Électrolyse de l'hydrogène

Actuellement, la technologie la plus développée commercialement pour produire de l'hydrogène est l'électrolyse. L'électrolyse est un mode d'action optimiste pour la production d'hydrogène sans carbone à partir de ressources renouvelables et nucléaires. L'électrolyse de l'eau est la décomposition de l'eau (_H2O) en ses composants de base, l'hydrogène (_H2) et l'oxygène (_O2), par le passage d'un courant électrique. L'eau est une source complète pour la production d'hydrogène et le seul sous-produit libéré pendant le processus est l'oxygène. Ce processus utilise de l'énergie électrique qui peut ensuite être stockée comme une énergie chimique sous forme d'hydrogène.

Quel est le processus ?

Pour produire de l'hydrogène, l'électrolyse convertit l'énergie électrique en énergie chimique en stockant des électrons dans des liaisons chimiques stables. Comme les piles à combustible, les électrolyseurs sont composés d'une anode et d'une cathode séparées par un électrolyte aqueux en fonction du type de matériau électrolyte utilisé et des espèces ioniques qu'il conduit. L'électrolyte est une partie obligatoire car l'eau pure n'a pas la capacité de transporter suffisamment de charge car elle manque d'ions. À l'anode, l'eau est oxydée en oxygène gazeux et en ions hydrogène. À la cathode, l'eau est réduite en hydrogène gazeux et en ions hydroxyde. Il existe actuellement trois grandes technologies d'électrolyse.

Electrolyseurs alcalins (AEL)

Cette technologie est utilisée à l'échelle industrielle depuis plus de 100 ans. Les électrolyseurs alcalins fonctionnent par transport d'ions hydroxyde (OH-) à travers l'électrolyte de la cathode à l'anode, l'hydrogène étant généré du côté de la cathode. Fonctionnant à 100°-150°C, les électrolyseurs utilisent une solution alcaline liquide d'hydroxyde de sodium ou de potassium (KOH) comme électrolyte. Dans ce procédé, l'anode et la cathode sont séparées par un diaphragme qui empêche le remélangeage. À la cathode, l'eau est divisée pour former du_H2 et libère des anions d'hydroxyde qui traversent le diaphragme pour se recombiner à l'anode où de l'oxygène est produit. Comme il s'agit d'une technologie bien établie, son coût de production est relativement faible et elle offre une stabilité à long terme. Cependant, elle présente un passage de gaz pouvant compromettre son degré de pureté et nécessite l'utilisation d'un électrolyte liquide corrosif.

Electrolyseurs à membrane électrolyte polymère (PEM)

La membrane électrolyte polymère est la dernière technologie à être utilisée commercialement pour produire de l'hydrogène. Dans un électrolyseur PEM, l'électrolyte est un matériau plastique solide et spécialisé. Les électrolyseurs PEM fonctionnent entre 70° et 90°C. Dans ce processus, l'eau réagit à l'anode pour former de l'oxygène et des ions hydrogène chargés positivement (protons). Les électrons circulent dans un circuit externe et les ions hydrogène se déplacent sélectivement à travers le PEM vers la cathode. À la cathode, les ions hydrogène se combinent avec les électrons du circuit externe pour former de l'hydrogène gazeux. Par rapport à l'AEL, il existe plusieurs avantages : la pureté du gaz produit est élevée dans un fonctionnement à charge partielle, la conception du système est compacte et la réponse du système est rapide. Cependant, le coût des composants est élevé et la durabilité est faible.

Electrolyseurs à oxyde solide (SOE)

Les électrolyseurs AEL et PEM sont connus comme des électrolyseurs à basse température (LTE). En revanche, l'électrolyseur à oxyde solide (SOE) est connu sous le nom d'électrolyseur à haute température (HTE). Cette technologie est encore en phase de développement. Dans le SOE, un matériau céramique solide est utilisé comme électrolyte qui conduit les ions oxygène chargés négativement (_O2-) à des températures élevées, et génère de l'hydrogène d'une manière légèrement différente. À une température d'environ 700°-800°C, la vapeur à la cathode se combine avec les électrons du circuit externe pour former de l'hydrogène gazeux et des ions oxygène chargés négativement. Les ions oxygène traversent la membrane céramique solide et réagissent à l'anode pour former de l'oxygène gazeux et générer des électrons pour le circuit externe. Cette technologie présente l'avantage de combiner un rendement thermique et énergétique élevé et de produire de faibles émissions à un coût relativement faible. Cependant, en raison de la chaleur et de la puissance élevées requises, le temps de démarrage est plus long.

Pourquoi l'hydrogène est-il considéré comme un carburant de substitution ?

