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Produire de l’hydrogène à partir de vapeur et d’électricité

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Le CEA Liten annonce avoir validé un système de production d’hydrogène par électrolyse de la vapeur d’eau à haute température de performances exceptionnelles, ouvrant de nouvelles voies aux marchés de l’hydrogène industriel et de l’hydrogène énergie.

Conçu par le CEA pour limiter les coûts d’investissement et d’opération, ce système présente un rendement supérieur à 90%.

L’hydrogène est utilisé dans de nombreux secteurs industriels (chimie, agroalimentaire, transformation du verre, sidérurgie, microélectronique). L’électrolyse est également un procédé prometteur pouvant servir dans la chaîne de conversion et de stockage des énergies renouvelables intermittentes.

Mais sa production est aujourd’hui très majoritairement réalisée par reformage de méthane/gaz naturel. Le CEA développe un procédé alternatif par électrolyse de l’eau alimentée par de l’électricité. Si la source électrique est décarbonée cela permet de limiter les émissions de gaz à effet de serre et d’économiser les énergies fossiles.

Les différents procédés d’électrolyse de l’eau se distinguent essentiellement par leur température de fonctionnement qui conditionne la quantité d’électricité à apporter pour dissocier la molécule d’eau. Une étape importante vient d’être franchie par le laboratoire de production d’hydrogène du CEA Liten : un système électrolyseur à haute température (700°C) produisant de l’hydrogène à partir de vapeur à 150°C et d’électricité avec une consommation électrique de 3,9 kWh/Nm3 (1) d’hydrogène. Ce prototype démontre qu’il est possible de produire de l’hydrogène en partant de chaleur à basse température avec des rendements inégalés grâce à une valorisation maximale de la chaleur dans le système.

Ce système conçu par le CEA intègre un « stack » (empilement de cellules, cœur de la réaction de production d’hydrogène) performant et optimisé en terme de coût, ainsi que les composants auxiliaires nécessaires à la gestion fluidique, thermique et électrique du système, de manière à le rendre autonome. Le système complet est compact, approximativement de la taille d’un réfrigérateur. Il permet de produire entre 1 et 2,5 Nm3/h d’hydrogène. La chaleur des gaz de sortie est récupérée pour préchauffer les gaz d’entrée grâce à des échangeurs thermiques haute température performants lorsque le système fonctionne en mode légèrement exothermique. Le rendement de ce système a été mesuré et excède les 90 %, confirmant ainsi le potentiel de cette technologie.

Florence Lambert, directrice du CEA Liten : « Nous sommes convaincus que l’hydrogène vecteur d’énergie va jouer un rôle majeur dans la transition énergétique. Ces résultats à l’échelle du système nous confirment que l’électrolyse haute température est une alternative crédible pour produire de façon économiquement viable de l’hydrogène sans faire appel aux ressources fossiles. Notre expérience de plusieurs années sur les convertisseurs électrochimiques et l’optimisation thermique de procédés nous amènent aujourd’hui à un niveau de maturité jamais atteint. »

(1) Unité Nm3 : Il s’agit de ‘normaux mètres-cube’. Les gaz étant compressibles le volume de matière peut changer en fonction de la température et de la pression. ‘10 normaux mètres-cube’ correspondent à 10 m3 de gaz à 0°C et à une pression de 1 bar (pression atmosphérique).

** Le prototype de production d’hydrogène par électrolyse à haute performance de la vapeur d’eau à haute température conçu par le CEA – photo D. Guillaudin / CEA


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    41 Commentaires sur "Produire de l’hydrogène à partir de vapeur et d’électricité"

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    Sonate
    Invité

    J’aimerais bien avoir le calcul du rendement .. En effet, 1 Nm3 de H2 fait d’après mes calculs 3,0 kWh PCi et 3,54 kWh PCS. Donc le rendement de 90% est sur PCS.

    energiestr
    Invité
    Comme souvent, Enerzine donne des informations intéressantes mais de façon trompeuse. Ce que je comprend de l’article est que l’hydrogène n’est pas produit à partir de chaleur basse température comme le dit le titre, mais d’électricité. Quant au rendement de 90%, il faudrait expliquer de façon précise à quoi il correspond. Cela ne remet pas en cause le travail du CEA, mais il faut éviter de présenter comme « révolutionnaire » une innovation incrémentale. Ce que je comprends en fin de compte, c’est que si on a une source de vapeur à 150°C, alors on peut transformer de l’électricité en dihydrogène avec… Lire plus »
    seb
    Invité

    Le rendement d’électrolyse est toujours exprimé sur PCS… et 90% c’est très bon ! @energiestr Autant que je puisse le comprendre le préchauffage à 150° est réalisé grâce à un échangeur entre les produits de sortie (H2 et O2) et l’eau, donc c’est vraiment 90%.

