Hydrogène, un rendement de 90 % sur un système d'électrolyse du CEA
Publié par Isabelle le 26/12/2014 à 12:00
Source: CEA
Le CEA Liten valide un système de production d'hydrogène par électrolyse de la vapeur d'eau à haute température de performances exceptionnelles. Conçu par le CEA pour limiter les coûts d'investissement et d'opération, ce système présente un rendement supérieur à 90%. Il ouvre de nouvelles voies aux marchés de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) industriel et de l'hydrogène énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.).


Le prototype de production d'hydrogène par électrolyse à haute performance de la vapeur () d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) à haute température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et...) conçu par le CEA. (crédit photo D. Guillaudin / CEA)?

L'hydrogène est utilisé dans de nombreux secteurs industriels (chimie, agroalimentaire, transformation du verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice SiO2) et de fondants, le...), sidérurgie (Le terme sidérurgie (du grec sideros, fer) désigne à la fois les techniques d'obtention de la fonte, du fer et de l'acier à partir de...), microélectronique). L'électrolyse est également un procédé prometteur pouvant servir dans la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de conversion et de stockage des énergies renouvelables intermittentes.

Mais sa production est aujourd'hui très majoritairement réalisée par reformage de méthane/gaz naturel. Le CEA développe un procédé alternatif par électrolyse de l'eau alimentée par de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique...). Si la source électrique est décarbonée cela permet de limiter les émissions de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...) à effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres étoiles (dans le cas...) et d'économiser les énergies fossiles.

Les différents procédés d'électrolyse de l'eau se distinguent essentiellement par leur température de fonctionnement qui conditionne la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un...) d'électricité à apporter pour dissocier la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière...) d'eau. Une étape importante vient d'être franchie par le laboratoire de production d'hydrogène du CEA Liten: un système électrolyseur à haute température (700°C) produisant de l'hydrogène à partir de vapeur à 150°C et d'électricité avec une consommation électrique de 3,9 kWh/Nm3 (1) d'hydrogène. Ce prototype démontre qu'il est possible de produire de l'hydrogène en partant de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) à basse température avec des rendements inégalés grâce à une valorisation maximale de la chaleur dans le système.

Ce système conçu par le CEA intègre un "stack" (empilement de cellules, cœur de la réaction de production d'hydrogène) performant et optimisé en terme de coût, ainsi que les composants auxiliaires nécessaires à la gestion fluidique, thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents...) et électrique du système, de manière à le rendre autonome. Le système complet est compact, approximativement de la taille d'un réfrigérateur (Un réfrigérateur (ou frigidaire ou frigo dans le langage famillier) est un appareil principalement utilisé en cuisine, avec un compartiment principal qui a une température de 4 a 8 °C et souvent un compartiment pour la...). Il permet de produire entre 1 et 2,5 Nm3/h d'hydrogène. La chaleur des gaz de sortie est récupérée pour préchauffer les gaz d'entrée grâce à des échangeurs thermiques haute température performants lorsque le système fonctionne en mode légèrement exothermique. Le rendement de ce système a été mesuré et excède les 90 %, confirmant ainsi le potentiel de cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :).

"Florence (Florence (en italien Firenze) est une ville d'Italie, capitale de la région de Toscane et chef-lieu de province (370 051 habitants, les Florentins). Située au pied de l'Apennin septentrional, elle est traversée par le...) Lambert, directrice du CEA Liten: "Nous sommes convaincus que l'hydrogène vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet d'effectuer des opérations d'addition et de multiplication par un scalaire. Un n-uplet peut constituer un exemple de...) d'énergie va jouer un rôle majeur dans la transition énergétique. Ces résultats à l'échelle du système nous confirment que l'électrolyse haute température est une alternative crédible pour produire de façon économiquement viable de l'hydrogène sans faire appel aux ressources fossiles. Notre expérience de plusieurs années sur les convertisseurs électrochimiques et l'optimisation thermique de procédés nous amènent aujourd'hui à un niveau de maturité jamais atteint."

Note:
(1) Unité Nm3: Il s'agit de 'normaux mètres-cube'. Les gaz étant compressibles le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) peut changer en fonction de la température et de la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.). '10 normaux mètres-cube' correspondent à 10 m3 de gaz à 0°C et à une pression de 1 bar (pression atmosphérique).?
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