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

Un électrolyseur est un appareil qui utilise l'électricité pour séparer l'eau ou d'autres substances en leurs éléments constitutifs par électrolyse. L'électrolyse est une réaction chimique au cours de laquelle un courant électrique traverse une substance, provoquant sa décomposition 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 servent principalement à produire de l'hydrogène gazeux. L'hydrogène est essentiel à de nombreux procédés industriels, notamment la production d'ammoniac pour les engrais et comme carburant pour les piles à combustible, par exemple dans les bus , les camions et les trains . Ils peuvent également servir au stockage d'énergie en convertissant l'électricité excédentaire issue de sources d'énergie renouvelables, telles que l'éolien, le solaire et l'hydraulique, en hydrogène gazeux. Ce 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 constituent une technologie complémentaire aux piles à combustible . Fonctionnant de manière similaire à 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 en continu si elle est alimentée en combustible, comme l'hydrogène. Les piles à combustible à hydrogène génèrent une électricité sans émissions lors de leur utilisation, ce qui signifie qu'elles ne nécessitent pas de combustibles fossiles et qu'aucune émission nocive n'est produite.

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)

Les électrolyseurs PEM contiennent une membrane échangeuse de protons utilisant un électrolyte polymère solide. Lorsqu'un courant électrique est appliqué à la cellule pendant l'électrolyse de l'eau, celle-ci se dissocie en hydrogène et en oxygène. Les protons de l'hydrogène traversent la membrane pour former du dihydrogène (H₂) du côté de la cathode.

Électrolyseurs alcalins

Les électrolyseurs alcalins contiennent de l'eau et une solution électrolytique liquide, comme 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 de la cathode vers l'anode à travers la solution électrolytique. Des bulles d'hydrogène sont produites à la cathode et de l'oxygène 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.