    Papijo
    Invité
    Le problème est de savoir comment on passe d’une vapeur à 150°C aux 700°C nécessaires pour l’électrolyse. Est-ce seulement les 10% de pertes qui permettent cet échauffement ? (en théorie, ça ne semble pas impossible si on oublie les consommations des auxiliaires). Reste à savoir quel est le vrai rendement du système (y compris l’énergie consommée par les auxiliaires en marche industrielle), la durée de vie du système et surtout le prix de l’hydrogène en sortie. La taille de l’armoire permettant de produire 1 m3/h (90 grammes de H2 par heure) n’est pas très rassurante, même s’il ne s’agit que… Lire plus »
    jumper
    Invité

    dans de très nombreux cas on sait prévoir quand (24h à l’abance) et même à peu près de combien sera le pic de sur production EnR (démonstration : voir le prévisionnel de production EnR allemand, il est publié 24H à l’avance et il juste dans > 90% des cas) donc aucun problème pour le préchauffer juste avant son besoin

    moise44
    Invité

    « Ce que je comprends en fin de compte, c’est que si on a une source de vapeur à 150°C, alors on peut transformer de l’électricité en dihydrogène avec un rendement de 90%. Est-ce bien ça ? » Est-ce que ces températures et ces pressions ne sont pas aussi présentes en sortie des turboalternateur dans la salle des machines derrière les réacteurs nucléaires ? En plus, l’électricité est déja présente sur place si je ne m’abuse, non ? Enfin, j’dis ça, je fais juste un constat et toute supposition partisane n’est pas possible ! Si ? Ah bon !?

    energiestr
    Invité

    Je constate avec satisfaction que le titre a été modifié suite à ma remarque : bravo ! Et bravo au CEA pour cette avancée.

    Tech
    Invité

    un argument qui se fissure pour les anti H2 qui prône que H2 ne serait viable qu’à partir des hydrocarbures, ils continue en disant que les ENR ne sont pas prédictibles alors que la réalité démontre le contraire, d’autant mieux que du stockage les y aide. l’économie de l’H2 se développe et c’est tant mieux.

    michel123
    Invité

    je suppose que ce rendement de 90% ne tient pas compte de l’énergie de préchauffage à 150° pour le reste, le passage à 700° ne coute pas grand chose en énergie puisqu’il semble que l’eau sortante réchauffe l’eau entrante. Cette technique peut être intéressante pour exploiter des températures moyennes telles que l’énergie solaire thermique par lentille de fresnel ou l’énergie géothermique à moyenne température.

    G.rhives
    Invité

    Mais enfin : Quel est le dispositif et surtout,la source d’énergie qui préchauffent à 150° ?? Pas clair cet article.

    Sicetaitsimple
    Invité

    les ENR ne sont pas prédictibles alors que la réalité démontre le contraire, d’autant mieux que du stockage les y aide. Vous pouvez vous enfoncer un peu plus? Faire de l’H2 par electrolyse à partir d’électricité préalablement stockée dans une batterie, là c’est balèze!

    Lionel-fr
    Invité
    Joyeux noel.. C’est un rendement net chaleur + électricité. Le CEA n’est pas un escroc ! évidemment on pense aux excédents nucléaires nocturnes et dominicaux, d’autant que de tels engins sont optimisés pour exploiter les sources de chaleur faible T° .. Même s’il faut obtenir la température de travail avec de l’electricité, la dépense sera moindre si l’eau arrive « tiède » Bon pour les centrales nukes , il faudra sérieusement augmenter la puissance admissible mais en fait, la révolution est ailleurs.. Le vrai scoop, c’est que l’électrolyse se fait une place dans les cerveaux très conservateurs du gratin industriel. Il y… Lire plus »
    Sicetaitsimple
    Invité

    comme quoi! Je n’ai aucun élément précis , mais si le CEA s’amusait à ce genre de conneries, vous imaginez la risée? Ils ne vont quand même pas « planquer » l’énergie entrante de vapeur à 150°C dans leur bilan! Pas envie de chercher mais la valeur est juste énorme.

