Si nous réfléchissons à la manière dont l’hydrogène est fabriqué, nous serons amenés à nous demander pourquoi l’hydrogène est utilisé comme carburant. Eh bien, lorsque l’hydrogène est utilisé comme combustible dans une pile à combustible, c’est un combustible propre qui produit uniquement de l’eau.
De nombreuses ressources, dont gaz naturel, puissance nucléaire, la biomasseet une sources d'énergie renouvelables comme solaire et l'éolien, peuvent être utilisés pour fabriquer de l'hydrogène.
Ses avantages en font un choix de carburant souhaitable pour les applications impliquant la production d’énergie et les transports. Il a de nombreuses utilisations, notamment l’alimentation portable, les maisons, les automobiles, etc.
L'utilisation de piles à combustible à hydrogène comme substitut propre et efficace aux moteurs à combustion conventionnels a considérablement augmenté. Le seul résultat de l’interaction chimique entre l’hydrogène et l’oxygène dans ces piles à combustible qui produit de l’électricité est l’eau.
Une procédure de production sophistiquée est nécessaire pour exploiter pleinement le potentiel des piles à combustible à hydrogène.
Table des matières
Comment est fabriqué le carburant hydrogène – 4 méthodes de production majeures
Il existe divers façons de fabriquer du carburant hydrogène. De nos jours, l'électrolyse et le reformage du gaz naturel, un procédé thermique, sont les techniques les plus utilisées. Les processus biologiques et solaires sont deux autres approches.
- Processus thermiques
- Processus électrolytiques
- Processus solaires
- Processus biologiques
1. Processus thermiques
La méthode thermique la plus courante pour produire de l’hydrogène est le reformage à la vapeur, qui est une réaction à haute température entre la vapeur et un hydrocarbure qui produit de l’hydrogène.
L'hydrogène peut être produit par le reformage de divers carburants à base d'hydrocarbures, tels que le diesel, le gaz naturel, le charbon gazéifié, la biomasse gazéifiée et les carburants liquides renouvelables. Aujourd’hui, le gaz naturel de vaporéformage produit près de 95 % de tout l’hydrogène.
2. Processus électrolytiques
L'hydrogène et l'oxygène peuvent être extraits de l'eau à l'aide d'une technique d'électrolyse. Un électrolyseur est un appareil qui effectue des processus électrolytiques. Elle est similaire à une pile à combustible dans la mesure où elle produit de l'hydrogène à partir de molécules d'eau plutôt que d'utiliser l'énergie d'une molécule d'hydrogène.
3. Processus solaires
Dans les systèmes solaires, la lumière agit comme un agent produisant de l’hydrogène. Quelques processus solaires sont thermochimiques, photoélectrochimiques et photobiologiques. L'hydrogène est produit via des processus photobiologiques qui reposent sur l'activité photosynthétique naturelle des bactéries et des algues vertes.
Utilisant des semi-conducteurs spécifiques, les réactions photoélectrochimiques divisent l’eau en hydrogène et oxygène. L'énergie solaire concentrée est utilisée dans la synthèse thermochimique solaire de l'hydrogène pour alimenter les réactions de division de l'eau, souvent en conjonction avec des espèces supplémentaires comme les oxydes métalliques.
4. Processus biologiques
Les micro-organismes comme les bactéries et les microalgues sont utilisés dans les processus biologiques et ces organismes peuvent produire de l'hydrogène par des réactions biologiques.
En décomposant les matières organiques comme la biomasse ou les eaux usées, les bactéries peuvent produire de l'hydrogène dans le cadre d'un processus appelé conversion de la biomasse microbienne. En revanche, les processus photobiologiques utilisent la lumière du soleil comme source d’énergie pour les microbes.
Comment est fabriqué le carburant hydrogène – 8 étapes de production
Après avoir discuté des différentes méthodes de production, examinons les procédures spécifiques impliquées dans la production d'une pile à combustible à hydrogène, depuis la localisation des matières premières jusqu'à la production d'une source d'énergie propre. Nous examinerons les procédures qui composent le processus électrolytique.
- Approvisionnement en matières premières
- Préparation du catalyseur
- Fabrication d'assemblages d'électrodes à membrane (MEA)
- Fabrication de plaques bipolaires
- Ensemble de pile à combustible
- Bilan des composants végétaux
- Contrôle de la qualité et tests
- Déploiement et intégration
1. Approvisionnement en matières premières
L’approvisionnement en matières premières nécessaires à la construction des piles à combustible à hydrogène constitue la première étape du processus de production. Les composants essentiels comprennent des matériaux à base de carbone pour les plaques bipolaires, des polymères pour la membrane électrolytique et du platine ou d'autres catalyseurs pour les réactions des électrodes.
Généralement acquis auprès de nombreux fournisseurs, ces matériaux sont soumis à des procédures d'assurance qualité strictes pour garantir leur adéquation à la fabrication de piles à combustible.
