Vos électrolyseurs sont-ils optimisés pour produire de l’hydrogène avec efficacité ?
Optimiser la fabrication d’électrolyseurs pour la production d’hydrogène avec des systèmes fluides performants
Considéré comme une source d’énergie faiblement émettrice de carbone au fort potentiel, l’hydrogène continue de gagner du terrain. Une preuve parmi d’autres est la suivante : la Commission européenne a fixé comme objectif la production de 10 millions de tonnes et l’importation de 10 millions de tonnes d’hydrogène renouvelable dans l’Union européenne à l’horizon 2030. Ailleurs dans le monde, les analystes s’attendent à voir les ventes d’électrolyseurs plus que doubler en Chine en 2023, alors que les projets pour produire de l’hydrogène vert se multiplient dans le pays.
Pour que l’hydrogène s’impose comme source d’énergie auprès du public, les capacités de production et la fiabilité de la production devront être renforcées. Or, tout cela commence au cœur de l’installation de production d’hydrogène avec des électrolyseurs optimisés. Les électrolyseurs ont une fonction très importante : ce sont eux qui transforment l’eau en hydrogène et en oxygène sous l’action d’un courant électrique. Pour effectuer cette tâche avec un maximum d’efficacité et d’efficience, l’électrolyseur a besoin de systèmes fluides fiables, d’une part, pour son alimentation en eau, et d’autre part, pour évacuer l’hydrogène et l’oxygène produits.
Par conséquent, une attention particulière doit être apportée aux systèmes fluides qui remplissent ces fonctions au moment de concevoir une nouvelle installation de production d’hydrogène. Examinons de plus près l’impact majeur que peuvent avoir les systèmes fluides sur la sécurité, la productivité et la rentabilité d’une installation de production d’hydrogène.
Connaître ses électrolyseurs
Dans le secteur de la production d’hydrogène, il existe deux principaux types d’électrolyseurs :
Les électrolyseurs alcalins : l’électrolyse alcaline est une technologie aboutie utilisée depuis plus de 100 ans. Effectué à basse température, le procédé d’électrolyse alcaline utilise une solution alcaline d’hydroxyde de potassium (KOH) ou d’hydroxyde de sodium (NaOH) comme électrolyte pour conduire l’électricité. Les molécules d’eau sont séparées en molécules d’hydrogène et d’oxygène sous l’effet du courant électrique. Si ce procédé est le moins onéreux pour produire de l’hydrogène, il entraîne cependant des coûts de maintenance élevés.
Les électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (MEP) : les électrolyseurs MEP utilisent un électrolyte solide plutôt qu’une solution liquide pour conduire l’électricité. Ces électrolyseurs sont généralement plus efficients, nécessitent moins d’entretien et prennent moins de place que des électrolyseurs alcalins. En revanche, les électrolyseurs PEM sont plus coûteux à exploiter, car ils nécessitent l’utilisation de métaux précieux comme le platine.
Quelle que soit la technologie déployée dans votre installation, des systèmes fluides fiables sont nécessaires pour gérer l’arrivée d’eau et les sorties d’hydrogène et d’oxygène.
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Limiter les fuites lors d’une première installation
À mesure que se rapproche le démarrage d’une nouvelle installation de production d’hydrogène, tous les systèmes fluides critiques sont soumis à des tests d’acceptation en usine. Ce processus comprend l’inspection et les essais de validation des systèmes (ou de leurs principaux composants), qui sont effectués et consignés sur le site du fournisseur. Pour les systèmes fluides devant acheminer de l’hydrogène, la procédure consiste généralement à faire circuler un fluide d’essai ne présentant aucun danger (généralement de l’azote) dans le système à des pressions de plus en plus élevées pour détecter d’éventuelles fuites et mesurer leur débit.
Même de petites fuites peuvent entraîner un gaspillage des ressources lorsque l’eau s’écoule dans l’électrolyseur. Pour ce qui est de l’oxygène et de l’hydrogène produits, des fuites de ces gaz peuvent entraîner des pertes importantes et représenter un danger pour la sécurité. De plus, résoudre ces problèmes demande du temps. Limiter au maximum les fuites dès la phase de conception d’une nouvelle installation de production peut favoriser la réussite du projet.