    Tech
    Invité
    enfoncez-vous ça dans la tête, je reprend juste l’argumentaire de jumper, que je ne mets pas en doute: adapté pour absorber pic enr dans de très nombreux cas on sait prévoir quand (24h à l’abance) et même à peu près de combien sera le pic de sur production EnR (démonstration : voir le prévisionnel de production EnR allemand, il est publié 24H à l’avance et il est juste dans > 90% des cas) s’il ne reste que 10% à réguler et que c’est fourni par des batteries, cela ne me dérange pas! c’est de l’énergie qui pourrait être perdue, et… Lire plus »
    Sicetaitsimple
    Invité

    dans ce cas, n’écrivez pas « les ENR ne sont pas prédictibles alors que la réalité démontre le contraire, d’autant mieux que du stockage les y aide. », ce qui est totalement faux, le stockage n’améliore en rien la prédictibilité de la production renouvelable intermittente, ni de toute autre production d’ailleurs. Ecrivez : le stockage permet de compenser les erreurs de prévision de la production des renouvelables intermittents, ce sera plus exact.

    Tech
    Invité

    à 6CT si vous voulez, pour moi le stockage dispo fait partie de la chaine de rétroaction qui permet cette régul de production. mais l’info à retenir, c’est avec in rendement honorable on peut utiliser de la vapeur d’eau au lieux de gaz ou hydrocarbures pour produire de l’H2!

    Papijo
    Invité
    Non Lionel, le rendement de « plus de 90% » n’est pas un rendement « PCS H2 / (chaleur + électricité) », mais un rendement « PCS H2 / électricité ». La conso électrique d’après l’article est de 3,9 kWh/Nm3, alors que le PCS est de 3.54 kWh/Nm3 (merci Sonate). Le rapport des deux est 90.7% ! Autre point, si la température en sortie de centrale nucléaire atteignait 150°C, ça se saurait. En fait, suivant la saison et le type de refroidissement, la vapeur sortie turbine est entre 30 et 40°C, … raison pour laquelle, on ne peut plus en faire autre chose économiquement que la… Lire plus »
    Lionel-fr
    Invité
    Je vous trouve bien affirmatif quant au décryptage de l’article.. J’ai dit qu’il valait mieux avoir de l’eau tiède que de l’eau froide, je veux bien dire « tièdasse » si ça peut vous faire mieux apprécier la vie.. Et la vapeur , il la font comment au cea ? vous pensez qu’ils ont une gazinière et sa cocotte-minute connectée sur le proto ? Permettez moi d’en douter. La consommation electrique s’entend pour la chaleur et la séparation des gaz. De toutes façons , on n’a aucune donnée sur la pression de sortie alors qu’une part signifiante de l’énergie se retrouve sous… Lire plus »
    Dan1
    Invité

    Pour savoir où il faut soutirer la vapeur dans une tranche nucléaire 2G, c’est ici : Et ça vient de là : Pensez THERMOPTIM

    Dan1
    Invité

    On voit pas bien, mais en sortie de la turbine BP c’est pas terrible : 39°C et 0,07 bar, ça va pas le faire pour l’hydrogène. C’est pour ça que pour la cogénération le soutirage de vapeur ne se fait pas à la fin mais au début ou au milieu avec pertes de rendement électrique.

    Sicetaitsimple
    Invité

    en sortie de HP c’est quasiment parfait ( 181°C).

    Dan1
    Invité

    Oui et il y a du potentiel sans écrouler la production électrique de la centrale. Par exemple pour la cogénération, Nathalie Mazet proposait un soutirage à 130° sur 2 tranches sur 4 de Bugey pour alimenter le chauffage de Lyon à hauteur de 760 GWh : On baisse le rendement électrique de 1%, mais le rendement global (électricité + chaleur) reste stable.

    Liion
    Invité

    Et si on convertit une tranche nucleaire exclusivement à la production d’hydogène, est ce qu’on est rentable: -par rapport au reformage ? -dans un vehicule hydrogène par rapport à l’équivalent à essence ?

    Sicetaitsimple
    Invité

    Produire à partir d’un produit ( l’électricité) qui vaut environ et en moyenne annuelle 40€/MWh ( prix de marché) un produit dont la valeur pour des besoins énergétiques est d’environ 25€/MWh(PCS qui plus est) (prix de marché du gaz naturel), ça n’a juste pas de sens (références Europe). Mais ça certains ont du mal à l’assimiler. Ca ne répond pas directement à vos questions, mais vous en déduirez les réponses.