2. Préparation du catalyseur
Le catalyseur, souvent constitué de platine, est essentiel à la capacité de la pile à combustible à conduire des réactions électrochimiques.
Pour produire une couche de catalyseur hautement active et stable, le matériau catalyseur est traité et fabriqué à l'aide de diverses méthodes, notamment le dépôt chimique et le dépôt physique en phase vapeur.
Les surfaces des électrodes sont ensuite recouvertes de cette couche à l'aide de techniques telles que le revêtement par pulvérisation ou la sérigraphie.
3. Fabrication d'assemblages d'électrodes à membrane (MEA)
Les électrodes recouvertes de catalyseur et la membrane électrolytique polymère constituent l’ensemble membrane-électrode, qui constitue un élément essentiel de la pile à combustible. La membrane électrolytique polymère est méticuleusement produite et sculptée pour correspondre à l’architecture de la pile à combustible.
Il est généralement composé d'un polymère d'acide perfluorosulfonique. Le MEA est ensuite formé en intégrant les électrodes recouvertes de catalyseur de chaque côté de la membrane.
4. Fabrication de plaques bipolaires
Dans un empilement de piles à combustible, des plaques bipolaires sont chargées de disperser les gaz réactifs et de transférer l'électricité entre les piles à combustible. Habituellement, des matériaux à base de carbone résistants à la corrosion et légers sont utilisés pour fabriquer ces plaques.
Pour obtenir la forme et la structure requises, des processus de moulage, d'usinage ou de pressage sont utilisés pendant le processus de production. Des canaux et des champs d'écoulement sont également inclus dans les plaques bipolaires pour faciliter le passage efficace de l'oxygène et de l'hydrogène gazeux.
5. Ensemble de pile à combustible
Le composant essentiel du système de pile à combustible à hydrogène est la pile à combustible, qui est composée de plusieurs piles à combustible couplées en parallèle et en série. L'assemblage est constitué de plaques bipolaires, de couches de diffusion de gaz et de MEA parfaitement empilées.
Les fuites de gaz sont évitées et une bonne étanchéité est assurée par l'utilisation de matériaux d'étanchéité tels que des adhésifs et des joints. L'assemblage de la pile est conçu pour produire le plus de puissance tout en préservant le débit idéal de liquide de refroidissement et de gaz.
6. Bilan des composants végétaux
Un système de pile à combustible complet nécessite plusieurs composants d'équilibre de l'usine (BOP) en plus de la pile à combustible. Il s'agit d'humidificateurs, de systèmes de refroidissement, de systèmes d'alimentation en hydrogène et en oxygène et d'électronique de puissance pour gérer et réguler la puissance électrique.
Pour garantir un débit de carburant et de liquide de refroidissement, une gestion thermique et une connectivité électrique appropriés, les composants du BOP sont intégrés dans la conception globale du système.
7. Contrôle de la qualité et tests
Des procédures strictes de contrôle de qualité sont utilisées pendant le processus de fabrication pour garantir la fiabilité et l'efficacité de chaque pile à combustible. À plusieurs phases, des contrôles de qualité tels qu'une inspection visuelle, des tests électriques et des évaluations des performances sont effectués.
Des tests complets sont effectués sur les assemblages finaux de piles à combustible pour confirmer leur puissance électrique, leur durabilité, leur efficacité et leur sécurité. Pour satisfaire aux normes de qualité requises, toutes les cellules ou composants défectueux sont détectés et remplacés.
8. Déploiement et intégration
Les piles à combustible sont préparées pour le déploiement et l'intégration dans une gamme d'applications après leur production et leurs tests réussis. Les appareils électroniques portables, les équipements fixes de production d’énergie et les automobiles peuvent tous entrer dans cette catégorie.
Pour construire un dispositif utile et efficace alimenté à l'hydrogène, la procédure d'intégration implique de connecter le système de pile à combustible aux systèmes auxiliaires requis, tels que les réservoirs de stockage d'hydrogène, les systèmes d'admission d'air et les unités de gestion de l'énergie.
Conclusion
La fabrication de piles à combustible à hydrogène est un processus en plusieurs étapes qui commence par l’approvisionnement en matières premières et se termine par l’intégration des systèmes de piles à combustible.
Ce processus complexe garantit la production de sources d’énergie propres, fiables et efficaces qui ont le potentiel de transformer complètement la production d’électricité, les transports et d’autres industries.
Le processus de production des piles à combustible à hydrogène est en constante évolution grâce à une recherche et un développement continus, qui propulsent le développement de solutions énergétiques durables.
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Un écologiste passionné dans l'âme. Rédacteur principal de contenu chez EnvironmentGo.
Je m'efforce d'éduquer le public sur l'environnement et ses problèmes.
Il a toujours été question de nature, nous devons protéger et non détruire.