L'hydrogène est considéré comme un carburant de substitution en vertu de la loi sur la politique énergétique de 1992. L'hydrogène produit par électrolyse peut ne produire aucune émission de gaz à effet de serre, selon la source d'électricité utilisée. Cette technologie est étudiée pour fonctionner avec des options d'énergie renouvelable (éolienne, solaire, hydroélectrique, géothermique) et nucléaire afin de permettre des émissions de gaz à effet de serre et d'autres polluants pratiquement nulles. Cependant, ce type de production nécessitera une réduction significative des coûts pour être compétitif par rapport à des voies plus matures basées sur le carbone, comme le reformage du gaz naturel. Il existe un potentiel de synergie avec la production d'électricité à partir d'énergies renouvelables. La production d'hydrogène et d'électricité pourrait être distribuée et implantée dans des parcs éoliens, ce qui permettrait de modifier la production pour faire correspondre au mieux la disponibilité des ressources aux besoins opérationnels du système et aux facteurs du marché.

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Blue Hydrogen - Un aperçu

Qu'est-ce que l'hydrogène ?

L'hydrogène est l'une des sources de gaz les plus abondantes, représentant environ 75 % du gaz présent dans notre système solaire. L'hydrogène est présent dans divers éléments, dont la lumière, l'eau, l'air, les plantes et les animaux, mais il est souvent combiné à d'autres éléments. La combinaison la plus connue est celle avec l'oxygène pour produire de l'eau. L'hydrogène est un gaz incolore, inodore et insipide, plus léger que l'air. Comme il est beaucoup plus léger que l'air, il s'élève dans notre atmosphère, ce qui signifie qu'on ne le trouve pas naturellement au niveau du sol, mais qu'il faut le créer. Pour ce faire, on le sépare des autres éléments et on recueille le gaz.

Qu'est-ce que l'hydrogène bleu ?

L'hydrogène bleu a été décrit comme un "hydrogène à faible teneur en carbone", car le processus de reformage à la vapeur (SMR) ne nécessite pas le rejet de gaz à effet de serre. L'hydrogène bleu est produit à partir de sources d'énergie non renouvelables lorsque le gaz naturel est divisé en hydrogène et en dioxyde de carbone (_CO2) par le reformage du méthane à la vapeur (SMR) ou le reformage thermique automatique (ATR), le_CO2 étant ensuite capturé et stocké. Ce procédé permet de capturer les gaz à effet de serre, atténuant ainsi tout impact sur l'environnement. Le SMR est la méthode la plus courante pour produire de l'hydrogène en vrac et représente la majeure partie de la production mondiale. Cette méthode utilise un reformeur, qui fait réagir de la vapeur à une température et une pression élevées avec du méthane ainsi qu'un catalyseur au nickel, ce qui produit de l'hydrogène et du monoxyde de carbone. Le monoxyde de carbone est ensuite combiné à de la vapeur supplémentaire, ce qui produit davantage d'hydrogène et de dioxyde de carbone. Le processus de "capture" est complété par le captage, l'utilisation et le stockage du carbone (CCUS). L'autre méthode, le reformage autothermique, utilise de l'oxygène et du dioxyde de carbone ou de la vapeur pour réagir avec le méthane et former de l'hydrogène. L'inconvénient de ces deux méthodes est qu'elles produisent du dioxyde de carbone comme sous-produit. Le captage et le stockage du carbone (CSC) sont donc essentiels pour piéger et stocker ce carbone.

L'échelle de la production d'hydrogène

La technologie de reformage du gaz naturel qui est disponible aujourd'hui se prête à la fabrication industrielle d'hydrogène à grande échelle. Un reformeur de méthane de classe mondiale peut produire 200 millions de pieds cubes standard (MSCF) d'hydrogène par jour. C'est l'équivalent de la quantité d'hydrogène nécessaire pour alimenter une zone industrielle ou faire le plein de 10 000 camions. Il en faudrait environ 150 pour remplacer complètement l'approvisionnement en gaz naturel du Royaume-Uni, qui utilise 2,1 % du gaz naturel mondial.

Production à l'échelle industrielle d'hydrogène bl'hydrogène liquide est déjà possible aujourd'hui, mais des améliorations de la production et de l'efficacité permettraient de réduire encore les coûts. Dans la plupart des pays qui produisent de l'hydrogène, l'hydrogène blue est actuellement produit à un coût inférieur à celui du vert, qui en est encore aux premiers stades de son développement. Avec l'addition de la politique en matière de_CO2 et des mesures d'incitation en faveur de l'hydrogène, la demande d'hydrogène continuera d'augmenter, ce qui lui permettra de gagner en popularité, même si, pour l'instant, il faut que les deux technologies de production de l'hydrogène soient mises au point. les deux technologies de production de l'hydrogène soient pleinement utilisées.

