Technologie pour la production de l'hydrogène
Nous classerons les procédés tout d'abord selon les capacités des unités de production que l'on peut exprimer en m3 H2/heure ou en kg H2/ jour ou encore en puissance d'hydrogène produit en kW ou MW, la correspondance entres les 3 grandeurs est donnée ici.
Les capacités s'étendent de quelques litres / h à plus de 100 000 m3/h et il est important de repérer la limite correspondant aux unités sur sites, c'est-à-dire à une production décentralisée ou répartie sur tout le territoire : cette limite se situe vers 1 à 2 t/j.
Il faut aussi distinguer les productions partant d'un hydrocarbure, donc mettant en oeuvre une technologie de reformage ou de gazéification, et celles utilisant l'eau comme matière première, avec une technologie d'électrolyse .
On présentera les technologies par ordre de maturité (TRL) décroissante.
Le reformage de gaz naturel
On commence donc par le reformage de gaz naturel qui atteint la maturité maximale, 9, pour des productions centralisées. Il consiste à faire réagir le gaz naturel avec de l'eau pour produire de H2 et CO2 et il serait nécessaire d'adjoindre un procédé de captation du CO2 fossile pour éviter son rejet dans l'atmosphère, des opérations pilotes sont en cours par Air Liquide dans ce sens.
L'électrolyse en eau salée
L'électrolyse d'eau salée présente aussi une maturité maximale, car elle est utilisée de longue date pour la production de chlore et elle correspond à des productions centralisées.
On voit ici un site de production de chlore : on distingue les très nombreux modules d'électrolyseurs Ils sont alimentés en eau salée et produisent de l'hydrogène à la cathode et du chlore à l'anode.
L'électrolyse en milieu alcalin
Ensuite vient l'électrolyse de l'eau en milieu alcalin. C'est aussi une technologie éprouvée utilisée pour la production sur site d'hydrogène chimique industriel. Elle convient aussi à des productions sur le site de d'utilisation ou distribution de cet hydrogène.
Les développements actuels concernent l'augmentation de la pression de fonctionnement des électrolyseurs de manière à disposer d'un hydrogène déjà comprimé.
Voici un exemple d'électrolyseur alcalin. Il fonctionne sous 10 bar. On remarque l'empilement des cellules de l'électrolyseur. Des modules de 60 ou 100 Nm3/h existent. Pour des besoins plus importants, on associera plusieurs modules en parallèle.
L'électrolyse en milieu acide
L'électrolyse de l'eau en milieu acide se fait avec des électrolyseurs à membrane échangeuse de proton (PEM), similaires aux piles à hydrogène PEM. C'est une technologie récente, plus compacte, qui convient aux productions sur site et qui fait l'objet de nombreux développements du fait de sa capacité à s'adapter aux variations de charge, typiques des électricités photovoltaïque ou éoliennes.
Voici un exemple d'un petit électrolyseur PEM d'une société suisse. Il produit 1 Nm3/h sous 10 bar. Des modules sont disponibles commercialement jusqu'à 60 Nm3/h sous 30 bar.
Le reformage de biogaz
Le reformage de biogaz représente une alternative mature et intéressante pour des productions d'H2 réparties sur tout le territoire, comme le sont les sites de production de biogaz. Des modules de 10 à 1000 Nm3/h sont prévus.
La gazéification de la biomasse
Au contraire, la gazéification de la biomasse semble adaptée à des productions centralisées, étant donnée la taille importante des installations de gazéification nécessaire pour assurer leur rentabilité. Des travaux de développement sont encore nécessaires avant les applications commerciales. Leur taux de maturité (TRL) n'est que de 4 à 5
L'électrolyse haute température
C'est le cas aussi pour l'électrolyse haute température, intéressante car l'électricité y est en partie remplacée par de la chaleur haute température, disponible par exemple auprès des réacteurs nucléaires.
D'autres technologies prometteuses
D'autres technologies prometteuses sont encore à l'état de recherche fondamentale il s'agit :
des cycles thermodynamiques iode / soufre de décomposition de l'eau.
la production d'hydrogène par micro-organismes.
En revanche, on verra probablement plus rapidement l'avènement de technologies pour récupérer l'hydrogène co-produit de réactions chimiques. Cet H2, dit fatal, est actuellement non valorisé et pourtant il présente des gisements importants.
Il en est de même de la captation des sources naturelles d'hydrogène pour lesquelles 2 pilotes existent , l'un au Kansas, l'autre au Mali, qui devraient se développer.