Remarques issues du terrain
Ana Dominguez, responsable des services d’ingénierie chez Swagelok
“La plupart du temps, l’apparition de fuites au démarrage d’un système est due à une mauvaise installation. C’est vrai dans une installation qui produit de l’hydrogène, mais aussi dans quasiment n’importe quelle installation dont les systèmes fluides sont une partie essentielle. Si les producteurs d’hydrogène veulent éviter des coûts supplémentaires au moment du démarrage, ils auront sans doute intérêt à former leur personnel aux techniques d’installation. Des installateurs formés aux meilleures pratiques auront moins de chances de commettre des erreurs pouvant causer des fuites. ”
Si des fuites sont détectées pendant les essais d’acceptation…
Tout cela peut occasionner des pertes de temps et des dépenses importantes qui n’ont pas été prévues avant même la mise en service de l’usine. Pour limiter le risque de fuites et les coûts associés à celles-ci, une bonne solution consiste à former son personnel à l’installation des systèmes fluides. Suivre les meilleures pratiques établies pendant l’installation peut éviter de rencontrer des problèmes lors des tests de démarrage et de devoir retravailler sur des systèmes fluides critiques avec les coûts que cela représente.
Maintenir le niveau de pureté de l’hydrogène produit
Il est capital que l’hydrogène produit par électrolyse soit pur à 99,9 %. 
Le défi est de taille. Les températures élevées et les forts taux d’humidité inhérents au procédé d’électrolyse sont propices à l’apparition de corrosion dans un acier inoxydable de moindre qualité, ce qui peut entraîner une contamination de l’hydrogène sur le trajet entre l’électrolyseur et le réservoir de stockage. La corrosion est également un problème de sécurité, car des tubes ou des raccords très corrodés présentent un risque plus élevé de défaillance.
Il existe quelques stratégies que vous pouvez mettre en œuvre pour maintenir le niveau de pureté de l’hydrogène. Des systèmes d’échantillonnage de gaz performants doivent être utilisés pour analyser et surveiller régulièrement les niveaux de pureté de l’hydrogène produit. Par ailleurs, il est important d’avoir choisi des matériaux dans lesquels vous pourrez avoir confiance. Des aciers inoxydables de qualité aux teneurs en chrome et en nickel supérieures aux valeurs minimales fixées par l’ASTM résistent davantage à la corrosion et au phénomène de fragilisation par l’hydrogène.
Maximiser la productivité
Des systèmes fluides de qualité et correctement installés pour alimenter l’électrolyseur en eau et évacuer les gaz produits aideront l’électrolyseur à atteindre sa pleine capacité, contribuant ainsi à une productivité maximale.
Des systèmes étanches vous aideront à éviter non seulement des travaux coûteux en cas de problèmes pendant les tests d’acceptation en usine, mais aussi des problèmes de maintenance imprévus avec les temps d’arrêt que cela implique à plus long terme. Avec des systèmes qui assurent la fiabilité de l’alimentation en eau et la pureté des gaz produits, vous pourrez maintenir le rendement du procédé d’électrolyse et réduire le coût global de l’installation de production pendant toute sa durée de vie. C’est là une raison supplémentaire d’optimiser les systèmes fluides de votre électrolyseur.
Il est essentiel de sélectionner des composants et des assemblages de qualité conçus spécifiquement pour l’hydrogène dès le début de votre projet pour accélérer la mise en service d’une installation sûre et productive dans la durée. Si vous avez besoin d’aide, prenez contact avec un fournisseur de composants de systèmes fluides qui a de l’expérience dans la conception de systèmes mettant en œuvre de l’hydrogène.
Remarques issues du terrain
Knut Marker, conseiller technico-commercial chez Swagelok Norvège
“La production d’hydrogène est véritablement un domaine qui reste à découvrir. Il n’existe pas de plan établi expliquant comment lancer une nouvelle usine de production fiable et rentable. Toutefois, nous savons que produire de l’hydrogène exige de transférer des fluides de façon fiable — un domaine dans lequel des pratiques bien établies peuvent être appliquées pour limiter au maximum les fuites, les problèmes de sécurité et les problèmes de maintenance dans une usine de production. ”
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