Avantages de l'hydrogène bleu ?

En produisant de l'hydrogène bleu sans avoir à produire l'électricité nécessaire à la production d'hydrogène vert, l'hydrogène bleu pourrait contribuer à préserver des terres rares et à accélérer le passage à une énergie à faible teneur en carbone sans entrave liée aux besoins en terres.

Actuellement, l'hydrogène bleu est moins cher que l'hydrogène vert. Selon les estimations courantes, la production d'hydrogène bleu coûte environ 1,50 dollar par kg ou moins si l'on utilise du gaz naturel à faible coût. En comparaison, l'hydrogène vert coûte plus de deux fois ce montant aujourd'hui, les réductions nécessitant des améliorations significatives de l'électrolyse et de l'électricité à très bas prix.

Les inconvénients de Blue Hydrogen ?

Les prix du gaz naturel sont en hausse. En examinant l'impact environnemental de l'hydrogène bleu sur l'ensemble de son cycle de vie, des chercheurs américains ont constaté que les émissions de méthane produites lors de l'extraction et de la combustion du gaz naturel fossile sont beaucoup moins importantes que celles de l'hydrogène bleu en raison de l'efficacité de la fabrication. Il faut extraire plus de méthane pour produire de l'hydrogène bleu. De plus, il doit passer par des reformeurs, des pipelines et des navires, ce qui augmente les risques de fuites. Ces recherches indiquent que la production d'hydrogène bleu est actuellement 20 % plus néfaste pour le climat que la simple utilisation de gaz fossiles.

Le processus de fabrication de l'hydrogène bleu nécessite également beaucoup d'énergie. Pour chaque unité de chaleur contenue dans le gaz naturel au début du processus, seulement 70 à 75 % de cette chaleur potentielle reste dans le produit hydrogène. En d'autres termes, si l'hydrogène est utilisé pour chauffer un bâtiment, il faut 25 % de gaz naturel en plus pour produire de l'hydrogène bleu que s'il était utilisé directement pour le chauffage.

L'hydrogène est-il l'avenir ?

Le potentiel de cette initiative pourrait accroître l'utilisation de l'hydrogène, ce qui pourrait contribuer à décarboniser le secteur industriel de la région. L'hydrogène serait livré aux clients pour contribuer à réduire les émissions dues au chauffage domestique, aux processus industriels et au transport, ainsi que les émissions de CO₂ serait capturé et expédié vers un site de stockage offshore sécurisé. Cela pourrait également attirer des investissements importants dans la communauté, soutenir les emplois existants et stimuler la création d'emplois locaux. En fin de compte, si l'industrie de l'hydrogène bleu veut jouer un rôle significatif dans la décarbonisation, elle devra construire et exploiter une infrastructure qui offre tout son potentiel de réduction des émissions.

Pour plus d'informations, visitez notre page sur l'industrie et jetez un coup d'œil à certaines de nos autres ressources sur l'hydrogène :

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Les dangers de l'hydrogène

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Qu'est-ce que l'hydrogène ?

Qu'est-ce que l'hydrogène vert ?

L'hydrogène vert est produit en utilisant l'électricité pour alimenter un électrolyseur qui sépare l'hydrogène de la molécule d'eau en produisant de l'oxygène comme sous-produit. L'électricité excédentaire peut être utilisée par électrolyse pour créer de l'hydrogène gazeux qui peut être stocké pour l'avenir. Essentiellement, si l'électricité utilisée pour alimenter les électrolyseurs provient de sources renouvelables telles que l'énergie éolienne, solaire ou hydroélectrique, ou si elle provient de l'énergie nucléaire (fission ou fusion), l'hydrogène produit est vert, les seules émissions de carbone étant celles liées à l'infrastructure de production. Les électrolyseurs sont la technologie la plus importante utilisée pour synthétiser de l'hydrogène carburant sans carbone à partir d'énergie renouvelable, appelé hydrogène vert. L'hydrogène vert et ses dérivés constituent une solution essentielle à la décarbonisation des secteurs de l'industrie lourde et, selon les experts, ils représenteront jusqu'à 25 % de la consommation totale d'énergie finale dans une économie nette zéro.

