Qu'est-ce qu'un électrolyseur et à quoi sert-il ?

An électrolyseur est un appareil qui utilise l'électricité pour diviser l'eau ou d'autres composants en leurs éléments constitutifs par électrolyse. L'électrolyse est une réaction chimique dans laquelle un courant électrique traverse une substance, l'amenant à se décomposer en ses composants de base.

Dans le cas de l'électrolyse de l'eau, un électrolyseur utilise un courant électrique pour diviser les molécules d'eau en gaz hydrogène et oxygène. L'hydrogène gazeux peut être stocké sous forme de gaz comprimé ou liquéfié. L'oxygène créé est relâché dans l'air ou capturé et stocké pour alimenter d'autres procédés industriels.

Les composants d'un électrolyseur

La forme de base d'une unité d'électrolyseur contient une cellule électrolytique avec deux électrodes - une cathode (charge négative) et une anode (charge positive) - et une membrane. Un système d'électrolyseur contient les empilements de cellules d'électrolyseur, les pompes, les évents, les réservoirs de stockage, une alimentation électrique, un séparateur et d'autres composants de fonctionnement.

L'électrolyse se produit dans les empilements de cellules lorsqu'un courant électrique est appliqué à travers les électrolytes. L'anode attire les ions hydroxyde chargés négativement (OH-), libérant de l'oxygène gazeux (O2). La cathode attire les ions hydrogène chargés positivement (H+) et libère de l'hydrogène gazeux (H2).

A quoi servent les électrolyseurs ?

Les électrolyseurs sont principalement utilisés pour produire de l'hydrogène gazeux. L'hydrogène est essentiel pour les processus industriels, y compris ammoniac production d'engrais et de carburant pour les applications de piles à combustible telles que bus, camions et les trains. Ils peuvent être utilisés pour le stockage de l'énergie en convertissant l'électricité excédentaire provenant de sources d'énergie renouvelables, telles que l'éolien, le solaire et l'hydroélectricité, en hydrogène gazeux. Le gaz peut ensuite être comprimé, stocké et utilisé selon les besoins.

De taille et de fonction variables, les électrolyseurs sont évolutifs pour répondre à divers besoins d'entrée et de sortie. Leur empreinte peut aller de petites usines d'électrolyseurs industriels installées dans des conteneurs d'expédition pour la production sur site à des installations centralisées de production d'hydrogène à grande échelle capables de livrer de l'hydrogène par camions ou d'être connectées à des pipelines pour le mélange de gaz naturel.

Les électrolyseurs sont également une technologie complémentaire à réservoirs de carburant. Fonctionnant un peu comme une batterie, les piles à combustible produisent de l'électricité et de la chaleur. Contrairement à une batterie, une pile à combustible peut produire de l'électricité sans fin si un combustible, comme l'hydrogène, est fourni en continu. Les piles à combustible qui utilisent de l'hydrogène génèrent de l'électricité sans émission au point d'utilisation pour ses applications, ce qui signifie que les combustibles fossiles ne sont pas nécessaires et qu'aucune émission nocive n'est créée.

Les différents types d'électrolyseurs

Il existe trois principaux types de technologie d'électrolyse de l'eau : membrane échangeuse de protons (PEM), alcaline et oxyde solide. Chaque électrolyseur fonctionne légèrement différemment selon le matériau d'électrolyte impliqué. 

Électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEM)

Électrolyseurs PEM contiennent une membrane échangeuse de protons qui utilise un électrolyte polymère solide. Lorsqu'un courant électrique est appliqué à son empilement de cellules pendant l'électrolyse de l'eau, l'eau se divise en hydrogène et en oxygène. Les protons d'hydrogène traversent la membrane pour former H2 côté cathode. 

Électrolyseurs alcalins

Électrolyseurs alcalins contiennent de l'eau et une solution électrolytique liquide telle que l'hydroxyde de potassium (KOH) ou l'hydroxyde de sodium (NaOH). Lorsqu'un courant est appliqué à une pile alcaline, les ions hydroxyde (OH-) se déplacent à travers les solutions d'électrolyte de la cathode à l'anode de chaque pile. Les bulles d'hydrogène gazeux sont générées à la cathode et l'oxygène gazeux est généré à l'anode.

Électrolyseurs à oxyde solide 

Les électrolyseurs à oxyde solide, ou cellules d'électrolyse à oxyde solide (SOEC), sont des piles à combustible à oxyde solide qui fonctionnent en mode régénératif. Une SOEC utilise un oxyde solide ou un électrolyte céramique. Lorsqu'un courant est appliqué et que de l'eau est introduite dans sa cathode, l'eau se transforme en hydrogène gazeux et en ions oxyde. Pendant que l'hydrogène gazeux est capturé pour être purifié, les ions d'oxyde se déplacent vers l'anode et libèrent des électrons vers un circuit externe pour devenir de l'oxygène gazeux.

Électrolyseurs et production d'hydrogène vert

L'hydrogène vert est un hydrogène renouvelable produit à l'aide de la technologie d'électrolyse de l'eau et de l'électricité générée à partir de sources d'énergie renouvelables, telles que l'énergie solaire ou éolienne. Il prend un élan sans précédent à l'échelle mondiale et Accelera pense qu'il s'agit d'un élément clé pour accélérer le passage à l'énergie propre. La commercialisation des électrolyseurs peut rendre l'hydrogène vert plus facilement disponible et permettre aux systèmes énergétiques du monde entier de subir des transformations fondamentales pour réduire les émissions et réduire leur impact négatif sur l'environnement.