eclectique manu

H2 technologies de production en 2013 –

1 - Conclusion en 2013. :

Les industries chimiques ont eu besoin depuis longtemps de l’hydrogène et donc cette production est bien maitrisée. Elle peut encore beaucoup évoluer et innover dans le futur.

Les deux technologies matures, l’électrolyse et le reformage du gaz naturel vont coexister durant les 20 ans à venir.

Par ailleurs, le développement de l’éolien et du solaire va accroitre la part de l’électrolyse car elle permet de stocker l’énergie électrique excédentaire sous forme d’H2.

Mais on pense que la principale utilisation de l’H2 en 2020 et après sera comme combustible dans les piles à combustibles soit stationnaires (alimentations de secours pour les télécoms, petites centrales électriques, etc.) soit pour les transports (chariots électriques, APU divers, propulsion des voitures et PL, etc.)

2 – Electrolyse

Résumé – La technologie de l’électrolyse de l’eau est utilisée depuis plus de 80 ans pour les besoins de l’industrie en H2. La technologie encore prépondérante est la technologie alcaline mais celle d’avenir est la PEM qui a déjà pas mal de sociétés importantes dans ce domaine. Les réductions de coût et les innovations (chez ITM Power en particulier) ont amené cette technologie en 2012 à être compétitive avec la technologie alcaline.

Développement - L’électrolyse de l’eau dans un électrolyseur donne de l’hydrogène et de l’oxygène. 2H2O + électricité -> 2H2 + O2 .C’est la réaction opposée de celle qui se passe dans une pile à combustible.

Electrolyseur alcalin – Un électrolyte alcalin est utilise, en général une solution de potasse à 25% (liquide corrosif). C’est une solution très ancienne, en Norvège surtout et Norsk Hydro, l’a utilisée pour la production de l’ammoniac de 1928 à 1988 et continue de l’utiliser pour l’industrie et d’autres applications.

Electrolyseur de type PEM « Proton Exchange Membrane » – Beaucoup d’items de la technologie et des moyens de production de masse sont développés aussi bien pour les Piles à combustible PEM que pour les électrolyseurs PEM. Les électrolyseurs PEM sont déjà en série mais c’est encore une nouvelle technologie comparée à celle des alcalins. Leurs rendements sont prévus pouvoir aller jusqu’à 94% mais actuellement ils sont un peu plus faibles qu’avec les meilleurs alcalins. Ils sont déjà bien adaptés aux énergies électriques renouvelables où la production d’électricité varie beaucoup ; ils sont donc conseillés aussi pour les petites unités en général. Les alcalins restent encore valables pour les grandes unités reliées au réseau.

Electrolyseur à vapeur d’eau de type SO « Solid Oxide » – Ce troisième type d’électrolyseur travaille à haute température (environ 850 °C) avec un bon rendement et utilise un électrolyte céramique à conduction ionique comme dans les plies à oxyde solide. : Il faut créer de la vapeur d’eau pour l’envoyer dans l’électrolyseur. Il n’est pas encore commercialisable : à suivre

Sociétés sur ce marché :

Voici 7 sociétés importantes mais il y en a plus de 50 environ en activité dans le monde

NEL Hygrogen Co (ex Norsk Hydro Electrolysers), (Norvège et Monde) ; ils ont déjà plein d’années d’expérience (depuis 1930 !) et mis sur le marché plus de 500 grandes unités ’électrolyseurs alcalins très fiables.

H2 Logic, (Danemark) : électrolyseurs alcalins

Air Liquide et Axane, (France et Monde), électrolyseurs PEM

Proton Energy Systems Inc. (USA), société qui fait partie du groupe « Distributed Energy Systems ». Il fabrique en série depuis de nombreuses années des électrolyseurs HOGEN® avec une technologie PEM propriétaire.

CETH (France) font des électrolyseurs et des reformeurs. Leur technologie d’électrolyseur est de type PEM ; débits possibles jusqu’à 50 Nm3/h d’H2.

