Électrolyseur à membrane échangeuse de protons (PEM)

Les systèmes de tubage en polymère de GF Piping Systems sont conçus pour soutenir le fonctionnement efficace des électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEM) grâce à :

• Résistance chimique : Les tubes en polymère offrent une résistance élevée aux effets corrosifs des environnements acides ou basiques dans lesquels fonctionnent les électrolyseurs PEM.
• Maintenance de la pureté : Ils préviennent la contamination de l'eau ultra-pure utilisée dans les électrolyseurs PEM, garantissant des performances constantes et protégeant l'intégrité de l'électrolyseur.
• Flexibilité et Durabilité : Les tubes en polymère, tels que ceux fabriqués en polypropylène (PP) ou en fluorure de polyvinylidène (PVDF), sont légers, flexibles et durables, facilitant une installation plus aisée et une fiabilité à long terme dans la manipulation de l'eau et des gaz de haute pureté impliqués dans le processus d'électrolyse.
• Diminution du risque de contamination : Leurs surfaces internes lisses aident à minimiser le risque de contamination par des particules ou des produits chimiques qui pourraient affecter les performances de l'électrolyseur PEM.

En fournissant des solutions de tubage fiables, résistantes à la corrosion et chimiquement compatibles, les tubes en polymère de GF Piping Systems améliorent l'efficacité et la longévité des électrolyseurs PEM.

L'électrolyseur à membrane échangeuse de protons (PEM) constitue un appareil avancé conçu pour la génération d'hydrogène par le processus d'électrolyse de l'eau. Dans cette méthode, l'eau (H2O) se sépare en hydrogène (H2) et en oxygène (O2) grâce à l'application d'électricité. La caractéristique distinctive de l'électrolyseur PEM réside dans son utilisation d'un électrolyte polymère solide, ou membrane échangeuse de protons, facilitant la conduction des protons (ions d'hydrogène chargés positivement) de l'anode vers la cathode tout en empêchant le flux des 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, notamment dans le domaine des piles à hydrogène pour le stockage d'énergie, le transport et l'utilisation industrielle.

Les performances et la longévité des électrolyseurs à membrane échangeuse de protons (PEM) dépendent de la qualité de l'eau utilisée. Des niveaux élevés de Carbone Organique Total (COT*) peuvent compromettre les catalyseurs et la membrane, réduisant potentiellement la durée de vie opérationnelle et donc augmentant le coût de l'hydrogène.

Il est essentiel de donner la priorité à l'utilisation de matériaux de haute qualité tels que PP-H et à la mise en œuvre de méthodes de purification avancées pour minimiser le risque d'impuretés. Des niveaux élevés de COT* dans l'eau d'alimentation 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 essentiel de sélectionner des matériaux résistants à la dégradation chimique et à l'extraction afin de protéger l'intégrité du système d'électrolyseur.

1. Hans Becker et al. (Article de revue) 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 des molécules organiques qui peuvent potentiellement contaminer le système. C'est un paramètre critique pour évaluer la pureté de l'eau, notamment dans les applications telles que l'électrolyse PEM, où les impuretés peuvent avoir un impact significatif sur l'efficacité et la longévité du système.

La purification de l'eau peut représenter 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 d'équilibre de l'usine (BoP) d'un système PEM WE de 1 MW. Ce coût reste relativement stable, quelle que soit la taille du système ou le taux de production, en faisant un élément clé dans le dimensionnement 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 l'efficacité et augmentant les coûts, rendant finalement la durée de vie du module plus courte. 1

Les fabricants OEM sont confrontés à des défis tels que la garantie d'une pureté constante de l'eau, la gestion des coûts des systèmes de purification de l'eau et l'atténuation de l'impact des impuretés sur les performances et la durée de vie de l'électrolyseur. Ces défis nécessitent des technologies de purification de l'eau robustes et des matériaux capables de 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 très résistants à la corrosion. Ils ne libèrent pas d'impuretés dans l'eau, garantissant que la pureté de l'eau demeure élevée. De plus, ils sont durables et peuvent résister aux conditions difficiles au sein du système d'électrolyseur.

1. Hans Becker et al. (Article de revue) 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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