Les électrolyseurs sont des appareils qui utilisent l’électricité pour diviser l’eau ou d’autres électrolytes en hydrogène et en oxygène. Ils mettent en œuvre un processus appelé électrolyse. Il existe différentes technologies d’électrolyseurs, chacune ayant ses propres avantages, inconvénients et caractéristiques.
Catégories principales #
La liste ci-dessous résume certaines technologies d’électrolyseurs couramment utilisées pour fournir un aperçu :
- Électrolyseurs alcalins : Ils utilisent un électrolyte alcalin liquide pour le processus d’électrolyse, généralement une solution d’hydroxyde de potassium (KOH). Les systèmes fonctionnent à des températures relativement élevées et produisent généralement de l’hydrogène à des pressions moyennes de 10 à 30 bar(g). Ils sont utilisés depuis plusieurs décennies. Les électrolyseurs alcalins sont efficaces, durables et relativement peu coûteux. Certaines variantes produisent de l’hydrogène juste au-dessus de la pression ambiante.
- Électrolyseur à membrane échangeuse de protons (PEM) : Les électrolyseurs PEM utilisent une membrane électrolytique polymère solide, telle que Nafion, qui permet sélectivement le transport des protons (H+). Les électrolyseurs PEM fonctionnent à des températures plus basses et à des pressions plus élevées de 30 à 40 bar(g) par rapport aux électrolyseurs alcalins. Ils offrent des temps de réponse rapides, une efficacité élevée et une flexibilité pour un fonctionnement dynamique. L’image ci-dessous montre une version à l’échelle du laboratoire avec un dispositif de compression de stockage FLEXI HyCo .
- Cellule d’électrolyseur d’oxyde solide : Ce type d’électrolyseur fonctionne à des températures élevées généralement supérieures à 600 °C et utilise un électrolyte céramique solide, tel que la zircone stabilisée à l’yttrium (YSZ). La technologie a l’avantage d’être réversible, ce qui signifie qu’une machine à électrolyse est en même temps une pile à combustible capable de produire de l’électricité à partir d’hydrogène.
- Électrolyseurs à membrane échangeuse d’anions (AEM) : Les électrolyseurs AEM utilisent une membrane échangeuse d’anions comme électrolyte. Les électrolyseurs AEM sont une technologie émergente dans le domaine de la production d’hydrogène et attirent l’attention pour leurs avantages potentiels par rapport aux autres technologies d’électrolyseurs, en particulier le fait qu’ils ne nécessitent pas de métaux rares tels que d’autres technologies.
- Électrolyseur photoélectrochimique : Cette technologie combine des semi-conducteurs absorbant la lumière et des processus électrochimiques pour entraîner la réaction de séparation de l’eau. Les électrolyseurs utilisent l’énergie solaire pour générer l’électricité nécessaire à l’électrolyse, éliminant ainsi le besoin d’une source d’alimentation externe.
Applications #
Dans la phase relativement précoce du développement de l’industrie, aucune préférence technologique claire pour chaque application n’a émergé. Cependant, les applications typiques de chaque technologie sont résumées ci-dessous :
- Les électrolyseurs alcalins sont couramment utilisés dans les applications industrielles à grande échelle et pour la production d’hydrogène, mais de nouvelles versions peuvent également être utilisées en relation avec des sources d’énergie renouvelables.
- Les électrolyseurs PEM conviennent à diverses applications, notamment le stockage d’énergie renouvelable, les stations de ravitaillement en hydrogène et les systèmes distribués à petite échelle.
- Les cellules d’électrolyseur à oxyde solide sont souvent décrites comme une technologie appropriée pour les applications à grande échelle dans lesquelles des sources de chaleur à haute température, telles que l’excès de chaleur résiduelle ou l’énergie renouvelable, sont disponibles. La société Bloom Energy propose cette technologie et a érigé des électrolyseurs relativement grands basés sur celle-ci.
- Les électrolyseurs à membrane échangeuse d’anions (AEM) sont une technologie émergente avec une seule solution disponible sur le marché aujourd’hui. Le projet EWB est un exemple d’application AEM dans un projet GRZ.
- Les électrolyseurs photoélectrochimiques en sont encore à un stade précoce de développement, mais promettent une production durable et directe d’hydrogène à partir de l’énergie solaire.
Conclusion #
Chaque technologie d’électrolyseur présente son propre ensemble d’avantages, notamment l’efficacité, les conditions de fonctionnement, l’évolutivité et le coût. Le choix de la technologie d’électrolyseur dépend de facteurs tels que l’application, l’échelle de production, l’infrastructure disponible et les exigences spécifiques du système. GRZ a intégré différents fabricants, du laboratoire à l’échelle MW, et peut vous aider à réaliser votre projet avec succès.
