Le CEA Liten valide un système de production d’hydrogène par électrolyse de la vapeur d’eau à haute température. Le rendement supérieur à 90% ouvre de nouvelles voies aux marchés de l’hydrogène.

La production d’’hydrogène utilisé dans de nombreuses industries (chimie, agroalimentaire, transformation du verre, sidérurgie, microélectronique) est surtout réalisée par séparation ( réformage thermique ) des atomes d’hydrogène et de carbone du méthane ou du gaz naturel.

Le CEA développe un procédé alternatif par électrolyse de l’eau alimentée par de l’électricité. Le recours à une source électrique est décarbonée permet de limiter les émissions de gaz à effet de serre et économise les énergies fossiles.

Les procédés d’électrolyse de l’eau diffèrent surtout les uns des autres par leur température de fonctionnement. Cette température conditionne la quantité d’électricité nécessaire pour dissocier la molécule d’eau composée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène.

Le laboratoire de production d’hydrogène du CEA Liten a mis au point un 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. Le Nm3, ‘normaux mètres-cube’ est une unité de mesure des gaz. 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 la pression atmosphérique.

Le prototype montre 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 intègre un empilement de cellules “cœur” de la réaction de production d’hydrogène performant et optimisé en terme de coût. Les composants auxiliaires nécessaires à la gestion fluidique, thermique et électrique du système sont conçus de manière à le rendre autonome. Le système complet aapproximativement de la taille d’un réfrigérateur 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 lorsque le système fonctionne en mode légèrement exothermique. Le rendement du système  excède les 90 %, confirmant  le potentiel de cette technologie.

Florence Lambert, directrice du CEA Liten  explique: « 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. »