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Technologie2017-09-04T13:40:37+00:00

Comment fonctionne l’électrolyse de l’eau ?

L’hydrogène est le H de l’eau H2O. Il est obtenu à partir de l’eau par électrolyse.
L’électrolyse est une technique qui utilise un courant électrique continu pour provoquer une réaction électrochimique. La molécule d’eau est dissociée : l’oxygène est extrait à l’anode, l’hydrogène est extrait à la cathode.

VOIR ÉGALEMENT : GAMME DE PRODUITS ÉLECTROLYSEUR PEM

Électrolyse PEM de l’eau

Dans le cas de l’électrolyse par membrane à échange de protons (PEM), AREVA H2Gen utilise un électrolyte polymère solide, également appelé membrane à échange de protons. Des protons circulent en permanence au sein de la membrane tandis que des électrons se déplacent le long d’un canal extérieur. L’hydrogène est produit au niveau de la cathode.

L’électrolyseur PEM est conçu pour surmonter les problèmes de charge partielle, de courant faible, et de travail à forte pression qui handicapent les électrolyseurs alcalins. L’électrolyse PEM est une technologie avancée pour la production d’hydrogène utilisé en tant que vecteur énergétique. Cette technologie permet des temps de réponse dynamique rapides (de l’ordre de la seconde), de larges plages opérationnelles et un niveau de pureté de gaz très élevé (99,999%).
L’utilisation de la technologie PEM pour l’électrolyse avait été mise en œuvre pour la première fois dans le cadre du projet Apollo Gemini dans les années 1960. Elle avait été développée pour éviter les inconvénients de la technologie d’électrolyse alcaline.

L’un des grands avantages de l’électrolyse PEM est sa capacité à fonctionner à des densités de courant élevées avec une efficacité de premier ordre. Il en résulte une réduction des coûts opérationnels. L’électrolyte polymère permet à l’électrolyseur PEM de fonctionner avec une membrane très mince (~100-200 μm) tout en autorisant des pressions élevées et une compression électrochimique de l’hydrogène produit.
À l’heure actuelle, les cellules électrolytiques sont empilées en unités affichant un débit d’hydrogène allant jusqu’à 15 voire 200 Nm3/h.

Afin d’atteindre des capacités et d’atteindre des capacités de consommation électrique supérieures à 1 MW (nécessaires pour le stockage d’énergies renouvelables), les équipes d’AREVA H2Gen ont accru la surface active par cellule, augmenté la densité du courant (A/cm2) tout en maintenant des rendements supérieurs à  83% et en améliorant les capacités en termes de nombre de cellules assemblées.

AREVA H2Gen a ainsi dévoilé son concept d’usine de production d’hydrogène de grande capacité de 60 MW lors de la Foire d’Hanovre.

Les coûts par kW (ou Nm3/h) baissent d’autant plus que les capacités d’électrolyse sont élevées.

Parmi les avantages de nos électrolyseurs PEM, il y a la simplicité des équipements auxiliaires (Balance of Plant – BOP) requis. Les électrolyseurs à membrane polymère solide sont alimentés exclusivement par de l’eau et de l’électricité.

Ainsi, le BOP en aval des stacks est uniquement impliqué dans la phase de séchage du gaz.
À une pression de sortie de 35 bars, le séchage de l’hydrogène à 5°C provoque un point de rosée de -34°C à pression atmosphérique.

Le secret de la longue durée de vie de nos électrolyseurs PEM réside dans la préparation de l’eau et dans le contrôle de sa qualité. Raccordée au réseau de distribution, l’eau est déionisée à l’aide d’un système d’osmose inverse, afin de garantir une conductivité de l’eau inférieure à 0,1 μS/cm. L’efficacité et la durée de vie des stacks de cellules peuvent être garanties pour plus de 60 000 heures. Des applications critiques, comme les applications spatiales ou militaires, ont démontré la haute fiabilité de cette technologie.
Cette technologie peut également s’intégrer dans les applications traditionnelles d’électrolyse industrielle, telles le refroidissement d’alternateurs dans les centrales électriques, la mise en place d’une atmosphère protectrice dans les processus de traitement thermique ou de verre flotté, etc.

Pour les utilisateurs industriels, c’est une nouvelle perspective pour produire de l’hydrogène sur site.

Cet équipement est devenu  simple à manipuler. Enfin, il requiert un niveau de maintenance inférieur à celui des électrolyseurs alcalins traditionnels. Le BOP est conçu pour une durée de vie de 20 ans sans qu’il soit nécessaire de remplacer des vannes ou des raccords, ni d’utiliser des mélanges chimiques corrosifs. La maintenance se limite aux exigences des réglementations en vigueur, telles que l’étalonnage des détecteurs d’hydrogène. Comme la préparation de l’eau en amont du processus électrochimique est une étape déterminante, les filtres primaires doivent être remplacés. Enfin, la circulation de l’eau dans les stacks est assurée par des pompes qui doivent être lubrifiées chaque année et par un roulement qui doit être remplacé tous les 5 ans pour atteindre une fiabilité de 98%.

La flexibilité et la rentabilité sont des priorités absolues afin de garantir que les électrolyseurs PEM soient compétitifs par rapport à d’autres technologies plus établies sur le marché industriel.

Les niveaux de flexibilité et de sécurité atteints par cette solution sont sans précédent. La production d’hydrogène sur site n’est plus perçue comme un processus qui requiert un équipement hautement critique, mais comme une technologie productive, fiable et économique.