Une centrale MEP transforme l’hydrogène sous-produit en électricité à zéro émission
Les usines de production de chlore et de soude caustique, ou usines chlore-alcali (CA), se servent de l’électrolyse pour transformer de la saumure – une solution de sel de chlorure de sodium (NaCl) – en chlore (Cl2) et en soude caustique (NaOH). Ces produits sont des matières premières importantes pour l’industrie chimique, et le processus en question requiert de grandes quantités d’électricité. Ces usines produisent également de l’hydrogène de haute pureté en tant que sous-produit. Dans de nombreuses usines CA, en particulier en Chine, cet hydrogène est tout simplement rejeté par ventilation. Le projet DEMCOPEM-2MW a démontré que la technologie des membranes échangeuses de protons (MEP) était capable de convertir cet hydrogène en électricité, en chaleur et en eau, et qu’elle pouvait être utilisée par des centrales électriques CA présentant des avantages environnementaux et économiques. DEMCOPEM-2MW a bénéficié d’un financement en tant que projet collaboratif dans le cadre des Initiatives technologiques conjointes de l’UE. Intégrer la technologie MEP Les piles à combustible à MEP sont au cœur du système DEMCOPEM-2MW. Celles-ci convertissent l’énergie chimique générée par la réaction électrochimique entre l’hydrogène et l’oxygène en énergie électrique. La partie critique des cellules, où les réactions se produisent, est ce qu’on appelle la «limite de phase triple» (TPB) où se mélangent l’électrolyte, le catalyseur et les réactifs. «L’installation de la technologie MEP dans des usines utilisant l’hydrogène gazeux pour la production d’électricité s’avère relativement facile. L’hydrogène est simplement capturé par l’intermédiaire d’une canalisation, ce qui permet à l’usine CA de réduire sa facture électrique de 20 %», explique M. Jorg Coolegem, coordinateur scientifique. Le système est intrinsèquement durable dans la mesure où l’eau pure est le seul réactif employé, ce qui signifie qu’aucun gaz à effet de serre, NOx, particules ou autres composants nocifs ne sont produits. La chaleur utilisée au cours du processus peut également être utilisée, par exemple, pour préchauffer la saumure (nécessaire à l’électrolyse), l’eau déminéralisée produite par l’oxydation de l’hydrogène pouvant être aussi utilisée, par exemple pour produire la saumure. L’installation est conçue pour fonctionner en continu pendant 20 ans. Bien que les piles de piles à combustible soient remplacées plusieurs fois au cours de cette période, elles sont conçues de manière à ce que la plupart des composants puissent être recyclés et réutilisés. Pour réduire les coûts de fabrication et de maintenance, les piles à combustible (en particulier les membranes, les électrodes et les catalyseurs) sont construites pour durer et conçues pour minimiser les pertes d’énergie. Le système fonctionne automatiquement, à partir d’un automate programmable (PLC) dont le suivi (diagnostic du système) et le contrôle (par exemple pour le démarrer, l’arrêter ou modifier la capacité de production) sont effectués à distance. Prêt pour le déploiement Après le développement d’une unité de 1 MW, le projet a franchi une nouvelle étape avec le système actuel de 2 MW conçu et construit à l’usine MTSA aux Pays-Bas. Après l’installation des piles à combustible produites par Nedstack, les essais du système complet ont été une réussite. Cette technologie est désormais prête à être déployée. En effet, un test d’acceptation en usine a été effectué avec succès avec Ynnovate à Yingkou, en Chine, une compagnie qui a acheté le système. «La Chine est le marché idéal en raison de ses prix élevés de l’électricité, jusqu’à deux fois ceux de l’Europe, et du fait qu’ils disposent de 50 % de la production mondiale de chlore et de soude caustique, ce qui explique qu’il soit indispensable de produire de l’électricité de manière efficace», déclare M. Jan ten Have, coordinateur technique. Outre les marchés dans lesquels de l’hydrogène est déjà sous-produit, une autre source d’énergie potentielle pourrait se trouver dans l’énergie P2P (Power to Power), où un surplus temporaire d’énergie renouvelable (par exemple éolien ou solaire) est stocké sous forme d’hydrogène. En cas de pénurie d’énergie renouvelable, cet hydrogène pourrait être transformé en électricité à l’aide d’une centrale MEP. Cette technologie pourrait également être adoptée dans le domaine des transports, par exemple dans les secteurs maritime et ferroviaire.
Mots‑clés
DEMCOPEM-2MW, énergie, électricité, zéro émission, économie sobre en carbone, hydrogène, membrane échangeuse de protons, chlore et soude caustique, saumure, oxydation, renouvelable