ITM Power (UK) technologie PEM innovante très compétitive pour de petites unités. Leur gamme d’électrolyseurs va maintenant de 100 W à 25 kW. Il a annoncé en 2012 qu’avec son produit HFuel son coût d’H2 produit est inférieur à la cible en Europe pour 2015 !! Il a vendu en 11/2013 une installation d’électrolyseurs en UK après un appel d’offres concurrentiel, montrant ainsi que sa technologie est compétitive (voir photo).

Hydrogenics, (USA, Canada et Europe) : elle produit depuis 60 ans des générateurs d’H2 par électrolyse en technologie alcaline et depuis 5 ans environ en technologie PEM. Elle a démarré en 08/2013 sa production d’H2 par électrolyse « Power to Gas » à partir de 2 MW d’éoliennes à Falkenhagen en RFA : l’H2 est ensuite injecté dans le réseau du gaz naturel ou gaz de ville.

Electro Power Systems, (Italie), électrolyseurs et piles à combustibles PEMFC.

Etc.

3 –Reformage de combustibles

Résumé – C’est le gaz naturel qui est reformé presque toujours pour obtenir de l’H2 mais tous les combustibles, gazeux, liquides et solides peuvent être traités et donner de l’hydrogène de façon plus ou moins difficile et chère suivant les cas. Les technologies les plus utilisées en série sont le vaporéformage et le reformage autotherme et même d’autres technologies innovantes propriétaires sont mises au point en ce moment ; l’arrivée des bios fuels et de la biomasse en général a relancé aussi les développements.

Après le reformage, il faut un système de purification des gaz (Shift, PROX, ...) et parfois de la désulfuration (pour le gaz naturel...). Pour fonctionner dans une pile à combustible PEM il faut tous les dispositifs indiqués ci-dessus mais pour les piles de type SOFC ou MCFC un gaz riche en H2, méthane et même avec du CO convient.

La plupart des unités de production d’H2 par reformage sont à partir du gaz naturel ou du bio-gaz

Sociétés sur ce marché :

Voici une quinzaine de sociétés importantes mais il y en a plus de 100 environ en activité dans le monde

Idatech, (USA), reformeurs et piles à combustible

Intelligent Energy, (UK), reformeurs et piles à combustible

Nuvera, (USA), reformeurs et piles à combustible

Genhypac, (France), reformeurs et stockage d’H2.

Hygear, Hollande : vapo - réformage, unités de 5 à 100 Nm3/hr.

Hyradix, USA, reformage autotherme ATR, accord avec IFP pour le reformage des liquides.

Virent, USA ; reformage phase aqueuse pour les sucres et sirop de carbohydrates en général et autres produits cellulosiques mais produit seulement des biocarburants de 2 ième génération et non de l’H2.

Syngas, Canada ; gazéification du charbon et de la biomasse et des déchets solides : le produit est un gaz riche en H2, méthane et même avec du CO.

Velocys, USA : reformage et production de GTL « gas to liquid » et de BTL « biomass to liquid » ; accord aussi avec Total.

Etc.

NB1 - La plupart des Compagnies pétrolières et gazières comme Total, Shell, Chevron, IFP, etc. ont des reformeurs performants produisant des gaz riches en H2 et aussi du H2 pur

NB2 - La plupart des compagnies de fabrication et distribution de gaz nobles, comme Air Liquide, Linde, Air Products, etc. ont aussi des reformeurs performants pour produire du H2 pur.

4 – Autres technologies de production d’H2 encore au stade R&D

41- On a aussi en R&D de la production d'H2 à partir de traitements chimiques innovants de certaines algues !

42 - Réaction de l’eau (cracking) avec des métaux et / ou d’autres composés chimiques en présence de catalyseurs.- Ce type de cracking de l’eau avec des métaux et / ou d’autres composés chimiques en présence (ou non) de catalyseurs est encore peu étudié et assez confidentiel mais des sociétés et des Universités proposent des solutions et même des prototypes et lancent des démonstrateurs. A suivre…

Article modifié le 17 et le 19 12 2013