Comment garantir la sécurité et la qualité du gaz des électrolyseurs d'hydrogène ?

Gérer un marché en plein essor

La demande d'hydrogène comme source d'énergie à zéro émission, ou pour une utilisation dans les processus industriels, est florissante. L'AIE (Autorité internationale de l'énergie) estime que la demande pourrait passer d'à peine 9 Mt en 2020 à bien plus de 100 Mt d'ici 2030, la capacité mondiale des électrolyseurs, nécessaires à la production d'hydrogène, passant de 300 MW en 2021 à environ 34GW en 2030.

Ces schémas se reflètent dans un article récent du magazine Recharge, qui faisait état de conclusions d'Aurora Energy Research prévoyant une croissance " mille fois " du marché des électrolyseurs d'hydrogène d'ici 2040. Dans un rapport ultérieur, Aurora a toutefois averti que, malgré cette croissance spectaculaire du marché, il faudra un certain temps avant que le coût de l'hydrogène vert produit par électrolyse atteigne la parité avec celui de l'hydrogène bleu (produit à partir du méthane). Aurora a conclu que cela ne sera possible que lorsque des modèles tarifaires et réglementaires appropriés seront mis en place.  

Quel électrolyseur choisir?

Les électrolyseurs d'hydrogène actuellement utilisés dans le commerce sont soit des membranes échangeuses de protons (PEM), soit des dispositifs alcalins. Les électrolyseurs PEM sont les plus courants, représentant environ 80 % de la base installée. Un troisième type, basé sur des cellules d'électrolyse à oxyde solide (SOEC), a été développé avec succès et est au stade de projet pilote. Il devrait entrer en production d'ici 2024.

Deux des principaux problèmes associés à l'électrolyse sont son utilisation de l'eau, qui devient de plus en plus rare dans de nombreux pays, et sa demande en électricité. Cette dernière peut être problématique si elle est produite à l'aide de combustibles fossiles, ce qui fait que l'électrolyseur idéal - véritablement vert - est celui qui est colocalisé avec un parc éolien ou un site d'énergie solaire.

Quel que soit le type d'électrolyseur et sa source d'énergie, il est essentiel que le système complet - du traitement initial de l'eau et du redressement haute tension à la compression ou au stockage du gaz - soit exploité de manière sûre et efficace, et que l'hydrogène gazeux produit réponde aux normes de qualité requises pour une utilisation ultérieure. 

Assurer un fonctionnement efficace et sûr

La clé de la sécurité, de l'efficacité et de la qualité du gaz des électrolyseurs est l'utilisation de capteurs et d'instruments de surveillance avancés.

Ceux-ci comprennent :

Des capteurs de traces d'oxygène et d'azote pour mesurer la pureté du flux d'hydrogène gazeux

Capteurs d'oxygène pour maintenir la sécurité du personnel chargé du fonctionnement

Capteurs d'hydrogène dans le flux d'oxygène gazeux, pour détecter les risques d'explosion

Capteurs de point de rosée d'humidité de trace pour déterminer l'efficacité et la performance du système de séchage, et donc la qualité de la sortie d'hydrogène

Des capteurs de niveau de liquide sur les réservoirs d'eau et, dans le cas des électrolyseurs alcalins, de soude.

La fiabilité et la précision de chacun de ces dispositifs sont clairement essentielles pour assurer le fonctionnement efficace et sûr de chaque électrolyseur. A noter les capteurs d'humidité qui sont essentiels pour optimiser le fonctionnement des systèmes de séchage. Leur rôle est clé pour la qualité de déshydratation de l'hydrogène produit par électrolyse, qui est saturé en vapeur d'eau. 

Les déshydrateurs sont normalement basés sur la méthode d'adsorption à pression alternée (PSA). Plusieurs colonnes de dessiccation sont utilisées pour adsorber l'humidité du gaz lorsqu'il passe sur le dessiccant, les colonnes étant automatiquement régénérées lorsque la teneur en humidité du dessiccant atteint un niveau prédéterminé. Le séchage du gaz et la régénération du dessiccant étant des processus à forte intensité énergétique, la mesure précise de la teneur en humidité est essentielle pour maintenir la qualité du gaz et minimiser la consommation d'énergie. Une mesure précise de l'humidité à la sortie de l'alimentation en hydrogène est également cruciale si le gaz doit être comprimé avant d'être utilisé ou distribué. Cela permettra de protéger les équipements et les canalisations en aval contre le risque de corrosion.

De même, les relevés des capteurs d'oxygène et d'hydrogène sont utilisés pour s'assurer que la pureté des différents flux gazeux de l'électrolyseur, qu'ils soient humides ou secs, est mesurée en termes de parties par million (ppm). Ces capteurs sont également utilisés dans les systèmes de détection de fuites sur chaque cellule de l'électrolyseur, et pour mesurer la concentration d'oxygène dans le flux d'hydrogène en aval de l'électrolyseur, évitant ainsi le risque potentiel d'explosion. Pour une plus grande tranquillité d'esprit, ces dispositifs doivent également être conçus et approuvés selon les normes SIL.

La spécification, le montage et le fonctionnement de ces différents capteurs nécessitent des connaissances spécialisées, c'est pourquoi il est important de travailler avec un fournisseur expérimenté. Chez Process Sensing Technologies, nous disposons des connaissances, des compétences et des ressources nécessaires car nous avons des décennies d'expérience dans la fabrication d'instruments et de systèmes avancés de mesure du gaz et de l'humidité.

Si vous souhaitez que nous vous aidions à développer des instruments de surveillance efficaces, sûrs et performants pour les électrolyseurs à hydrogène, veuillez contacter notre équipe dès aujourd'hui.

Vous pourriez également être intéressé par cet article de blog connexe :

Utilisation d'électrolyseurs pour la production industrielle d'H2

Sources :

Rapport de l'AIE sur l'hydrogène

Article du magazine Recharge

Rapport de l'Aurora Energy Research