Tout sur l’électrolyseur d’hydrogène

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Tout sur l’électrolyseur d’hydrogène

Des termes comme « hydrogène vert », « électrolyse » et « électrolyseur d’hydrogène » gagnent en importance. Comme nous l’avons décrit dans notre récent blog sur le transport de l’hydrogène, les systèmes d’électrolyse se multiplient dans le monde entier, et de nombreux gouvernements misent gros sur la mise en œuvre de l’hydrogène vert dans le cadre de la transition vers les énergies renouvelables.

Mais comment fait-on exactement de l’hydrogène vert ? Qu’est-ce que l’électrolyse, et qu’est-ce qui rend cette technologie durable ? Dans ce blog, nous répondons à ces questions en détail.

Hydrogène gris, bleu et vert

Bien que nous ayons déjà longuement discuté de la différence entre l’hydrogène vert, bleu et gris dans notre blog sur l’hydrogène liquide, nous souhaitons à nouveau mentionner brièvement ces trois processus de production.

Hydrogène gris

L’hydrogène gris est produit par reformage du méthane à la vapeur. La méthode utilise de la vapeur chaude pour produire de l’hydrogène à partir d’une source de méthane, comme le charbon ou le gaz naturel. Sous une pression de 3-25 bars, les deux matériaux réagissent lorsqu’un catalyseur est ajouté, et cette réaction produit ensuite du CO, du CO2 et de l’hydrogène.

Pour produire de l’hydrogène pur, une « réaction eau-gaz » est créée, à partir de laquelle de la chaleur, du CO et de l’hydrogène sont générés. La production d’hydrogène gris est efficace mais, malheureusement, assez nocive pour l’environnement en raison de la grande quantité de CO2 qui est libérée.

Hydrogène bleu

Une alternative plus durable à l’hydrogène gris est l’hydrogène bleu. La production d’hydrogène bleu fonctionne de la même manière que celle d’hydrogène gris, mais avec cette méthode, la grande majorité du CO2 est capturée, stockée ou réutilisée. Le processus est donc nettement plus durable, mais aussi plus coûteux, car les infrastructures permettant de capter le CO2 libéré nécessitent des matériaux et de l’énergie.

Hydrogène vert

Alors que l’hydrogène gris et bleu est produit par reformage du méthane à la vapeur, l’hydrogène vert est produit par électrolyse. Ce processus de production ne libère pas de CO2 ce qui fait de l’hydrogène vert le carburant et le vecteur énergétique durable désigné pour l’avenir.

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Qu’est-ce qu’un électrolyseur d’hydrogène ?

L’électrolyse est simplement une réaction chimique qui utilise l’électricité pour décomposer des substances composées en substances singulières ou autres substances composées.

Cette méthode peut être appliquée à un large éventail de substances, mais elle est actuellement surtout connue pour la division de l’eau en vue de produire de l’hydrogène. L’électrolyse de l’eau a été découverte dès 1807 par Humphry Davy, qui a présenté ses conclusions à la Royal Society de Londres la même année.

Dans l’électrolyse de l’eau, l’énergie électrique est utilisée pour séparer l’eau en hydrogène et en oxygène. L’oxygène est soit libéré dans le processus, soit capturé et utilisé ; l’hydrogène peut ou non être converti en hydrogène liquide en utilisant un liquéfacteur.

L’électrolyseur est une pile à combustible inversée. Une pile à combustible produit de l’électricité en combinant l’hydrogène et l’oxygène, tandis que l’électrolyse utilise l’électricité pour produire de l’hydrogène et de l’oxygène.

Comment cela fonctionne-t-il ? Un système d’électrolyse se compose d’un récipient d’eau contenant un électrolyte et de deux électrodes : une cathode (pôle négatif) et une anode (pôle positif). Une réaction chimique se produit des deux côtés de l’électrolyte en dirigeant un courant électrique vers les deux électrodes. L’hydrogène est libéré du côté de la cathode et l’oxygène du côté de l’anode.

