Fiche n°2 : Produire de l’hydrogène avec un électrolyseur

Aujourd’hui, l’hydrogène est surtout produit à partir de gaz naturel, ce qui émet beaucoup de CO2. Une autre manière de développer de l’hydrogène massivement car elle permet de produire de l’hydrogène à partir d’énergies renouvelables et décarbonées, l’électrolyse. Mais au fait…

C’EST QUOI
L’ÉLECTROLYSE ?

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Le principe de l’électrolyse est assez simple. On injecte un courant continu dans une solution électrolytique, afin de séparer les molécules d’eau en hydrogène et oxygène.

Fonctionnement_d_un_électrolyseur

REGARDONS PAR EXEMPLE UN ÉLECTROLYSEUR DE TYPE ALCALIN

Une cellule d’électrolyseur alcalin est constituée de deux électrodes plongées dans un bain de solution électrolytique. On injecte de forts courants continus, et le tour est joué ! De l’hydrogène se forme à la cathode, et de l’oxygène se forme à l’anode.

 

L’électrolyseur est constitué de centaines de cellules empilées, l’ensemble ainsi constitué est communément appelé un stack.

L’ÉLECTROLYSE ALCALINE N’EST PAS LA SEULE TECHNOLOGIE UTILISÉE.

LES GRANDES FAMILLES SONT :

PEM

électrolyseurs à membranes échangeuses de protons 

(Proton Exchange Membrane)

Alcalin

électrolyseurs 

alcalins

AEM

électrolyseur à membranes échangeuses d’anions

(Anion Exchange Membrane) 

SOEC

électrolyseurs à oxyde solide à haute  température

(Solid Oxide Electrolyzer Cell)

Température de fonctionnement - rendement - maturité technologique - déploiement :

rendement_grandes_familles_electrolyse_alcaline

Le principe général est de casser de l’eau avec de l’électricité en utilisant des technologies différentes.

PEM

La solution électrolytique est remplacée par une membrane solide en polymère. 

 

Ce sont les protons (H+) qui la traversent et forment l’H2 à la cathode.

Alcalin

Ce sont les tout premiers électrolyseurs qui ont été conçus, dès 1800.

 

L’électrolyte est une solution liquide aqueuse, et ce sont les ions hydroxyde (OH-) qui naviguent à travers la membrane pour former de l’O2 à l’anode.

AEM

Contrairement aux électrolyseurs PEM, ici ce sont les anions (H-) qui traversent et forment l’H2 à l’anode. 

SOEC

Ici, l’électrolyte est sous forme de céramique solide. 

 

A la cathode, l’hydrogène est séparé des ions d’oxygène (O2), qui vont traverser la membrane céramique et former de l’O2 à l’anode.

LES PRINCIPALES DIFFÉRENCES

Chaque technologie a ses avantages et inconvénients. 


PEM :

- Les avantages : compacité, densité de courant élevée, réactivité rapide pour répondre aux temps de production
-
Les inconvénients : utilisation de matériaux rares, coûts de production élevés, sensibles aux ions bivalents (calcium et fer) 


Alcalin :

- Les avantages : fiabilité, faibles coûts de production, non sensibles aux ions bivalents

- Les inconvénients : rendement faible, opération à faible densité de courant, volumineux, démarrages longs


AEM :

- Les avantages :
compacité, densité de courant élevée, réactivité rapide pour répondre aux temps de production, fiabilité, faibles coûts de production, non sensibles aux ions bivalents  

- Les inconvénients : moins mature comparé aux technologies conventionnelles


SOEC :

- Les avantages : excellent rendement

- Les inconvénients : nécessitent des hautes températures, stade de maturité faible

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