Avantages de l'hydrogène vert

Il est 100% durable car il n'émet pas de gaz polluants, que ce soit lors de sa combustion ou de sa production. L'hydrogène peut être facilement stocké, ce qui permet de l'utiliser ultérieurement à d'autres fins et/ou au moment de sa production. L'hydrogène vert peut être converti en électricité ou en gaz synthétique et peut être utilisé à diverses fins domestiques, commerciales, industrielles ou de mobilité. En outre, l'hydrogène peut être mélangé au gaz naturel dans une proportion allant jusqu'à 20 % sans modification de l'infrastructure principale du gaz ou des appareils à gaz.

Inconvénients de l'hydrogène vert

Bien que l'hydrogène soit 100% durable, son coût est actuellement plus élevé que celui des combustibles fossiles, car les énergies renouvelables sont plus chères à produire. La production globale d'hydrogène nécessite plus d'énergie que celle de certains autres carburants. Ainsi, à moins que l'électricité nécessaire à la production d'hydrogène ne provienne d'une source renouvelable, l'ensemble du processus de production peut être contre-productif. En outre, l'hydrogène étant un gaz hautement inflammable, des mesures de sécurité étendues sont essentielles pour éviter les fuites et les explosions.

Qu'est-ce que la Green Hydrogen Catapult (GHC) et quels sont ses objectifs ?

Les membres de la Green Hydrogen Catapult (GHC) sont une coalition de leaders ayant pour ambition d'étendre et de développer le développement de l'hydrogène vert. En novembre 2021, ils ont annoncé un engagement pour le développement de 45 GW d'électrolyseurs avec un financement garanti d'ici 2026, avec une mise en service ciblée supplémentaire pour 2027. Il s'agit d'une ambition considérablement accrue, car l'objectif initial fixé par la coalition lors de son lancement en décembre 2020 était de 25 GW. L'hydrogène vert est considéré comme un élément essentiel pour créer un avenir énergétique durable et comme l'une des plus grandes opportunités commerciales de ces derniers temps. On dit qu'il est la clé de la décarbonisation de secteurs comme la sidérurgie, la navigation et l'aviation.

Pourquoi l'hydrogène est-il considéré comme un avenir plus propre ?

Nous vivons dans un monde où l'un des objectifs collectifs de durabilité est de décarboniser le carburant que nous utilisons d'ici 2050. Pour y parvenir, la décarbonisation de la production d'une source de carburant importante comme l'hydrogène, donnant naissance à l'hydrogène vert, est l'une des stratégies clés car la production d'hydrogène non vert est actuellement responsable de plus de 2 % du total des émissions mondiales de CO2. Pendant la combustion, les liaisons chimiques sont rompues et les éléments constitutifs sont combinés avec l'oxygène. Traditionnellement, le méthane est le gaz naturel de prédilection : 85 % des foyers et 40 % de l'électricité du Royaume-Uni dépendent du gaz naturel. Le méthane est un combustible plus propre que le charbon, mais sa combustion produit du dioxyde de carbone qui, en entrant dans l'atmosphère, commence à contribuer au changement climatique. Le gaz hydrogène, lorsqu'il est brûlé, ne produit que de la vapeur d'eau comme déchet, qui n'a aucun potentiel de réchauffement de la planète.

Le gouvernement britannique a vu dans l'utilisation de l'hydrogène comme carburant, et donc dans les maisons à hydrogène, un moyen d'aller de l'avant pour un mode de vie plus écologique, et a fixé l'objectif d'une économie de l'hydrogène florissante d'ici 2030. Le Japon, la Corée du Sud et la Chine sont en passe de réaliser des progrès considérables dans le développement de l'économie de l'hydrogène, avec des objectifs qui devraient dépasser ceux du Royaume-Uni d'ici 2030. De même, la Commission européenne a présenté une stratégie de l'hydrogène dans laquelle l'hydrogène pourrait assurer 24 % de l'énergie européenne d'ici 2050.

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Que devez-vous savoir sur l'hydrogène ?

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Que devez-vous savoir sur l'hydrogène ?

L'hydrogène, aux côtés d'autres énergies renouvelables et du gaz naturel, joue un rôle de plus en plus vital dans le paysage des énergies propres. L'hydrogène est présent dans divers éléments, notamment la lumière, l'eau, l'air, les plantes et les animaux, mais il est souvent combiné à d'autres produits chimiques, la combinaison la plus connue étant celle de l'oxygène pour produire de l'eau.

Qu'est-ce que l'hydrogène et quels sont ses avantages ?

Historiquement, l'hydrogène gazeux a été utilisé comme composant du carburant pour fusées ainsi que dans des turbines à gaz pour produire de l'électricité ou pour faire fonctionner des moteurs à combustion pour la production d'énergie. Dans l'industrie pétrolière et gazière, l'hydrogène excédentaire provenant du reformage catalytique du naphte a été utilisé comme combustible pour d'autres opérations unitaires.