    G.rhives
    Invité
    On peut faire des soutirages partiels à 150°C,en sortie de HP, sur plusieurs centrales nukes,sans trop baisser le rendement électrique et avec un rendement global (électricité + chaleur) qui reste à peu près,suffisament stable pour produire de l’hydrogène pour vehicule hydrogène,qui soit pas plus cher que l’hydrogène issue du réformage du gaz-nat.Avec notamment les excédents nucléaires nocturnes et dominicaux,ça le fera encore mieux. Alors dans ce genre de cas,l’H2 produit par le nucléaire,pourrait vraiment se substituer de manière concurentiel au réformage du gaz-nat.Et le carburant H2 pour véhicule électrique et Hybride H2-électrique(batteries),a dès lors les moyens de se généraliser lentement… Lire plus »
    Sicetaitsimple
    Invité
    Je rappelle que la question de Liion à laquelle je répondais « non » était: « Et si on convertit une tranche nucleaire exclusivement à la production d’hydogène, est ce qu’on est rentable » Maintenant, vous posez la question d’une utilisation intermittente lors des épisodes d' »excédents nucléaires nocturnes et dominicaux. ». Je n’y crois pas beaucoup plus, car ces épisodes d’excédents potentiels ( nucléaires ou pas d’ailleurs) sont malgré tout limités en durée et en volume, et vous n’allez pas construire une usine d’électrolyse (et le réseau de transport associé) à coté d’une centrale nucléaire pour fonctionner quelques centaines d’heures par an. Si vous pensez… Lire plus »
    Dan1
    Invité
    Je pense aussi que ce n’est pas économiquement si simple, exactement comme la cogénération nucléaire. Le problème n’est pas la disponibilité de la chaleur, puisque le parc nucléaire produit bon an mal an de 1 200 à 1 300 TWh soit à peu près 70 % de toute l’énergie finale consommée. Nous ne manquons donc pas de production primaire d’énergie et nous ne devrions pas en manquer pour les 5 000 à 10 000 ans à venir en exploitant les stocks d’uranium existant déjà en France (300 000 tonnes aujourd’hui et 450 000 tonnes en 2040). Bien sûr on pourrait… Lire plus »
    G.rhives
    Invité

    pour fonctionner quelques centaines d’heures par an. Entre les W.E et les nuits( 7 à 8 heures toutes les 24 heures),ça fait quand même entre 2000 et 2500 heures sur l’année,ce qui n’est pas négligeable. On peut aussi y associer(en plus du nucléaire) électricité éolienne(nuits et jours) et PV(le jour) Des tests de démonstrations dans les meilleurs conditions devront être fait.Aprés tout,il peut être intéressant de moins dépendre,même partiellement du gaz-nat,pour avoir de l’H2 pour V.E.

    Sicetaitsimple
    Invité
    Ces histoires de MWh « excédentaires » (dont le signe est un prix de marché bas) , souvent citées et dont certains se régalent, sont peut-être interessantes mais sont purement conjoncturelles. En 2000, ça n’existait pas en Europe ou presque. Depuis 2010 environ, effectivement ça arrive du fait du développement essentiellement de l’éolien et plus récemment du PV. On est dans un phénomène de superposition d’une production qui faisait globalement l’affaire avec de la production intermittente parfois très vigoureuse. Ce qui va se passer, c’est qu’au fur et à mesure de l’atteinte de leur durée de vie technique ou économique, les anciens… Lire plus »
    Sicetaitsimple
    Invité

    Votre idée de reconvertir Fesseinheim d’une usine de production d’électricité à une usine 100% production d’hydrogène mérite le respect. Un telle créativité dans l’objectif d’accomplir l’aspiration exprimée par le peuple (enfin, environ 2%) et concrétisée dans la promesse présidentielle vaut bien une médaille!

    G.rhives
    Invité

    Votre idée de reconvertir Fesseinheim d’une usine de production d’électricité à une usine 100% production d’hydrogène mérite le respect. Eh bien,vous reconnaissez ainsi qu’il y a des possibilités pour produire l’H2 sans gaz-nat.

    Sicetaitsimple
    Invité

    Je n’ai jamais douté qu’il était possible de produire de l’H2 sans gaz naturel, ma première expérience d’electrolyse date (comme beaucoup) de la classe de Seconde ou de Première, je ne sais plus vraiment, mais ce n’est pas tout jeune! Maintenant, la physique et l’économie ne sont pas forcément toujours en accord.

