Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
L’électrolyse de l’eau permet d’obtenir de l’hydrogène et de l’oxygène de grande pureté. Mais le contexte énergétique actuel provoque un regain d’intérêt pour la production électrolytique d’hydrogène à partir de sources d’énergies renouvelables. La technologie à membrane acide, appelée PEM, présente des avantages certains par rapport à la technologie alcaline. En particulier, l’absence d’électrolyte liquide corrosif permet de concevoir des électrolyseurs fiables, fonctionnant à haute pression, sous forte densité de courant avec des rendements énergétiques supérieurs à 80 %.
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Electrolysis of water yields hydrogen and oxygen of high purity. But the current energy situation has provoked renewed interest in electrolytic production of hydrogen from renewable energy sources. Acid membrane technology, called PEM, has certain advantages over alkaline technology. In particular, the absence of corrosive liquid electrolyte allows for the design of reliable electrolyzers that can operate at high pressure under high current density with greater than 80% energy output.
Auteur(s)
-
Pierre MILLET : Ingénieur de l’Institut national polytechnique de Grenoble - Maître de conférences à l’université Paris-sud
INTRODUCTION
L’électrolyse de l’eau permet d’obtenir de l’hydrogène et de l’oxygène de grande pureté, traditionnellement utilisés dans différents secteurs industriels tels que l’industrie agroalimentaire, l’industrie des semi-conducteurs, ou les applications spatiales et sous-marines. Mais dans le contexte énergétique actuel, la raréfaction des sources d’énergie fossiles liée à la nécessité de réduire les émissions de gaz à effet de serre provoque un regain d’intérêt pour la production électrolytique d’hydrogène (vecteur énergétique) à partir de sources d’énergies renouvelables (voir « Combustible hydrogène. Production » [BE 8 565]). En dépit d’un coût d’investissement encore élevé, du fait de l’utilisation d’électrocatalyseurs à base de métaux nobles, la technologie à membrane acide (plus connue sous l’acronyme anglo-saxon PEM : « proton exchange membrane ») présente des avantages certains par rapport à la technologie alcaline, bien que celle‐ci soit plus mature sur le plan industriel. En particulier, l’absence d’électrolyte liquide corrosif permet de concevoir des électrolyseurs fiables, fonctionnant à haute pression, sous forte densité de courant avec des rendements énergétiques supérieurs à 80 %.
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Limitations et perspectives
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7. Domaines d’application
L’hydrogène électrolytique est utilisé dans les procédés nécessitant une grande pureté. Bien qu’encore peu développé, le procédé à membrane acide est particulièrement attrayant puisque l’hydrogène produit ne contient que de l’oxygène et de l’eau comme impuretés principales. Les domaines d’application peuvent être classés en fonction du débit d’hydrogène nécessaire.
7.1 Débits inférieurs à 500 L/h
Les applications basse puissance (permettant des débits d’hydrogène allant jusqu’à quelques centaines de litres par heure) sont très variées. Elles concernent par exemple la production d’hydrogène et d’oxygène électrolytique pour les applications de laboratoire, pour la bijouterie (chalumeaux), pour la chromatographie (l’hydrogène sert de gaz vecteur et de combustible pour les détecteurs à flamme), pour la soudure et le brasage. La figure 22 montre un appareil GenHy®100 commercialisé par la société CETH. Il s’agit d’un appareil automatisé produisant jusqu’à 100 NL/h d’hydrogène à 99,95 %, fonctionnant à 80 oC avec une densité de courant de 500 mA · cm–2, et délivrant l’hydrogène et l’oxygène sous une pression comprise entre 1 et 3 bar.
HAUT DE PAGE7.2 Débits de quelques mètres cubes par heure
Cette gamme de débit concerne par exemple la production d’hydrogène pour l’industrie des semi-conducteurs (dépôts de couches minces de silicium, épitaxie, traitements thermiques dans des fours de recuit) et le stockage des énergies renouvelables (couplage des électrolyseurs à des capteurs photovoltaïques et à des éoliennes). Ce dernier domaine d’activité est encore peu développé mais semble promis à une forte croissance dans les prochaines années. Des appareils allant jusqu’à 10 Nm3/h d’hydrogène sont commercialisés (figure ...
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Domaines d’application
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LEROY (R.L.), JANJUA (M.B.I.), RENAUD (R.), LEUENBERGER (U.) - Analysis of Time-Variation in Water Electrolyzers. - Journal of the Electrochemical Society, 126, 1674-1682 (1979).
-
(2) - NAGAI (N.), TAKEUCHI (M.), NAKAO (M.) - Influences of Bubbles between Electrodes onto Efficiency of Alkaline Water Electrolysis. - Proceeding of the fourth Pacific Symposium on Flow Visualisation and Image Processing (PSFVIP-4), Chamonix, France, 3-5 juin 2003.
-
(3) - LEROY (R.L.), BOWEN (C.T.), LEROY (D.J.) - The Thermodynamics of Aqueous Water Electrolysis. - Journal of the Electrochemical Society, 127, 1954 (1980).
-
(4) - ONDA (K.), KYAKUNO (T.), HATTORI (K.), ITO (K.) - Prediction of production power for high-pressure hydrogen by high-pressure water electrolysis. - Journal of Power Sources, 132, 64-70 (2004).
-
(5) - DAMJANOVIC (A.), DEY (A.), BOCKRIS (J.O’M.) - Electrokinetic parameters for hydrogen evolution in aqueous acidic media. - Journal of the Electrochemical Society, 113, 739 (1966).
-
...
ANNEXES
1 Constructeurs (de cellules, de membranes)
(liste non exhaustive)
CETH (Compagnie Européenne des Technologies de l’Hydrogène) http://www.ceth.fr/
DuPont Fuel Cells https://www.dupont.com/industries/energy.html
Norsk Hydro http://www.hydro.com/
HAUT DE PAGE
European Hydrogen and Fuel Cell Technology Platform (HFP) https://www.hfpeurope.org/
HAUT DE PAGE
GenHyPEM http://www.genhypem.u-psud.fr:80/
Projets européens autour de l’hydrogène http://ec.europa.eu/research/leaflets/h2/page_100_fr.html
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CEA Grenoble ...
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