WO2012142996A3 - Traitement de l'eau pour électrolyse de l'eau - Google Patents

Abstract

L'électrolyse de l'eau sert de nos jours principalement à la production d'hydrogène pur. A l'avenir, cependant, l'hydrogène produit par électrolyse de l'eau prendra une importance croissante en tant que source d'énergie secondaire pour des énergies renouvelables. Il en résulte la nécessité de développer l'électrolyse de l'eau de la manière la plus économique possible. D'après l'état de la technique actuel, le facteur d'efficacité de l'électrolyse de l'eau se situe autour de 80 % de rendement en hydrogène. 20 % de l'énergie électrique sont perdus sous forme d'énergie thermique. En outre, pour un fonctionnement sans problème, de l'eau exempte de sels ou bien distillée, qui est préparée à partir d'eau douce au moyen d'un échangeur d'ions, doit être ajoutée en continu. Si l'on veut convertir l'énergie électrique directement en hydrogène dans des éoliennes « off shore », alors, si l'on ne veut pas se procurer de l'eau douce, de l'eau de mer doit être dessalée. Cela vaut aussi pour les centrales électriques solaires dans des régions désertiques qui se trouvent à proximité des côtes. Il a maintenant été établi que pour la production électrolytique d'1 Nm d'hydrogène, de 4,4 à 4,6 KW sont nécessaires, dont 0,8 à 0,9 KW doit être dissipé sous forme d'énergie thermique par refroidissement de l'appareil d'électrolyse. D'autre part, pour la production d'1 Nm d'hydrogène, 0,8 L (802 g) d'eau traitée (distillée) doit être introduit dans l'appareil d'électrolyse, de 0,8 à 0,9 KW de ladite « chaleur perdue » pouvant suffire pour son chauffage et sa distillation. Du fait de l'intégration du traitement de l'eau dans l'électrolyse, il est conseillé d'amener l'électrolyse de l'eau à proximité spatiale du lieu de production de l'énergie éolienne ou solaire, laquelle peut ensuite être produite directement sous forme de courant continu à la tension appropriée à l'appareil d'électrolyse. Cela signifie une simplification sensible de l'installation globale, aussi bien pour l'électrolyse qu'également pour la production, le transport et la conversion de l'énergie éolienne ou solaire. En tant que gaz également combustible, l'hydrogène produit selon la présente invention peut être mélangé à du gaz naturel et mis en circulation conjointement avec le gaz naturel. Cependant, sur le lieu de consommation, les propriétés physiques, chimiques et de technique de combustion de l'hydrogène, très différentes par rapport au gaz naturel, doivent être prises en considération. Il est aussi possible d'utiliser l'hydrogène pour l'hydrogénation de dioxyde de carbone ou de monoxyde de carbone et pour la régénération de méthane à partir de ses gaz de combustion. A cet effet, on couple l'appareil d'électrolyse et l'installation pour l'hydrogénation du dioxyde de carbone avec une centrale électrique au gaz, ainsi la centrale électrique peut dans des états de fonctionnement successifs convertir d'abord le gaz naturel, le dioxyde de carbone pouvant être extrait des gaz de combustion. Dans l'état de fonctionnement ultérieur, le dioxyde de carbone est hydrogéné en méthane avec de l'hydrogène préparé par l'appareil d'électrolyse. Le premier état de fonctionnement sert à la stabilisation du réseau électrique; dans le second état de fonctionnement, l'énergie éolienne et solaire excédentaire est transformée en hydrogène et ensuite en méthane. Le méthane est réintroduit dans le réseau de gaz naturel. Une telle installation peut être utilisée en tant que centrale électrique accumulatrice. En particulier, lors de l'utilisation avec du gaz naturel, que ce soit pour la production d'électricité à partir de l'hydrogène ou pour la régénération du méthane, la simplification décrite de l'accessibilité de l'eau d'alimentation de haute pureté pour l'électrolyse de l'eau revêt une importance économique.