nécessite beaucoup d’énergie, et il n’est pas efficace de laisser un produit utile se perdre. De nombreux producteurs choisissent donc de ne pas rejeter le gaz d’évaporation mais de le collecter et de l’utiliser. La meilleure méthode pour y parvenir dépend du secteur et de l’application.

Collecte et utilisation des gaz d’échappement

Le gaz d’évaporation de l’hydrogène peut être collecté et utilisé de trois manières différentes :

  • Sous haute pression
  • Pression atmosphérique
  • Sous forme liquide, après reliquéfaction

Utilisation sous forme gazeuse

Pour l’utilisation sous forme gazeuse (à la fois sous haute pression et sous pression atmosphérique), on construit un système qui recueille le gaz d’ébullition et peut ou non le pressuriser directement. Une fois restauré dans sa forme optimale, une application réutilise directement le gaz.

Dans ce cas, le gaz d’évaporation est ajouté comme complément à une plus grande quantité d’hydrogène liquide, qui est rendu gazeux à l’aide d’un évaporateur. Pour qu’une application fonctionne correctement, l’utilisation du gaz d’ébullition seul n’est pas suffisante.

Utilisation sous forme liquide (reliquéfaction)

Pour reconvertir le gaz d’évaporation de l’hydrogène en hydrogène liquide, il faut le collecter et le refroidir à nouveau. Ce processus s’appelle la reliquéfaction.

Pour les applications fonctionnant à l’hydrogène liquide, c’est la meilleure méthode. Cependant, l’équipement permettant de réaliser ce refroidissement est coûteux et nécessite un espace relativement important.

En général, cette méthode n’est utilisée que pour les réservoirs ou les applications disposant d’un espace environnant suffisant.

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La meilleure solution

La solution à privilégier dépend du secteur et de l’application. Pour ne citer que quelques exemples :

La station de ravitaillement

Lesstations de ravitaillement en hydrogène gazeux et, à l’avenir, en hydrogène liquide, peuvent utiliser les gaz d’échappement de plusieurs manières. Le gaz d’ébullition peut être collecté et utilisé directement pour fournir de l’hydrogène gazeux aux voitures. Cependant, lorsque l’hydrogène liquide sera également ravitaillé à l’avenir, le gaz d’ébullition devra être collecté et re-liquéfié. Dans ce cas, une reliquéfaction est nécessaire.

Heureusement, la plupart des stations-service disposent d’un espace relativement important, de sorte que l’infrastructure supplémentaire nécessaire pour effectuer la reliquéfaction ne posera pas de problème.

Transport d’hydrogène liquide

Laliquéfaction peut également être intéressante sur les navires de transport d’hydrogène liquide. La mesure dans laquelle cela est possible dépend de la taille et de la façon dont le navire est exploité. Le gros équipement nécessaire à la reliquéfaction est souvent inefficace sur un petit navire parcourant de courtes distances. Toutefois, si un navire-citerne d’hydrogène liquide parcourt de longues distances et accoste dans des ports pendant de longues périodes, la reliquéfaction à bord est souvent une option intéressante.

Piles à combustible

Lorsque le gaz d’ébullition est libéré dans, par exemple, une voiture, un camion ou un navire qui utilise des piles à combustible à hydrogène gazeux. La liquéfaction n’est pas nécessaire. Dans ce cas, le gaz peut être capté sous forme gazeuse et utilisé directement par les piles à combustible.

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Comme l’illustrent les exemples ci-dessus, la question de savoir ce qu’il faut faire avec les gaz d’échappement dépend entièrement de l’industrie, de l’application, du lieu et des préférences du producteur. Et la beauté de l’hydrogène, c’est que quoi que l’on fasse avec le gaz, l’environnement ne subit aucun dommage.

Réduction des gaz d’échappement

La collecte et la réutilisation des gaz d’échappement nécessitent des matériaux et de l’énergie supplémentaires. Dans la plupart des cas, cela en vaut la peine ; cependant, il est toujours plus efficace de limiter le gaz d’ébullition.

Plus tôt dans ce blog, nous avons brièvement mentionné que l’isolation joue un rôle essentiel dans la réduction des gaz d’ébullition. En particulier pour l’isolation de l’hydrogène liquide, une technologie d’isolation de pointe est nécessaire car la température de ce liquide cryogénique est extrêmement basse.

Isolation sous vide

Après une comparaison approfondie des différents matériaux d’isolation, l’isolation sous vide s’est avérée être la plus efficace pour isoler l’hydrogène liquide. Le vide isole 15 fois mieux que les autres matériaux d’isolation (PIR/PUR, ou Foamglas, Armaflex, Perlite, et Misselon), et l’isolation sous vide peut être utilisée pour les lignes de transfert ainsi que pour les réservoirs et les applications.

Demaco travaille sur la technologie du vide depuis 1989. Pour les petits et grands projets, nos ingénieurs développent la meilleure solution pour l’hydrogène liquide et divers autres gaz liquides.

Le traitement des gaz d’échappement n’est pas non plus une nouveauté pour Demaco. Nous aimons réfléchir avec nos clients et proposer la solution qui convient le mieux à leur situation spécifique. S’agira-t-il, par exemple, de la reliquéfaction ? Pas de problème, nous concevons et construisons les meilleures infrastructures. Aucun défi n’est trop grand, et pour nous, être capable d’offrir la solution la plus efficace est très satisfaisant.

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