Applications de l'énergie hydrogène
Garantir la pureté de l'hydrogène pour optimiser les performances des piles à combustible
Grâce à une technologie de pointe de détection de la pureté de l'hydrogène, les performances optimales des piles à combustible sont garanties. Le contrôle des contaminants tels que les traces d'humidité, d'oxygène, de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone, d'azote, d'hydrocarbures totaux et de soufre assure la protection des piles à combustible et maximise leur rendement.
L'importance de la pureté de l'hydrogène dans les piles à combustible
La pile à combustible joue un rôle crucial dans la chaîne d'approvisionnement en hydrogène, notamment dans le secteur des transports (trains, automobiles et navires). Elle convertit efficacement l'hydrogène en électricité, produisant une énergie propre avec l'eau comme seul sous-produit. Que l'hydrogène provienne directement d'un système de production ou d'un système de stockage, les piles à combustible nécessitent un hydrogène de haute pureté pour un fonctionnement optimal. Toute impureté présente dans l'hydrogène de haute pureté peut réduire les performances de la pile et entraîner des dommages à long terme.
Les piles à combustible sont extrêmement sensibles aux impuretés, qui peuvent engendrer divers effets indésirables. Même des traces de contaminants tels que l'humidité (H₂O), l'oxygène (O₂), l'azote (N₂) et le monoxyde de carbone (CO) peuvent inhiber l'efficacité de la conversion d'énergie et réduire la puissance de sortie. À terme, ces contaminants peuvent également endommager les composants de la pile à combustible, notamment les catalyseurs (membrane échangeuse de protons), entraînant des coûts de maintenance ou de remplacement élevés. Pour les piles à combustible conformes à la norme GB/T 37244-2018 – Spécifications du carburant pour véhicules à pile à combustible à membrane échangeuse de protons – Hydrogène – et à la norme ISO 14687:2019(E), il est particulièrement important de maintenir la pureté de l'hydrogène, car cette norme impose des limites strictes aux concentrations d'impuretés telles que H₂O, O₂ et N₂. Les propriétés spécifiques et la teneur en impuretés de l'hydrogène varient selon sa source : reformage du méthane à la vapeur (SMR), pyrolyse du méthanol, production d'oxygène à partir de gaz de cokerie, purification de l'hydrogène gris ou électrolyse. Chaque méthode de production d'hydrogène peut introduire différents contaminants, qui doivent être surveillés et contrôlés avant que l'hydrogène ne pénètre dans la pile à combustible.
Principaux indicateurs de pureté de l'hydrogène pour les piles à combustible
Pour garantir que l'hydrogène utilisé pour les piles à combustible réponde aux normes nécessaires à une haute performance, les indicateurs clés de détection de pureté suivants sont essentiels :
• Humidité dans l'hydrogène (vapeur d'eau) : Une teneur en humidité excessive peut perturber la réaction électrochimique à l'intérieur de la pile à combustible, réduire son rendement et endommager ses composants. Le contrôle de l'humidité résiduelle dans l'hydrogène est essentiel pour garantir un niveau de sécheresse suffisant et maintenir ainsi les performances optimales des piles à combustible.
● Oxygène dans l'hydrogène : La contamination par l'oxygène peut réduire la puissance et le rendement des piles à combustible. Même de faibles quantités d'oxygène peuvent dégrader significativement les performances des piles à combustible au fil du temps. Un contrôle continu de la teneur en oxygène permet de s'assurer que l'hydrogène ne contient pas ce contaminant nocif.
● Monoxyde de carbone (CO) : Le monoxyde de carbone est l’un des contaminants les plus nocifs pour les piles à combustible, notamment celles à membrane échangeuse de protons (PEM). Le CO s’adsorbe sur le catalyseur de platine, réduisant ainsi sa capacité à catalyser la réaction hydrogène-oxygène. Même des traces de CO peuvent fortement dégrader les performances et la durée de vie de la pile. Il est donc essentiel de surveiller la teneur en CO afin de prévenir l’empoisonnement du catalyseur.
● Ammoniac (NH3) : La détection de traces d’ammoniac dans l’hydrogène destiné aux piles à combustible est essentielle pour protéger le catalyseur, maintenir les performances de la pile, garantir la sécurité et contrôler la qualité. En pratique, des méthodes et instruments d’analyse laser TDLAS à haute sensibilité sont nécessaires pour détecter avec précision ces traces d’ammoniac dans l’hydrogène.
● Niveau de pureté de l'hydrogène : La pureté globale de l'hydrogène doit être conforme à des normes rigoureuses telles que GB/T 37244-2018 – Spécifications du carburant pour véhicules à pile à combustible à membrane échangeuse de protons – Hydrogène et ISO 14687:2019(E), qui définissent les exigences relatives aux niveaux de contaminants acceptables dans l'hydrogène utilisé pour les piles à combustible. Un contrôle continu de la pureté de l'hydrogène garantit sa conformité à ces normes, prévient la dégradation des performances et optimise le rendement de la pile à combustible.
