L’hydrogène occupe une place prépondérante dans l’activité industrielle mondiale. Ce gaz est utilisé en grande quantité par l’industrie pétrochimique principalement pour la désulfurisation des carburants et par l’industrie chimique pour la synthèse de l’ammoniac, pour la production de méthanol et d’acide chlorhydrique. L’industrie l’agroalimentaire (hydrogénation des graisses et des huiles), l’électronique (semi-conducteurs), la métallurgie sont également de grandes consommatrices d’hydrogène. Sans compter que, pour palier à l’épuisement des combustibles fossiles, l’hydrogène est désormais amené à devenir un vecteur énergétique en complément de l’électricité.
Aujourd’hui, 90 % du gaz hydrogène est produit de manière industrielle soit par vaporeformage de méthane (craquage du gaz naturel par la vapeur d’eau à haute température), soit par oxydation partielle (production de l’hydrogène à partir d’hydrocarbures lourds et de dioxygène). Deux procédés qui émettent d’importantes quantités de CO2 : la production d’une tonne d’hydrogène par vaporeformage du gaz naturel génère ainsi 9 tonnes de CO2 et 18 tonnes de CO2 par oxydation partielle.
Un troisième procédé, l’électrolyse de l’eau, constitue la solution la plus « durable » de production d’hydrogène. Moyen de production d’hydrogène propre qui ne génère ni gaz à effet de serre (GES) ni CO2 pouvant être alimenté en énergie électrique d’origine renouvelable, il permet de stocker de l’électricité sous forme chimique.
Deux technologies d’électrolyse sont actuellement utilisées : l’électrolyse alcaline avec l’utilisation comme électrolyte, d’une solution alcaline conductrice d’ions pour la dissociation de l’eau et l’électrolyse PEM qui utilise un électrolyte solide à membrane polymère échangeuse de protons (Proton Exchange Membrane) à la place d’un électrolyte liquide (électrolyse alcaline).
C’est cette dernière que la Compagnie Européenne des Technologies de l’Hydrogène (CETH), spécialisée dans la conception et la fabrication de systèmes de production et de purification de l’hydrogène, a utilisé pour mettre au point la première solution mondiale d’électrolyseur PEM multistacks à régulation de charge. Conçu et développé dans le centre de recherche de la société, l’électrolyseur PEM GENHY multistacks à régulation de charge produit de l’hydrogène pur à plus de 99,5 % de manière continue et en quantité industrielle.
La CETH devient ainsi la première société au monde à avoir développé cette solution industrielle permettant, à la fois, une production d’hydrogène décarbonée et sans émission de gaz à effet de serre, tout en offrant une disponibilité très élevée de la production d’hydrogène sur des sites industriels décentralisés. Cet électrolyseur ayant été conçu pour fonctionner avec une alimentation intermittente, il est parfaitement adapté au stockage des énergies renouvelables.
Assemblage en parallèle de plusieurs stacks pour produire 8 Nm3/h d’hydrogène
La production de quantités importantes d’hydrogène et d’oxygène par électrolyse de l’eau nécessite l’association de plusieurs cellules individuelles PEM en empilement. Ces cellules jouent le rôle de séparateur physique des produits de l’électrolyse. A l’anode, l’eau se dissocie en oxygène et en protons. A la cathode les protons se recombinent aux électrons pour former l’hydrogène. L’empilement de ces cellules PEM est appelé stack. La CETH a développé une solution novatrice portant sur l’intégration de plusieurs stacks de cellules PEM, assemblés en parallèle avec régulation de charge.
Cette technologie propriétaire repose sur l’intégration de plusieurs stacks de cellules PEM avec régulation de charge. Ce procédé facilite la gestion des délestages internes sans interrompre le fonctionnement du générateur. La production d’hydrogène reste constante et continue 24h sur 24h. La maintenance peut être programmée en fonction des exigences du procédé industriel. Par ailleurs, il s’agit d’une solution compacte : pour une production équivalente au système alcalin, les électrolyseurs de la gamme GENHY sont trois fois moins volumineux.
Actuellement, la société CETH qui, en avril dernier, avait réalisé le premier prototype mondial de reformage à membrane de bioéthanol de deuxième génération permettant une production d’hydrogène de haute pureté sans recours à l’électricité, finalise dans ses locaux l’assemblage du premier pilote industriel d’une capacité de production de 8 Nm3 d’hydrogène par heure sous 16 bars de pression. En mode sans régulation de charge, ce pilote industriel est également dimensionné pour une production opérationnelle d’hydrogène de 12 Nm3 /h, ce qui représente un niveau de production d’hydrogène encore jamais atteint par un électrolyseur de type PEM multistacks.
Ce procédé de CETH s’adresse tout particulièrement aux différentes applications industrielles nécessitant un hydrogène d’une grande pureté (les seules impuretés contenues dans l’hydrogène sont de l’humidité et de l’oxygène, lui-même utilisable pour d’autres applications, comme les piles à combustible), permet une réduction des phases de maintenance des unités de production de 30 à 40 % par rapport aux procédés alcalins, et ne requiert pas l’utilisation de solution caustique ou de liquide corrosif (KOH pour l’électrolyse alcaline). Enfin, ses modules se corrodent moins vite que ceux utilisés pour les technologies alcalines et les dépenses d’exploitation sont inférieurs de 20 à 30 % par rapport aux procédés alcalins.
Par Marc Chabreuil