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Source: International Journal of Engineering and Advanced Technology (IJEAT)

Il est évident que le processus d’électrolyse doit utiliser de l’énergie produite de manière durable, qu’il s’agisse d’énergie solaire, d’énergie éolienne, d’énergie hydraulique ou de biomasse. L’électrolyse est toujours possible si ce n’est pas le cas, mais elle ne peut alors pas être considérée comme de l’hydrogène vert.

Deux types d’électrolyseurs

Le principe de l’électrolyse est bien établi, mais il existe différents types d’électrolyseurs. Les deux électrolyseurs les plus connus pour l’hydrogène sont l’électrolyseur alcalin et l’électrolyseur PEM.

L’électrolyseur alcalin

L’électrolyseur alcalin utilise un électrolyte liquide alcalin. L’eau contenue dans cet électrolyte est divisée en ions hydrogène et hydroxyde au pôle cathodique. Ces ions sont ensuite mis en contact avec une membrane, après quoi ils sont oxydés en eau et en oxygène au pôle anodique.

Une réaction chimique a lieu à la fois à la cathode et à l’anode :

Cathode : 2 H2O + 2e → H2 + 2 OH-
Anode : 2 OH- → ½ O2 + 2e- + H2O
Réaction totale : H2O → H2 + ½ O2.

Environ 285 kJ/mol d’énergie renouvelable est nécessaire pour amorcer cette réaction (environ 50 KJ/mol de chaleur et 235 kJ/mol d’électricité renouvelable par mole d’eau). La température à laquelle l’électrolyse se produit se situe entre 40 et 90 °C.

Les électrolyseurs utilisant une solution alcaline liquide d’hydroxyde de sodium ou de potassium comme électrolyte sont disponibles depuis longtemps et ont fait leurs preuves pour la production d’hydrogène. Toutefois, cette méthode présente certains inconvénients, notamment la densité de courant relativement faible des cellules et le fait que les cellules ne peuvent pas fonctionner sous haute pression et sont donc plutôt volumineuses.

L’électrolyseur PEM

Un électrolyseur PEM utilise une membrane polymère qui ne laisse passer que les ions hydrogène. L’eau est divisée en oxygène, en ions hydrogène et en deux électrons à l’anode. Les ions hydrogène et les deux électrons traversent ensuite la membrane et sont transformés en hydrogène à la cathode.

Une réaction chimique a lieu à la fois à la cathode et à l’anode :

Anode : H2O → H2+ ½ O2 + 2e
Cathode : 2H+ + 2e → H2

Un avantage de l’électrolyseur PEM par rapport à l’électrolyseur alcalin est qu’il fonctionne également sous pression et peut donc être plus petit. Toutefois, cette méthode présente également des inconvénients. Par exemple, l’électrolyseur PEM fonctionne dans des conditions fortement acides, ce qui impose des exigences particulières au système.

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Source: Siemens

Voulez-vous en savoir plus ?

Demaco travaille depuis des décennies sur les meilleures infrastructures d’hydrogène liquide. Nous concevons et produisons des lignes de transfert isolées sous vide et divers produits auxiliaires. Demaco réalise également des projets pour le transport, le stockage et l’application de l’hydrogène liquide.

Si vous avez des questions sur notre secteur, n’hésitez pas à nous contacter. ou parcourez nos produits et projets pour plus d’informations.

Vous voulez en savoir plus sur l’hydrogène liquide ? Alors, jetez un coup d’œil à cette page ou lisez notre récent blog sur le thème « À quoi sert l’hydrogène ? ». Vous trouverez ici tout ce qu’il faut savoir sur ce liquide cryogénique polyvalent et sur les nombreuses années d’expérience que Demaco a acquises dans le cadre de divers projets d’hydrogène à la pointe de la technologie.

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