Le gaz hydrogène est un gaz incolore, inodore et insipide, plus léger que l'air. Comme il est plus léger que l'air, il flotte plus haut que notre atmosphère, ce qui signifie qu'il n'existe pas à l'état naturel, mais doit être créé. Pour ce faire, on le sépare des autres éléments et on en recueille la vapeur. L'électrolyse est réalisée en prenant un liquide, généralement de l'eau, et en le séparant des produits chimiques qu'il contient. Dans l'eau, les molécules d'hydrogène et d'oxygène se séparent, laissant deux liaisons d'hydrogène et une liaison d'oxygène. Les atomes d'hydrogène forment un gaz qui est capturé et stocké jusqu'à ce qu'il soit nécessaire, les atomes d'oxygène sont libérés dans l'air car ils ne sont plus utilisés. Le gaz d'hydrogène produit n'a aucun impact négatif sur l'environnement, ce qui amène de nombreux experts à penser que c'est l'avenir.

Pourquoi l'hydrogène est considéré comme un avenir plus propre.

Pour produire de l'énergie, on brûle un combustible qui est un produit chimique. Ce processus signifie généralement que les liaisons chimiques sont rompues et combinées avec l'oxygène. Traditionnellement, le méthane a été le gaz naturel de choix, 85 % des foyers et 40 % de l'électricité du Royaume-Uni dépendant du gaz. Le méthane était considéré comme un gaz plus propre que le charbon, mais sa combustion produit du dioxyde de carbone, ce qui contribue au changement climatique. Le gaz hydrogène, lorsqu'il est brûlé, ne produit que de la vapeur d'eau comme déchet, celle-ci étant déjà une ressource naturelle.

La différence entre l'hydrogène bleu et l'hydrogène vert.

L'hydrogène bleu est produit à partir de sources d'énergie non renouvelables, par deux méthodes : la vapeur ou l'autothermie. Le reformage du méthane à la vapeur est la méthode la plus courante pour produire de l'hydrogène en vrac. Cette méthode utilise un reformeur qui produit de la vapeur à une température et une pression élevées et la combine avec du méthane et un catalyseur au nickel pour produire de l'hydrogène et du monoxyde de carbone. Le reformage autothermique utilise le même processus, mais avec de l'oxygène et du dioxyde de carbone. Les deux méthodes produisent du carbone comme sous-produit.

L'hydrogène vert est produit en utilisant l'électricité pour alimenter un électrolyseur qui sépare l'hydrogène de la molécule d'eau en produisant de l'oxygène comme sous-produit. Il permet également d'utiliser l'électricité excédentaire pour l'électrolyse afin de créer de l'hydrogène gazeux qui peut être stocké pour l'avenir.

Les caractéristiques de l'hydrogène ont créé un précédent pour l'avenir de l'énergie. Le gouvernement britannique y voit un moyen de progresser vers un mode de vie plus écologique et s'est fixé pour objectif de créer une économie de l'hydrogène florissante d'ici 2030. Le Japon, la Corée du Sud et la Chine sont en passe de réaliser des progrès considérables dans le développement de l'hydrogène et se sont fixé des objectifs similaires à ceux du Royaume-Uni pour 2030. De même, la Commission européenne a présenté une stratégie de l'hydrogène dans laquelle l'hydrogène pourrait fournir 24 % de l'énergie mondiale d'ici 2050.

Pour plus d'informations, visitez notre page sur l'industrie et jetez un coup d'œil à certaines de nos autres ressources sur l'hydrogène :

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Hydrogène vert - Vue d'ensemble

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Comment l'hydrogène aide les industries du gaz et de l'acier à passer au vert

L'hydrogène vert, issu de sources d'énergie renouvelables et à faible teneur en carbone, peut jouer un rôle crucial en rapprochant une entreprise - ou un pays - de la neutralité carbone. Les applications courantes dans lesquelles l'hydrogène vert peut être utilisé sont les suivantes :

Piles à combustible pour véhicules électriques
Comme l'hydrogène dans le mélange de gaz de pipeline
Dans les raffineries d'"acier vert" qui utilisent l'hydrogène comme source de chaleur plutôt que le charbon.
Dans les porte-conteneurs alimentés par de l'ammoniac liquide fabriqué à partir d'hydrogène.
Dans les turbines électriques à hydrogène qui peuvent produire de l'électricité lors des pics de demande.

Ce post explorera l'utilisation de l'hydrogène dans les mélanges de gaz de pipeline et les raffineries d'acier vert.

