Électrolyseur à membrane à échange de protons (PEM)

Systèmes de tuyauterie polymère sans corrosion et à haute pureté pour garantir des performances constantes des électrolyseurs PEM.

Application

La tuyauterie polymère soutient l'efficacité et la longévité des électrolyseurs

PEM (Électrolyseur à membrane à échange de protons) utilise une membrane à échange de protons et un électrolyte polymère solide pour décomposer efficacement l'eau en hydrogène et oxygène. Lorsqu'un courant est appliqué, les protons d'hydrogène passent à travers la membrane, formant du gaz hydrogène du côté cathodique. La plage de température pour l'électrolyse PEM varie généralement de 50 °C à 80 °C, avec des pressions de fonctionnement allant de l'atmosphérique jusqu'à 30 bars.

L'efficacité et la durée de vie des systèmes d'électrolyse PEM dépendent fortement de la qualité de l'eau d'entrée. L'eau de haute pureté est essentielle pour prévenir la contamination de la membrane et garantir des performances optimales. Le polypropylène PP-H est un matériau idéal utilisé dans ces systèmes en raison de sa résistance chimique exceptionnelle, de sa résistance mécanique et de sa capacité à maintenir son intégrité sous les conditions spécifiques de température et de pression de l'électrolyse PEM. Assurer la pureté de l'eau d'entrée aide à maximiser l'efficacité et la longévité de l'électrolyseur, ce qui en fait un facteur critique dans l'efficacité globale de la production d'hydrogène.

FAQs

Comment les systèmes de tuyauterie polymère de GF Piping Systems s'intègrent-ils aux électrolyseurs PEM ?

Les systèmes de tuyauterie polymère de GF Piping Systems sont conçus pour soutenir l'exploitation efficace des électrolyseurs à membrane à échange de protons (PEM) grâce à :

  • Résistance chimique : Les tuyaux en polymère sont hautement résistants aux effets corrosifs des environnements acides ou basiques dans lesquels fonctionnent les électrolyseurs PEM.
  • Maintien de la pureté : Ils empêchent la contamination de l'eau ultra-pure utilisée dans les électrolyseurs PEM, garantissant des performances cohérentes et protégeant l'intégrité de l'électrolyseur.
  • Flexibilité et durabilité : Les tuyaux en polymère, tels que ceux fabriqués à partir de polypropylène (PP) ou de fluorure de polyvinylidène (PVDF), sont légers, flexibles et durables, facilitant une installation plus simple et une fiabilité à long terme dans la gestion de l'eau et des gaz de haute pureté impliqués dans le processus d'électrolyse.
  • Réduction du risque de contamination : Leurs surfaces internes lisses aident à minimiser le risque de contamination particulaire ou chimique qui pourrait affecter les performances de l'électrolyseur PEM.

En fournissant des solutions de tuyauterie fiables, résistantes à la corrosion et chimiquement compatibles, les tuyaux polymères de GF Piping Systems améliorent l'efficacité et la longévité des électrolyseurs PEM.

Qu'est-ce qu'un électrolyseur à membrane à échange de protons (PEM) et comment fonctionne-t-il ?

L'électrolyseur à membrane à échange de protons (PEM) constitue un appareil avancé conçu pour la génération d'hydrogène par le biais du processus d'électrolyse de l'eau. Dans cette méthode, l'eau (H2O) subit une séparation en hydrogène (H2) et oxygène (O2) avec l'application d'électricité. La caractéristique distinctive de l'électrolyseur PEM réside dans son utilisation d'un électrolyte polymère solide, ou membrane à échange de protons, facilitant la conduction des protons (ions hydrogène chargés positivement) de l'anode vers la cathode tout en empêchant le flux d'électrons. Ce processus génère du gaz hydrogène pur à la cathode et du gaz oxygène à l'anode.

Il est particulièrement bien adapté aux applications nécessitant la production d'hydrogène pur, en particulier dans le domaine des cellules à hydrogène pour le stockage d'énergie, le transport et l'utilisation industrielle.

Pourquoi la mesure du carbone organique total (COT) est-elle particulièrement importante pour les électrolyseurs PEM ?

La performance et la longévité des électrolyseurs à membrane à échange de protons (PEM) dépendent de la qualité de l'eau qui y est introduite. Des niveaux élevés de carbone organique total (COT*) peuvent compromettre les catalyseurs et la membrane, réduisant potentiellement la durée de vie opérationnelle et donc augmenter les coûts d'hydrogène.

Il est essentiel de privilégier l'utilisation de matériaux de haute qualité tel que le PP-H et de mettre en œuvre des méthodes de purification avancées pour minimiser le risque d'impuretés. Des niveaux de COT* élevés dans l'approvisionnement en eau peuvent entraîner la génération de sous-produits indésirables lors du processus d'électrolyse. Ces sous-produits peuvent contribuer à la dégradation des matériaux et à une réduction de l'efficacité opérationnelle. 1

Par conséquent, il est vital de sélectionner des matériaux résistants à la dégradation chimique et au lixiviation pour protéger l'intégrité du système d'électrolyse.

1. Hans Becker et al. (Article de Révision) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Impact des impuretés sur l'électrolyse de l'eau : une revue - Sustainable Energy & Fuels (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J

*Définition du COT : Le carbone organique total (COT) mesure la quantité de carbone organique présente dans l'eau, représentant la concentration totale de molécules organiques qui peuvent potentiellement contaminer le système. C'est un paramètre critique pour évaluer la pureté de l'eau, notamment dans des applications telles que l'électrolyse PEM, où les impuretés peuvent avoir un impact significatif sur l'efficacité et la longévité du système.

Comment la purification de l'eau impacte-t-elle la production d'hydrogène vert ?

La purification de l'eau peut constituer un facteur de coût significatif dans la production d'hydrogène vert. Par exemple, la purification de l'eau déionisée peut représenter jusqu'à 22 % du coût total de l'équilibre des installations (BoP) d'un système PEM WE de 1 MW. Ce coût reste relativement stable quel que soit la taille du système ou le taux de production, ce qui en fait une clé pour l'extensibilité de la production d'hydrogène. La pureté de l'eau est essentielle pour les électrolyseurs, car les impuretés dégradent la membrane et le catalyseur dans les électrolyseurs PEM, réduisant ainsi l'efficacité et augmentant les coûts, ce qui raccourcit finalement la durée de vie de la pile. 1

Les fabricants OEM doivent faire face à des défis tels que garantir une pureté constante de l'eau, gérer le coût des systèmes de purification de l'eau et atténuer l'impact des impuretés sur les performances et la durée de vie de l'électrolyseur. Ces défis nécessitent des technologies et des matériaux de purification de l'eau robustes qui peuvent maintenir des niveaux de pureté élevés.

Des polymères tels que le polypropylène homopolymère (PP-H) et le fluorure de polyvinylidène (PVDF) sont utilisés pour l'eau ultrapure car ils sont hautement résistants à la corrosion. Ils ne lixivient pas d'impuretés dans l'eau, garantissant que la pureté de l'eau reste élevée. De plus, ils sont durables et peuvent résister aux conditions difficiles au sein du système d'électrolyse.

1. Hans Becker et al. (Article de Révision) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Impact des impuretés sur l'électrolyse de l'eau : une revue - Sustainable Energy & Fuels (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J
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