Électrolyse de l'eau PEM (Proton Exchange Membrane)La technologie de production d'hydrogène offre de nombreux avantages, notamment une densité de courant de fonctionnement élevée, une adaptabilité aux fluctuations des énergies renouvelables et une structure compacte. Ces caractéristiques le rendent adapté à une industrialisation à grande échelle. Toutefois, pour réussir un développement à grande échelle, il est crucial non seulement de relever les principaux défis techniques, mais également de prendre en compte les aspects économiques.
Le « Plan à moyen et long terme pour le développement de l'industrie de l'énergie hydrogène (2021-2035) » dans mon pays souligne la nécessité d'améliorer l'efficacité de conversion de la production d'hydrogène à partir de sources d'énergie renouvelables et d'augmenter la production d'hydrogène par unité. De plus, des percées dans les technologies de base liées aux infrastructures énergétiques liées à l’hydrogène sont essentielles.
Le « 14e plan quinquennal » du ministère de la Science et de la Technologie, le plan national clé de recherche et de développement pour la « technologie de l'énergie hydrogène » (2022), comprend plusieurs sujets liés à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau PEM. Ces sujets englobent la technologie d’électrolyseur à membrane échangeuse de protons à l’échelle du mégawatt, l’électrolyseur d’hydrogène à haute pression pour l’électrolyse de l’eau, ainsi que la recherche et le développement de technologies de systèmes clés pour la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau à membrane échangeuse de protons.
L'électrolyseur, élément clé du système de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau PEM, a un impact significatif sur les performances globales. Les efforts actuels de développement de produits se concentrent principalement sur l’échelle et le coût de la production d’hydrogène.
Actuellement, seuls quelques fabricants nationaux possèdent la capacité de produire des équipements d’électrolyse PEM et encore moins peuvent développer des systèmes de production d’hydrogène PEM à grande échelle. Par conséquent, plusieurs projets de production d’hydrogène par électrolyse de l’eau PEM à grande échelle préfèrent les équipements d’entreprises étrangères.
Notamment, certaines entreprises et instituts de recherche nationaux ont réussi à développer des systèmes de production d’hydrogène PEM avec une échelle de production d’hydrogène de 200 Nm3/h.
Cependant, l’industrie nationale de production d’hydrogène et d’eau par électrolyse PEM en est encore aux premiers stades de commercialisation. Par rapport à la méthode dominante de production d’hydrogène à l’eau alcaline, le principal défi auquel est confrontée la production d’hydrogène PEM est son coût.
Un leader de l'industrie a déclaré : « L'ensemble de la chaîne d'approvisionnement doit travailler ensemble pour réduire les coûts à l'avenir. Pour être compétitif, le coût de la production d'hydrogène par électrolyse PEM doit être réduit à 1,5-2 fois celui de l'hydrogène dans l'eau alcaline. production à partir d'hydrogène vert."
Actuellement, la localisation de la chaîne d’approvisionnement de production d’hydrogène par électrolyse de l’eau est insuffisante. Les composants centraux tels que les plaques bipolaires, les catalyseurs, les membranes échangeuses de protons et les couches de diffusion gazeuse posent des défis en raison de contraintes de coûts. Bien que de nombreux projets nationaux d’hydrogène vert adoptent la technologie de production d’hydrogène par électrolyse PEM, le nombre de projets suivant cette voie reste limité.
Dans l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement de production d’hydrogène par électrolyse de l’eau PEM, la membrane échangeuse de protons présente l’obstacle le plus important.
Selon le représentant de l'industrie, contrairement aux piles à combustible, les membranes à protons principalement utilisées pour la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau sont des membranes homogènes de 115 et 117, d'une épaisseur de 150-200 microns. Cette épaisseur est relativement plus élevée (8-10 microns) par rapport aux membranes protoniques des piles à combustible, ce qui entraîne un taux de gonflement et une déformation potentielle plus élevés lors du revêtement. Par conséquent, une conception spécialisée est requise pour l’équipement de revêtement électrolytique de membrane d’eau, et les électrodes à membrane de pile à combustible ne peuvent pas être directement utilisées à cette fin.
Feutre en fibre de titanedepuisTopTiTech (en anglais seulement)
