Quelle qualité d'hydrogène pour une pile à combustible ?

Une pile à combustible est un dispositif qui utilise l'hydrogène comme source d'énergie et l'oxygène présent dans l’air pour générer de l'électricité et émettre de la vapeur d'eau.
L'oxygène est extrait à partir de l’air ambiant et est filtré avec un filtre cathodique pour obtenir la pureté requise.
L'hydrogène est injecté dans la pile à partir de réservoirs contenant déjà le gaz avec la pureté requise.
La quantité et la typologie d’impuretés présentes dans l'hydrogène déterminent le bon fonctionnement de la pile. Air Liquide vous propose un type d’hydrogène de qualité Fuel Cell et avec les attributs environnementaux requis pour vos projets de mobilité ou de production d'énergie.

Pourquoi une pile à hydrogène nécessite-t-elle un gaz de pureté adéquate ?

Comment fonctionne une pile PEM ?

Une pile à combustible produit de l'électricité à partir d'hydrogène de pureté dite « Fuel Cell » et d'oxygène. L'hydrogène est injecté dans une pile à membrane d'échange de protons.

À l'intérieur, l'anode (le pôle négatif) permet la décomposition de la molécule d'hydrogène en ions et en électrons. Les ions positifs traversent la membrane interne et arrivent à la cathode (le pôle positif) où ils se recombinent avec l’oxygène. Les électrons sont collectés dans un autre circuit. La pile produit de l'électricité et de la vapeur d’eau.

Les électrodes de la pile à combustible sont composées de catalyseurs très performants qui contiennent des métaux précieux.

Quels sont les risques associés aux impuretés dans l’hydrogène ?

Si l'hydrogène utilisé contient des impuretés, les catalyseurs de l’anode peuvent s'empoisonner et diminuer drastiquement leur durée de vie utile ; les impuretés se fixent de manière permanente sur les sites où la molécule d'hydrogène se décompose, et les bloquent définitivement. Un hydrogène de pureté inadéquate altère la pile à combustible et la rend inutilisable.

Quelles sont les impuretés à éliminer selon la norme ISO 14687 ?

Les catalyseurs d’une pile à membrane d'échange de protons sont très sensibles aux impuretés. Ces dernières varient selon la méthode de fabrication de l'hydrogène, et une étape de purification est souvent requise.
La norme ISO 14687 définit les exigences minimales de la qualité de l’hydrogène à utiliser comme carburant dans les piles à combustible.

• L’azote, présent à cause de contaminations extérieures et indépendant de la méthode de production, a un seuil de quelques centaines de parties par million (ppm).
• L’eau et l’oxygène sont présents à l'état de traces quelle que soit la méthode de production. Ils doivent être inférieurs à quelques ppm, notamment 5 ppm.
• Le CO₂ et le CO, souvent présents dans l'hydrogène généré par vaporeformage, doivent être inférieurs respectivement à 2 ppm et 0,2 ppm.
• L’ammoniac, qui peut rester dans le H₂S produit par craquage d'ammoniac, est limité à moins d’un dixième de ppm.
• Les composés soufrés ou chlorés sont à proscrire, avec des seuils de tolérance extrêmement bas, de quelques parties par milliard (ppb).

Pourquoi les attributs environnementaux de l’hydrogène pour piles à combustible sont-ils importants ?

Une pile à hydrogène est une source d'électricité utilisable pour alimenter un moteur électrique (véhicules, camions, bateaux, avions). La pile à hydrogène peut aussi fonctionner comme source d'énergie pour les systèmes stationnaires.
La pile génère de l'électricité et de la vapeur d’eau sans émettre aucun dioxyde de carbone au point final d’utilisation.

L'hydrogène utilisé peut en outre posséder des attributs environnementaux spécifiques, tels que le statut « bas carbone » ou la certification RFNBO.
La qualification bas carbone implique une réduction d'au moins 70 % des émissions de gaz à effet de serre sur son cycle de vie par rapport à un combustible fossile.
Grâce à ces critères, l'électricité produite affiche une très faible empreinte carbone ayant pour avantage de contribuer à la transition énergétique et à la décarbonation des transports et de l'industrie.

Quelles sont les solutions d'approvisionnement de l'hydrogène pour les piles à combustible ?

Une pile à combustible utilise l'hydrogène sous forme gazeuse, généralement stocké dans des réservoirs à haute pression embarqués avec la pile.
Des solutions de stockage d'hydrogène liquide embarquées avec la pile sont en phase de test car elles permettent d’augmenter l’autonomie de la pile. Dans ce cas, une phase de vaporisation préalable à l’injection est néanmoins nécessaire pour alimenter la pile à combustible.

• Cadres de bouteilles : la solution pour faibles consommations, la R&D et la maintenance
  Cette solution est adaptée pour de très faibles consommations, des essais techniques, la révision ou la maintenance des véhicules à hydrogène, ou pour des systèmes de production d'électricité de secours (backup) hors réseau.
• Semi-remorques (Tube Trailers) : pour la mobilité et les besoins significatifs réguliers 
  Pour des besoins plus importants comme les stations de remplissage en hydrogène ou la génération d'énergie pour des pics réguliers de consommation.
• Hydrogène liquide : pour les grands volumes et la forte autonomie 
  L’hydrogène cryogénique est nécessaire pour les réservoirs d'hydrogène liquide embarqués, ou pour approvisionner des pompes à hydrogène de grandes dimensions.

Quel que soit le mode d'approvisionnement choisi, Air Liquide vous offre la fourniture d'hydrogène de qualité Fuel Cell adaptée à vos besoins.

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