    Lionel-fr
    Invité
    Remettons l’économie à l’endroit. L’argent , c’est des hommes qui payent d’autres hommes en échange de ..(quelque chose) Si personne ne veut de (quelque chose) personne ne paiera pour, à l’inverse, si tout le monde en veut et qu’il n’y en a pas assez , le prix de (quelque chose) va monter jusqu’à ce qu’on en ait assez ou que les demandeurs laissent tomber parce que trop cher Actuellement , si je vous offre 100 nM3 d’hydrogène , qu’en ferez vous ? réponse : probablement rien, donc pour vous , l’hydrogène ne vaut rien Donc dans l’exemple de Dan, on… Lire plus »
    G.rhives
    Invité

    Maintenant, la physique et l’économie ne sont pas forcément toujours en accord. Il me semble que dans l’idée de Dan1 qui est de reconvertir Fesseinheim d’une usine de production d’électricité à une usine 100% production d’hydrogène,cela serait selon Dan1 rentable économiquement.Mais il serait bien que Dan1 lui même,nous précise s’il pense que ça serait rentable économiquement ou non. Dan1, si vous me lisez…(répondez)

    Lionel-fr
    Invité
    Il est rigoureusement impossible d’apporter une réponse décente à votre question sans précisions supplémentaires. cas d’école : Toyota vend 1000 autos Miraï FCV en Suisse et Hyundai en vend 2000 dans le sud de l’allemagne, chaque pays se dote de chariots élévateurs à hydrogène (il y en a déjà des milliers) .. L’affaire est hyper-rentable car le kWh de transports est vendu actuellement au moins 0.7 euro soit 5 fois plus que le kWh réseau. Peu importent les marges de X ou Y, la différence est telle que l’affaire serait (conditionnel) extrèmement rentable. Quelques réserves cependant : 1. les Toyota… Lire plus »
    Dan1
    Invité
    A G.rhives « Il me semble que dans l’idée de Dan1 qui est de reconvertir Fesseinheim d’une usine de production d’électricité à une usine 100% production d’hydrogène,cela serait selon Dan1 rentable économiquement » Ne vous méprenez pas, je suis juste comptable sur Enerzine et pas du tout économiste de l’énergie et encore moins du nucléaire. Bon, mais après 7 ans d’Enerzine je sais trouver les donées fondamentales. Mes élucubrations n’ont qu’un seul but : montrer qie nous possédons la capacité technique de fournir en masse et régulièrement l’électricité nécessaire à ce genre de processus. Si vous voulez des éléments supplémentaires vis à… Lire plus »
    G.rhives
    Invité

    Evidemment,vu comme ça,c’est plutot déprimant(et très décevant),quel gachis de négliger cette possibilité!nos décideurs sont trop timorés et l’endettement du pays(2000 milliards d’euros)est un énorme boulet qui aggrave terriblement les choses.A ce compte là,avant d’avoir l’H2,très couramment chez nous,il va falloir attendre 50 ou 60 ans.Vraiment déprimant!!

    G.rhives
    Invité

    Merci pour votre réponse.Et du lien internet sur l’analyse d’Henri Safa.c’est intéressant.

    Sicetaitsimple
    Invité
    Rien d’étonnant à ce que ceux-ci n’existant pas, l’H2 ne décolle pas! Alors voyons il y a de l’électricité et j’ai besoin de me chauffer ou de chauffer mon eau pour la douche. Alors j’ai une idée, on va transformer cette electricité en H2 ( rendement démontré environ 70%), ensuite on va transporter cet H2, ensuite on va le distribuer ( tout cela gratuitement, il n’y a que des bénévoles dans le domaine de l’H2), et ensuite je vais le bruler dans une chaudière ou le bruleur d’un chauffe-esu. Euh, ce serait pas plus simple d’acheter un ou des « grille-pains »… Lire plus »
    Lionel-fr
    Invité
    Je vous laisse la primeur de vos analyses qui en disent plus long sur votre culture générale que sur les perspectives de l’hydrogène-énergie. Je ne comprends pas comment l’hydrogène tout neuf pourrait être compétitif avec des sources d’énergie amorties depuis des siècles. Oui il n’est pas facile et très couteux de changer de vecteur énergétique.. On s’en serait douté. La progression de l’hydrogène dans l’énergie tient aussi à des facteurs externes comme le prix de la concurrence or celui-ci est en chute libre depuis quelques mois .. Vous n’en parlez pas parce qu’enerzine n’en parle pas ? c’est quand même… Lire plus »
    Sicetaitsimple
    Invité

    Il est vrai que celle-ci est un peu out-dated et que je n’ai pas eu l’honneur et l’avantage de participer à un cours magistral ou une conférence sur le thème  » Hydrogen electrolysis: a breackthrough in shower water production, the death of « electrical cumulus ». Vivement la retraite pour que je me mette à niveau! Vous avez des liens vers ce genre d’évenement?

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