Perspectives de développement de la production industrielle d'hydrogène par électrolyse alcaline avancée
Development Outlook for Industrial Hydrogen Production by Advanced Alkaline Electrolysis
1
Electricité de France
2
Gaz de France
Dans les conditions du développement du programme nucléaire français qui permettent une production d'électricité à un coût intéressant en heures creuses, la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau peut être envisagée à moyen terme en compétition avec les autres procédés de fabrication d'hydrogène tels que le reformage de gaz naturel. Dans le cadre de leur coopération, Électricité de France (EDF) et le Gaz de France (GDF) conduisent, depuis 1976, un programme de recherches et développement sur la production d'hydrogène par électrolyse alcaline de l'eau ayant pour but, par comparaison avec des installations existantes, de réduire le coût d'investissement et de conserver un rendement identique. Les études préalables ont montré que ces objectifs pouvaient être atteints par une électrolyse avancée avec élévation de la densité de courant et de la température. Ces contraintes techniques ont conduit EDF et le GDF à lancer des études sur la tenue chimique et la résistance mécanique des matériaux, sur une sélection de composants de cellules adaptés et sur l'amélioration de la conception d'ensemble des installations. Les deux groupements industriels français - pilotés par Alsthom-Atlantique et Creusot-Loire - associés à ces travaux depuis 1979, ont fixé les conditions de fonctionnement suivantes : - électrolyte à base de potasse (40 % en masse); - température de 120 et 160°C; - pression de 30 et 70 bar. Dans un premier temps, les constructeurs ont réalisé une étude technico-économique sur la production massive d'hydrogène à partir d'usines de puissance d'environ 300 MWe, fourni les plans de détail d'une installation pilote de 2 MWe et entrepris la qualification de leurs choix technologiques sur des boucles-prototypes de 25-30 kWe. Afin de valider plus complètement les choix retenus et d'approfondir les problèmes d'extrapolation à des électrolyseurs de grande taille, les essais sur boucles-prototypes sont prolongés et deux programmes complémentaires d'essais sur les composants principaux sont actuellement menés avant l'engagement de la phase de qualification de l'électrolyseur industriel sur un pilote de 2 MWe.
Abstract
Under the development conditions of the French nuclear program, which has succeeded in producing electricity at an interesting cost in off-peak hours, hydrogen production by water electrolysis can be considered in the mediumterm to be in competition with other hydrogen production processes such as natural-gas reforming. Since 1976 Electricité de France (EDF) and Gaz de France (GDF) have been cooperating on an R & D project on hydrogen production by alkaline water electrolysis with the aim of reducing the investment cost and maintaining the efficiency level compared to present-day installations. Prior research has shown that these objectives can be attained by advanced electrolysis with increased current density and temperature. These technical constraints have led EDF and GDF to undertake research on the chemical and mechanical resistance of materials, on the selection of suitable cell components, and on improving the overall design of installations. The two French industrial groups, headed by Alsthom-Atlantique and Creusot-Loire, have been associated to this research since 1979 and have set the following operating conditions:(a) potash-base electrolyte (40% mass);(b) temperatures of 120 and 160°C;(c) pressures of 30 and 70 bar. In an initial phase, these groups made a technico-economic survey of the massive production of hydrogen by plants having a power of about 300 MWe. Detailed plans were drawn up for a 2-MWe pilot plant, and technological choices were made on 25-30 kWe prototype loops. To give further certainty to the choices made and to go further into problems of scaling up to large-size electrolyzers, tests on prototype loops were extended, and additional tests are now being made of the principal components before undertaking the qualification phase of the industrial electrolyzer in a 2-MWe pilot plant.
© IFP, 1985