Électrolyse : Freudenberg Sealing Technologies (FST) propose à ses clients des solutions d’étanchéité pour les trois technologies de pointe.
Réduit à trois phrases, le système d’énergie durable de demain semble très simple : à l’aide d’électricité « verte », des électrolyseurs décomposent l’eau en hydrogène et oxygène. L’énergie contenue dans l’hydrogène est reconvertie ensuite, dans des piles à combustible, en énergie électrique. L’électricité ainsi produite alimente des véhicules, des chauffages, des aciéries ou des usines chimiques.
Dans la pratique, ce qui constitue la base de ce procédé, donc la production d’hydrogène par électrolyse, n’en est qu’à ses balbutiements. Toutefois, elle est en croissance. « Je suis persuadé que l’hydrogène „vert“ sera l’une des branches industrielles de demain », déclare Artur Mähne, Global Segment Manager Hydrogen Technologies. Pour lui, FST jouera ici un rôle important en tant que partenaire de développement des fabricants d’électrolyseurs. En effet, ces derniers ont, comme les piles à combustibles, besoin de centaines de joints dans leurs stacks et leurs cellules. FST dispose, dans le domaine des matériaux, de la fabrication et des processus, du savoir-faire nécessaire pour développer ces joints de manière spécifique en fonction des applications et les fabriquer en petites et grandes séries.
AEL, PEM ou AEM ?
Actuellement, trois technologies d’électrolyse différentes s’établissent en parallèle. « Chez FST, nous nous concentrons principalement sur la PEM et l’AEM. Nous avons ici une compréhension profonde de l’application, nous sommes bien positionnés quant aux matériaux, et nous disposons d’un excellent accès au marché. Pour le troisième procédé pertinent, l’électrolyse alcaline (AEL), nous travaillons intensément à la résistance chimique du matériau des joints à la solution alcaline utilisée en électrolyte », explique Artur Mähne.
Artur Mähne est Global Segment Manager Hydrogen Technologies chez Freudenberg Sealing Technologies.
Chaque procédé a ses points forts propres et est adapté pour des buts d’utilisation différents (voir ci-dessous). « Nous partons du principe que ces trois technologies seront toutes pertinentes pour nous dans les décennies à venir », poursuit-il.
Le grand art est ici de ne pas livrer les joints sous forme séparée, mais en application dite à deux composants (2C). Ceci signifie que FST intègre par exemple le joint directement dans une plaque bipolaire ou un cadre thermoplastique ou métallique qui entoure cette plaque. Cette intégration de deux composants offre au client des plus-values, entre autres parce qu’elle facilite le montage. Et elle permet une plus grande sécurité des processus en empêchant les fuites.
Le joint peut ici être injecté directement sur le support, ce que l’on appelle « overmolding », ou bien le joint et le support sont emboîtés de manière mécanique. « Nous avons un savoir-faire important dans ces processus de „bonding“, qui soudent donc solidement l’élastomère au métal ou au plastique. Pour les électrolyseurs, nous poursuivons actuellement plusieurs méthodes très astucieuses », déclare Artur Mähne.
Quatre voies mènent au but
En ce qui concerne l’électrolyse « verte » de l’eau, pour Freudenberg Sealing Technologies (FST), trois des quatre procédés existants semblent prometteurs de succès. Leurs avantages et leurs inconvénients :
Électrolyse AEL (Électrolyse Alcaline)
Les électrolyseurs alcalins sont déjà mis en œuvre dans le monde entier à l’échelle industrielle et sont ceux qui ont le mieux fait leurs preuves. Ils travaillent avec des matériaux relativement peu chers, et se distinguent par leur grande stabilité à long terme. Ils sont particulièrement indiqués pour la production d’hydrogène stationnaire à grande échelle associée à une alimentation électrique constante.
L’efficience des électrolyseurs AEL est limitée. Ils exigent de plus un fonctionnement régulier constant – et sont donc peu adaptés pour l’approvisionnement, par nature fluctuant, par des centrales éoliennes et solaires. L’électrolyte utilisé est une solution d’hydroxyde de potassium alcaline caustique problématique pour les éléments de sécurité et d’étanchéité. Les électrolyseurs AEL travaillent avec une pression limitée, l’hydrogène produit doit donc être fortement comprimé ensuite pour le stockage et le transport, ce qui exige beaucoup d’énergie. Enfin, ils sont encombrants et lourds et donc plutôt destinés aux applications industrielles.
Électrolyse PEM (Électrolyse à membrane échangeuse de protons)
Les électrolyseurs PEM utilisent au lieu d’un électrolyte liquide une « Proton Exchange Membrane », dite PEM, étanche aux gaz. Compacts, les électrolyseurs PEM présentent l’avantage d’une grande efficience et se distinguent par leur rendement élevé. De plus, ils s’adaptent rapidement et avec souplesse à des fluctuations de charge importantes, telles que celles engendrées par les sources d’énergie renouvelables.
Ce procédé exige pour les électrodes des métaux précieux coûteux, tels que le platine ou l’iridium. L’électrolyse PEM est relativement nouvelle et la technique devra continuer son développement, par exemple au niveau de la résistance aux impuretés et de la durée de vie.
Électrolyse AEM (Électrolyse à membrane échangeuse d’anions)
Le procédé à « Anion Exchange Membran » (AEM) associe les avantages de coût de l’électrolyse alcaline et la souplesse et l’efficience de procédé de l’électrolyse PEM. Le fonctionnement ayant lieu dans des conditions légèrement alcalines, des catalyseurs peu coûteux, sans métaux précieux, peuvent être utilisés pour les électrodes. Ces installations modulaires de petite taille peuvent être adaptées avec souplesse à une augmentation des besoins. L’entreprise italo-allemande Enapter, avec laquelle FST collabore étroitement pour le développement de solutions d’avenir, joue un rôle de pionnier dans cette technologie.
Le niveau de développement technologique est relativement faible encore, la durée de vie des membranes doit être améliorée. Les électrolyseurs AEM sont plutôt adaptés pour le domaine privé et les applications dans les moyennes entreprises et le secteur commercial, moins pour les besoins importants d’une entreprise industrielle.