Injection d'hydrogène dans les pipelines

Les gouvernements et les entreprises de services publics du monde entier étudient les possibilités d'injecter de l'hydrogène dans leurs réseaux de gaz naturel, afin de réduire la consommation de combustibles fossiles et de limiter les émissions. En effet, l'injection d'hydrogène dans les pipelines figure désormais dans les stratégies nationales en matière d'hydrogène de l'UE, de l'Australie et du Royaume-Uni, la stratégie de l'UE en matière d'hydrogène prévoyant l'introduction de l'hydrogène dans les réseaux de gaz nationaux d'ici 2050.

D'un point de vue environnemental, l'ajout d'hydrogène au gaz naturel a le potentiel de réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre, mais pour y parvenir, l'hydrogène doit être produit à partir de sources d'énergie à faible teneur en carbone et de sources renouvelables. Par exemple, l'hydrogène généré par électrolyse, les biodéchets ou les sources de combustibles fossiles qui utilisent le captage et le stockage du carbone (CSC).

De la même manière, les pays qui aspirent à développer une économie verte de l'hydrogène peuvent se tourner vers l'injection dans le réseau pour stimuler les investissements et développer de nouveaux marchés. Pour donner le coup d'envoi de son plan en faveur de l'hydrogène renouvelable, l'Australie occidentale prévoit d'introduire au moins 10 % d'hydrogène renouvelable dans ses gazoducs et réseaux, et d'avancer de 2040 à 2030 les objectifs de l'État dans le cadre de sa stratégie en faveur de l'hydrogène renouvelable.

Sur une base volumétrique, l'hydrogène a une densité énergétique beaucoup plus faible que le gaz naturel, de sorte que les utilisateurs finaux d'un gaz mélangé auraient besoin d'un plus grand volume de gaz pour obtenir le même pouvoir calorifique que ceux qui utilisent du gaz naturel pur. En clair, un mélange de 5 % d'hydrogène en volume ne se traduit pas directement par une réduction de 5 % de la consommation de combustibles fossiles.

Le mélange d'hydrogène dans notre approvisionnement en gaz présente-t-il un risque pour la sécurité ? Examinons ce risque :

L'hydrogène a une LIE plus faible que le gaz naturel, il y a donc un risque plus élevé de générer une atmosphère inflammable avec des mélanges de gaz.
L'hydrogène a une énergie d'allumage inférieure à celle du gaz naturel et une large plage d'inflammabilité (de 4 % à 74 % dans l'air), d'où un risque d'explosion plus élevé.
Les molécules d'hydrogène sont petites et se déplacent rapidement, de sorte que toute fuite de gaz mélangé se répandra plus rapidement et plus largement qu'avec du gaz naturel.

Au Royaume-Uni, le chauffage domestique et industriel représente la moitié de la consommation d'énergie du pays et un tiers de ses émissions de carbone. Depuis 2019, le premier projet britannique d'injection d'hydrogène dans le réseau de gaz est en cours, avec des essais réalisés à l'université de Keele. Le projet HyDeploy vise à injecter jusqu'à 20 % d'hydrogène et à le mélanger à l'approvisionnement en gaz existant pour chauffer des immeubles résidentiels et des campus sans changer les appareils à gaz ou la tuyauterie. Dans le cadre de ce projet, les détecteurs de gaz et l'analyseur de gaz de combustion Crowcon sont utilisés pour identifier l'impact du mélange d'hydrogène en termes de détection des fuites de gaz. L'analyseur de gaz de combustion Crowcon Sprint Pro est utilisé pour évaluer l'efficacité des chaudières.

L'analyseur de gaz de combustion Crowcon Sprint Pro est un analyseur de gaz de combustion de qualité professionnelle, avec des caractéristiques adaptées aux besoins des professionnels du génie climatique, une conception robuste, une sélection complète d'accessoires et une garantie de 5 ans. Pour en savoir plus sur lesite Sprint Pro , cliquez ici.

L'hydrogène dans l'industrie sidérurgique

La production traditionnelle de fer et d'acier est considérée comme l'un des plus grands émetteurs de polluants environnementaux, notamment de gaz à effet de serre et de poussières fines. Les procédés de fabrication de l'acier font largement appel aux combustibles fossiles, les produits du charbon représentant 78 % de ceux-ci. Il n'est donc pas surprenant que l'industrie sidérurgique émette environ 10 % de toutes les émissions mondiales de CO2 liées aux procédés et à l'énergie.

