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Alain DAMIEN : Ingénieur des Arts et Manufactures - Ingénieur-chercheurÉlectricité de France (EDF)
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Lire l’articleINTRODUCTION
En fonction des débits souhaités et des disponibilités énergétiques locales, la production d’hydrogène s’effectue selon divers procédés :
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la décomposition des hydrocarbures par reformage à la vapeur du gaz naturel ou oxydation partielle des coupes pétrolières, du charbon... ;
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le craquage du méthanol ;
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l’électrolyse de l’eau, qui fait l’objet de cet article.
L’hydrogène peut aussi être obtenu comme sous-produit d’unités de craquage, de vapocraquage, de reformage catalytique, d’électrolyse de saumures, de cokéfaction.
Le stockage et le transport de l’hydrogène nécessitent la compression de ce gaz. Par conséquent, l’électrolyse de l’eau est opérée suivant deux techniques :
-
à pression atmosphérique [appareils Norsk-Hydro, Bamag, Demag, CJB (Constructor John Brown), de Nora, Oerlikon distribué par ABB (Asea Brown Boveri)...] suivie d’une compression ;
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à une pression inférieure ou égale à 3 MPa (soit 30 bar) (Lurgi) pour les appareils industriels et pouvant dépasser 10 MPa (soit 100 bar) sur certains modèles destinés aux sous-marins.
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Aspects théoriques de l’électrolyse de l’eauArticle inclus dans l'offre
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1. Matières premières
L’électrolyse est réalisée généralement à partir d’une solution aqueuse d’hydroxyde de potassium dont la concentration variable en fonction de la température de fonctionnement est :
-
de 25 % en masse pour une température de 80 à 90 oC ;
-
de 30 à 35 % à 120 oC ;
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de 40 % à 160 oC.
Ces concentrations correspondent à la conductivité électrique maximale de la solution à la température considérée. Le choix se porte de préférence sur des solutions de potasse au lieu de solutions de soude, car :
-
pour une température donnée, leur conductivité est supérieure à celle des solutions de soude ;
-
elles ont en général une teneur plus faible en impureté chlorure liée à la fabrication de l’hydroxyde ;
-
leur pression de vapeur saturante est inférieure pour une même température, ce qui permet de réduire le débit d’eau de réfrigération destinée à condenser la vapeur entraînée par l’hydrogène.
1.1 Qualité de l’eau d’alimentation
L’eau introduite dans l’électrolyseur doit être la plus pure possible car les impuretés demeurent dans l’appareil et s’accumulent au fil de l’électrolyse. Elles finissent par perturber les réactions électrolytiques par :
-
formation de boues ;
-
action des chlorures (les halogénures en général) qui détruisent la protection par nickelage ou le nickel massif des anodes.
Après une première épuration, l’eau traverse un filtre à charbon actif, puis subit une déminéralisation totale par passage sur un filtre à couche mixte à échangeur d’ions. On souhaite obtenir une résistivité électrique supérieure à 2 MΩ · cm (soit 2 × 104 Ω · m).
HAUT DE PAGE1.2 Qualité de l’hydroxyde de potassium
Les concentrations en chlorure et en sulfate doivent être inférieures à 0,01 % en...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BRENNER - Electrodeposition of alloys. Principles and practice. - Academic Press Inc. (1963) (o).
-
(2) - NORSK-HYDRO - Procédé de préparation de cathodes actives pour des appareils électrochimiques. - Brevet français, no 2381836, 22 sept. 1978.
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(3) - BADGER (E.H.M.), GRIFFITH (R.H.), NEWLING (W.B.S.) - The catalytic decomposition of simple heterocyclic compounds. - Proc. Roy. Soc., 197, p. 184-191 (1949) (+).
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(4) - MOROZOV (V.N.), ALESKOVSKII (V.B.) - * - Soviet Electrochem., 7, 9, p. 1220-1222 (1971) (o).
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(5) - FEDOTEV (N.P.), BEREZINA (N.V.), KRUGLOVA (E.G.) - * - Zh. Prikl. Khim., 21, p. 317-328 (1948) (o).
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(6) - SASAKI (K.), SUGYANO (K.) - * - Kogyo Kogaku Zasshi, p. 387-392, juin 1957 (o).
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