Considérations de sécurité supplémentaires : Installation et intégrité du système
Outre les impératifs de pureté, des mesures spécifiques de sécurité d'installation et d'intégrité du système sont également essentielles pour le stockage et la distribution de l'hydrogène dans les systèmes de piles à combustible. Un système de détection de fuites doit être installé afin d'identifier toute fuite dans l'alimentation en hydrogène, qui pourrait engendrer de graves risques pour la sécurité. De plus, l'inertage (c'est-à-dire l'ajout d'un gaz inerte pour réduire le risque de combustion) peut être utilisé pour protéger le système contre les risques d'inflammation accidentelle.
Quels analyseurs sont utilisés pour détecter la pureté de l'hydrogène destiné aux piles à combustible ?
Pour maintenir le niveau de pureté de l'hydrogène requis pour le fonctionnement de la pile à combustible, divers analyseurs avancés sont utilisés pour détecter et éliminer les contaminants avant que l'hydrogène ne pénètre dans la pile à combustible.
| Article de mesure | Application | Produit recommandé |
| Humidité (H2O) | Un analyseur d'humidité détecte la vapeur d'eau présente dans l'hydrogène afin de garantir que celui-ci est suffisamment sec pour le fonctionnement de la pile à combustible, évitant ainsi les pertes d'efficacité et les dommages aux composants de la pile. | CI-AM171\ CI-PC35-2 |
| Pureté de l'hydrogène (H2) | Les analyseurs de pureté fournissent des données en temps réel sur la qualité globale de l'hydrogène, garantissant ainsi sa conformité aux normes de pureté pour les applications de piles à combustible, telles que la norme GB/T 37244-2018 « Spécifications du carburant pour véhicules à pile à combustible à membrane échangeuse de protons – Hydrogène » et la norme ISO 14687:2019(E). Ceci assure un fonctionnement efficace des piles à combustible sans risque de contamination. | Chromatographe CI-551-2, CI-PC9280-PDHID |
| Oxygène (O2) | L'analyseur d'oxygène surveille en permanence la présence d'oxygène dans l'hydrogène afin de garantir que les niveaux d'oxygène restent dans les limites acceptables et d'éviter l'empoisonnement du catalyseur. | CI-PC95-2\ CI-PC951-2\ CI-PC935 |
| Monoxyde de carbone (CO) | Les analyseurs de monoxyde de carbone sont essentiels pour détecter les traces de monoxyde de carbone, prévenir l'empoisonnement des catalyseurs de platine dans les piles à combustible et maintenir un rendement élevé. | Chromatographe CI-PC21\ CI-PC9280-PDHID |
| Dioxyde de carbone (CO2) | La détection de traces de dioxyde de carbone dans l'hydrogène destiné aux piles à combustible est une mesure essentielle pour garantir un fonctionnement efficace et stable et prolonger la durée de vie de ces piles. | Chromatographe CI-PC21\ CI-PC9280-PDHID |
| CnHm\CH4 | Les composés hydrocarbonés peuvent subir des réactions d'oxydation à l'intérieur des piles à combustible, produisant du dioxyde de carbone et de l'eau. Ceci dilue la concentration en hydrogène et réduit la puissance de sortie des piles à combustible, et peut également contaminer ou empoisonner le catalyseur. | Chromatographe CI-PC9001\ CI-PC61\ CI-PC9260\ CI-PC9280-PDHID |
| Azote | La détection de la teneur en azote permet d'évaluer la pureté de l'hydrogène ; des concentrations élevées d'azote peuvent diluer la concentration d'hydrogène et réduire la puissance de sortie de la pile à combustible, garantissant ainsi un fonctionnement optimal de celle-ci. | Chromatographe CI-PC9280-PDHID |
| (N2) | ||
| Ammoniac (NH3) | La détection de traces d'ammoniac dans l'hydrogène destiné aux piles à combustible est essentielle pour la protection du catalyseur, le maintien des performances de la pile à combustible, la garantie de sécurité et le contrôle de la qualité. | CI-PC62 |
Applications de production d'hydrogène
● Mesure de la concentration d’hydrogène injecté dans les gazoducs (pour le transport – ici, il s’agit du scénario où l’hydrogène est transporté par gazoducs) ;
● Mesurer la pureté/qualité de l'hydrogène stocké afin de prévenir la contamination des piles à combustible ;
● Mesure du reformage du méthane à la vapeur (SMR), de la pyrolyse du méthanol et de la production d'oxygène à partir du gaz de four à coke ; détection et contrôle de la qualité pour les procédés de purification de l'hydrogène gris et de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau ;
● Sécurité et pureté du stockage de l'hydrogène.