L'hydrogène pourrait être une solution de rechange pour les entreprises sidérurgiques qui cherchent à réduire radicalement leurs émissions de carbone. Plusieurs sidérurgistes en Allemagne et en Corée réduisent déjà leurs émissions grâce à une méthode de fabrication de l'acier par réduction de l'hydrogène, qui utilise l'hydrogène, et non le charbon, pour fabriquer l'acier. Traditionnellement, une quantité importante d'hydrogène est produite dans la fabrication de l'acier en tant que sous-produit appelé gaz de coke. En faisant passer ce gaz de coke par un processus appelé "capture et stockage du carbone" (CSC), les aciéries peuvent produire une quantité importante d'hydrogène bleu, qui peut ensuite être utilisé pour contrôler les températures et empêcher l'oxydation pendant la production de l'acier.

En outre, les sidérurgistes fabriquent des produits en acier spécifiquement destinés à l'hydrogène. Dans le cadre de sa nouvelle vision visant à devenir une entreprise verte de l'hydrogène, le sidérurgiste coréen POSCO a investi massivement dans le développement de produits en acier destinés à la production, au transport, au stockage et à l'utilisation de l'hydrogène.

Les risques liés aux gaz inflammables et toxiques étant nombreux dans les aciéries, il est important de comprendre la sensibilité croisée des gaz, car une fausse lecture de gaz peut s'avérer fatale. Par exemple, un haut fourneau produit une grande quantité de gaz chauds, poussiéreux, toxiques et inflammables, composés de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrogène. Les fabricants de détecteurs de gaz qui ont l'expérience de ces environnements connaissent bien le problème de l'hydrogène qui affecte les capteurs électrochimiques de CO, et fournissent donc des capteurs filtrés à l'hydrogène en standard aux aciéries.

Pour en savoir plus sur la sensibilité croisée, veuillez consulter notre blog. Les détecteurs de gaz Crowcon sont utilisés dans de nombreuses installations sidérurgiques à travers le monde, et vous pouvez en savoir plus sur les solutions Crowcon dans l'industrie sidérurgique ici.

Références :

L'injection d'hydrogène dans les réseaux de gaz naturel pourrait fournir une demande stable dont le secteur a besoin pour se développer (S&P Global Platts, 19 mai 2020).
L'Australie occidentale injecte 22 millions de dollars dans un plan d'action pour l'hydrogène (Power Engineering, 14 septembre 2020)
L'hydrogène vert dans les gazoducs : Solution de décarbonisation ou chimère ? (Green Tech Media, 20 nov. 2020)
L'hydrogène pourrait-il se greffer sur les infrastructures de gaz naturel ? (Réseau en ligne, 17 mars 2016)
Acier, hydrogène et énergies renouvelables : De drôles de compagnons ? Peut-être pas... (Forbes.com, 15 mai 2020)
POSCO va étendre sa production d'hydrogène à 5 millions de tonnes d'ici 2050 (Business Korea) Tonnes d'ici 2050 (Business Korea, 14 déc. 202 0)http://https://www.crowcon.com/wp-content/uploads/2020/07/shutterstock_607164341-scaled.jpg

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Les dangers de l'hydrogène

En tant que combustible, l'hydrogène est hautement inflammable et les fuites génèrent un risque sérieux d'incendie. Toutefois, les incendies d'hydrogène sont sensiblement différents des incendies impliquant d'autres combustibles. Lorsque des carburants et des hydrocarbures plus lourds, comme l'essence ou le diesel, fuient, ils s'accumulent près du sol. En revanche, l'hydrogène est l'un des éléments les plus légers de la planète, de sorte que lorsqu'une fuite se produit, le gaz se disperse rapidement vers le haut. Cela rend l'inflammation moins probable, mais une autre différence est que l'hydrogène s'enflamme et brûle plus facilement que l'essence ou le diesel. En fait, même une étincelle d'électricité statique provenant du doigt d'une personne suffit à déclencher une explosion lorsqu'il y a de l'hydrogène. La flamme d'hydrogène est également invisible, il est donc difficile de localiser le "feu" réel, mais elle génère une faible chaleur rayonnante en raison de l'absence de carbone et a tendance à se consumer rapidement.

L'hydrogène est inodore, incolore et insipide, de sorte que les fuites sont difficiles à détecter par les seuls sens humains. L'hydrogène n'est pas toxique, mais dans les environnements intérieurs tels que les salles de stockage des batteries, il peut s'accumuler et provoquer une asphyxie en remplaçant l'oxygène. Ce danger peut être compensé dans une certaine mesure en ajoutant des substances odorantes au carburant hydrogène, ce qui lui confère une odeur artificielle et alerte les utilisateurs en cas de fuite. Mais comme l'hydrogène se disperse rapidement, il est peu probable que l'odorisant voyage avec lui. L'hydrogène qui fuit à l'intérieur s'accumule rapidement, d'abord au niveau du plafond, puis finit par remplir la pièce. Par conséquent, l'emplacement des détecteurs de gaz est essentiel à la détection précoce d'une fuite.

