Comment comprimer l’hydrogène et le stocker dans des réservoirs ?

La nécessité de purifier l’hydrogène

Un électrolyseur de 1 000 watts à 12 cellules peut produire quelque chose comme 170 litres d’hydrogène gazeux par heure (et 85 litres d’oxygène) à température et pression normales. Mais l’hydrogène généré par un électrolyseur n’est généralement pas utilisé immédiatement, car il sert à stocker et éventuellement à transporter l’énergie.

Il est donc nécessaire de mettre en place un système permettant de purifier et de stocker l’hydrogène produit afin de pouvoir l’utiliser pour alimenter une pile à combustible qui le retransforme en électricité en cas de besoin ou pour le brûler dans des brûleurs catalytiques (par exemple pour le chauffage ou la cuisson) sans endommager les métaux nobles qui servent de catalyseurs.

La production et le stockage de l’hydrogène ne sont toutefois pas faciles car ce gaz est hautement inflammable (c’est le propulseur utilisé dans les fusées lancées dans l’espace). Pour des raisons de sécurité également, il est donc important de stocker l’hydrogène sous une forme purifiée, car une teneur en oxygène de 5 % rendrait le mélange explosif.

Comment fonctionne le système d‘épuration des gaz ?

1. Tout d’abord, le gaz passe dans la colonne d’un barboteur (pensez aux barboteurs d’aquarium, pour vous faire une idée), qui est rempli à environ un tiers d’eau distillée. Le gaz qui entre dans l’épurateur est saturé de vapeur d’eau et contient de petites quantités d’aérosols d’électrolyte et de particules de rouille.
2. Après le passage de l’hydrogène dans deux barboteurs placés l’un après l’autre, le gaz reste saturé uniquement de vapeur d’eau.
3. Ensuite, l’hydrogène est partiellement purifié de la vapeur d’eau en le faisant passer par des filtres de coalescence.
4. Le gaz passe ensuite dans un convertisseur catalytique, dont le but est de recombiner les impuretés d’oxygène avec l’hydrogène, produisant ainsi de l’eau. L’impureté des gaz produits par un électrolyseur alcalin dépend de la densité de courant (elle est élevée pour I < 50 mA/cm2) et de la température des cellules.

Comment pressuriser l’hydrogène dans le réservoir ?

Comment stocker et préserver l’hydrogène à ce stade ? L’hydrogène peut être mis dans des réservoirs de propane d’environ un demi-mètre cube. N’oubliez pas que l’hydrogène pur est un gaz sûr à stocker, alors que les mélanges hydrogène/air ou hydrogène/oxygène ne le sont pas ! Par conséquent, faites passer la sécurité avant tout. Chaque réservoir de propane à utiliser doit être bien nettoyé et soumis à un test hydrostatique à une certaine pression, par exemple 14 bars si les soupapes de sécurité du réservoir sont réglées sur 10 bars.

Un pressostat doit être installé sur la ligne d’alimentation du réservoir d’hydrogène pour arrêter l’électrolyseur lorsque la pression dans l’appareil atteint 7 bars. Par conséquent, les cellules d’électrolyse doivent être fermées, bien scellées et testées pour résister sans problème à cette pression. L’hydrogène produit est ensuite pressurisé par l’électrolyseur lui-même jusqu’à sa pression nominale maximale de 7 bars ou moins. À 7 bars, un réservoir de 0,5 m³ contiendra (7 x 0,5 =) 3,5 m³ de gaz.

Comment fabriquer un bon électrolyseur ?

Précédemment, nous parlions d’un électrolyseur simple. Si vous voulez un appareil plus sophistiqué pour produire plus de gaz, vous pouvez utiliser des plaques de nickel fritté comme électrodes et, si vous êtes un adulte expérimenté, une base comme électrolyte pour les cellules scellées, en prenant soin qu’elle ne soit pas caustique pour les yeux et les mains. Entre les deux électrodes, placez une feuille de plastique poreux – par exemple du polypropylène microporeux – ouverte aux extrémités latérales mais fermée en haut et en bas, de sorte que les bulles d’hydrogène qui montent dans la solution restent bien séparées des bulles d’oxygène.

Idéalement, vous devriez également disposer d’un système d’échange d’eau et d’un réservoir pour l’électrolyte. Prévoyez également des manomètres pour mesurer la pression du gaz et des ampèremètres dans le circuit électrique. Ne pas installer l’électrolyseur – et les réservoirs en aval – à l’intérieur, mais toujours à l’extérieur, protégé du soleil et des intempéries par un couvercle (par exemple en acier inoxydable, qui ne s’oxyde pas, et en forme de boîte).

Que peut-on faire avec un mètre cube d’hydrogène ?

Un électrolyseur de petite ou moyenne taille générant 170 litres d’hydrogène par heure produira 1 000 litres – c’est-à-dire un mètre cube – de gaz en 6 heures environ. Nous pouvons faire beaucoup de choses avec un mètre cube d’hydrogène, par exemple faire fonctionner un réchaud à propane pendant 3 heures en utilisant du gaz à basse pression et un processus de combustion catalytique.

Évidemment, si vous utilisez l’électricité du réseau pour produire l’hydrogène, vous aurez un coût de fonctionnement d’environ 0,25 euro/kWh pour un électrificateur de 1 000 watts, soit environ 1,5 euro/kWh, mais si vous alimentez l’électrolyseur avec un ou plusieurs panneaux photovoltaïques (ou des éoliennes), alors le combustible – ou le carburant, selon la façon dont vous l’utilisez – sera fourni gratuitement par la nature. Le rendement d’un tel appareil est de l’ordre de 50 %, alors que le rendement typique d’une installation à l’échelle industrielle est d’environ 67 % (le rendement est meilleur à des densités de courant plus faibles, et n’oubliez pas qu’un demi-mètre cube d’oxygène est rejeté pour chaque mètre cube d’hydrogène produit).

crédits illustrations : Toyota & libre de droit