Électrolyse de l'hydrogène vert

Aperçu général

L'électrolyse de l'eau convertit l'énergie électrique en hydrogène et en oxygène. L'hydrogène est décrit comme vert lorsque l'électricité et la chaîne d'approvisionnement de soutien répondent à une définition de faibles émissions. La molécule qui en résulte peut stocker de l'énergie ou fournir des matières premières chimiques, mais les pertes de conversion signifient que l'électrification directe est généralement plus efficace là où elle peut fournir le même service.

Fondations techniques

L'électrolyse nécessite au moins l'énergie libre de division de l'eau de Gibbs, avec une tension supplémentaire perdue pour la cinétique de l'électrode, la résistance ionique et le transport de masse. Les valeurs de chauffage plus élevées et plus faibles produisent différentes conventions d'efficacité. Les systèmes alcalins utilisent des diaphragmes poreux et des catalyseurs non précieux, les systèmes d'échange de protons assurent un fonctionnement dynamique compact, mais utilisent souvent l'iridium à l'électrode d'oxygène, et les cellules d'oxyde solide peuvent utiliser la chaleur de procédé pour réduire la demande électrique. Le passage du gaz limite le fonctionnement à faible charge et la différence de pression.

Comment ça marche

Les électrolysers alcalins utilisent des électrolytes liquides, les systèmes à membrane échangeuse de protons utilisent une membrane acide solide et les électrolysers à oxyde solide fonctionnent à haute température. À la cathode, l'eau ou les protons sont réduits à l'hydrogène; à l'anode, l'oxygène évolue. L'électronique de puissance, la purification, la compression, le traitement de l'eau, la gestion thermique et la séparation des gaz déterminent les performances de l'usine au-delà de la pile électrochimique.

Méthodes de mesure et de recherche

Les essais de la pile enregistrent les courbes de courant de tension, la pureté du gaz, l'efficacité faradique, la température et la dégradation sur des plans de cycles et de stabilité. L'impédance électrochimique sépare les apports de résistance, tandis que la microscopie post mortem et l'analyse chimique identifient la dissolution du catalyseur, les dommages membranaires et la contamination. Les études sur les plantes mesurent la consommation en courant alternatif par kilogramme livré après séchage et compression. L'évaluation du cycle de vie précise la source d'électricité, la fabrication et le remplacement de l'équipement. La certification peut exiger une correspondance horaire ou granulaire similaire entre la production renouvelable et la demande d'électrolyse.

Idées clés

• L'intensité du carbone électrique et l'appariement temporel déterminent si l'hydrogène électrolytique est réellement faible.
• L'efficacité, la dégradation, le facteur de capacité et le financement déterminent conjointement le coût de production.
• Les fuites d'hydrogène et les émissions d'oxyde d'azote provenant de la combustion doivent être incluses dans l'évaluation environnementale.

Frontière actuelle de la recherche

La frontière vise à réduire la charge des métaux précieux, les membranes échangeuses d'anion, le fonctionnement sous pression et les systèmes réversibles d'oxyde solide. La co-implantation avec les usines d'acier, d'ammoniac ou de combustibles synthétiques peut utiliser l'oxygène et les sous-produits de la chaleur. La flexibilité de l'horaire doit équilibrer les bas prix de l'électricité par rapport à l'utilisation et à la dégradation du capital. Les recherches comparent également les pipelines, l'ammoniac, le méthanol et les transporteurs liquides pour le transport. Un projet crédible nécessite une comparaison avec l'hydrogène fossile, avec une électricité à faible teneur en carbone et avec un système de stockage du méthane, plutôt que de ne compter que sur l'efficacité de la plaque nominative de l'électrolyse.

Pourquoi ça compte

L'hydrogène à faible émission pourrait décarboner les utilisations existantes de l'ammoniac et du raffinage et servir à la fabrication de l'acier, aux carburants d'expédition et au stockage de longue durée lorsque l'électricité directe est difficile. Les usines flexibles peuvent utiliser des périodes de production abondantes de sources renouvelables tout en soutenant la sécurité des matières premières industrielles.

Limites et questions ouvertes

Les infrastructures d'électricité, de transport, d'eau et de stockage renouvelables sont des besoins considérables. Les électrolysers se dégradent sous le cycle et certaines technologies dépendent de catalyseurs rares. Le transport d'hydrogène à faible densité est coûteux et les subventions peuvent détourner l'électricité de la décarbonisation plus efficace. La certification doit empêcher que l'énergie produite par les fossiles ou à forte teneur en carbone ne soit requalifiée en énergie verte.