L'hydrogène est généralement stocké et transporté dans des réservoirs d'hydrogène liquéfié. La dernière préoccupation est que, parce qu'il est comprimé, l'hydrogène liquide est extrêmement froid. Si l'hydrogène s'échappe de son réservoir et entre en contact avec la peau, il peut provoquer de graves gelures, voire la perte de certaines extrémités.

Quelle technologie de capteur est la meilleure pour détecter l'hydrogène ?

Crowcon dispose d'une large gamme de produits pour la détection de l'hydrogène. Les technologies traditionnelles de détection des gaz inflammables sont les pellistors et l'infrarouge (IR). Les capteurs de gaz à pellistors (également appelés capteurs de gaz à perles catalytiques) sont la principale technologie de détection des gaz inflammables depuis les années 1960. Vous pouvez en savoir plus sur les capteurs à pellistors sur notre page de solutions. Cependant, leur principal inconvénient est que dans les environnements à faible teneur en oxygène, les capteurs à pellistors ne fonctionnent pas correctement et peuvent même tomber en panne. Dans certaines installations, les pellistors risquent d'être empoisonnés ou inhibés, ce qui laisse les travailleurs sans protection. De plus, les capteurs à pellistors ne sont pas à sécurité intégrée, et une défaillance du capteur ne sera pas détectée à moins d'appliquer un gaz d'essai.

Les capteurs de type infrarouge constituent un moyen fiable de détecter les hydrocarbures inflammables dans les environnements à faible teneur en oxygène. Ils ne sont pas susceptibles d'être empoisonnés, de sorte que l'IR peut considérablement améliorer la sécurité dans ces conditions. Pour en savoir plus sur les capteurs IR, consultez notre page de solutions, et sur les différences entre les pellistors et les capteurs IR, consultez le blog suivant.

Tout comme les pellistors sont sensibles à l'empoisonnement, les capteurs IR sont sensibles aux chocs mécaniques et thermiques sévères et sont également fortement affectés par les changements de pression importants. De plus, les capteurs IR ne peuvent pas être utilisés pour détecter l'hydrogène. La meilleure option pour la détection des gaz inflammables à l'hydrogène est donc la technologie des capteurs MPS™ (molecular property spectrometer). Celle-ci ne nécessite pas d'étalonnage tout au long du cycle de vie du capteur, et comme la MPS détecte les gaz inflammables sans risque d'empoisonnement ou de fausses alarmes, elle permet de réaliser des économies considérables sur le coût total de possession et de réduire les interactions avec les unités, ce qui se traduit par une tranquillité d'esprit et moins de risques pour les opérateurs. La détection de gaz par spectromètre de propriété moléculaire a été développée à l'Université du Nevada et est actuellement la seule technologie de détection de gaz capable de détecter plusieurs gaz inflammables, y compris l'hydrogène, simultanément, de manière très précise et avec un seul capteur.

Lisez notre livre blanc pour en savoir plus sur notre technologie de capteur MPS, et pour plus d'informations sur la détection de l'hydrogène gazeux, visitez notre page sur l'industrie et jetez un coup d'œil à certaines de nos autres ressources sur l'hydrogène :

Que devez-vous savoir sur l'hydrogène ?

Hydrogène vert - Vue d'ensemble

Blue Hydrogen - Une vue d'ensemble

Xgard Bright MPS assure la détection de l'hydrogène dans une application de stockage d'énergie

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Surveillance et analyse des gaz de décharge

Le recyclage devenant plus courant, le recours à la mise en décharge diminue, mais celle-ci reste un moyen important d'élimination des déchets. Par exemple, les chiffres 2012-2013 du Defra (ministère de l'environnement, de l'alimentation et des affaires rurales) pour l'Angleterre montrent que 8,51 millions de tonnes, soit 33,9 %, des déchets collectés par les autorités locales ont été mis en décharge.

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Étalonnage croisé des capteurs à pellistor (flamme catalytique)‡

Après la légèreté comparative de la semaine dernière, j'aborde cette semaine quelque chose de plus sérieux.

Lorsqu'il s'agit de détecter des hydrocarbures, nous ne disposons souvent pas d'une bouteille de gaz cible pour effectuer un étalonnage direct, nous utilisons donc un gaz de substitution et un étalonnage croisé. C'est un problème car les pellistors donnent des réponses relatives à différents gaz inflammables à différents niveaux. Ainsi, avec un gaz à petites molécules comme le méthane, une pellistance est plus sensible et donne une lecture plus élevée qu'un hydrocarbure lourd comme le kérosène.

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