Qu’est-ce qu’un générateur d’hydrogène ?
Un générateur d’hydrogène est un appareil qui génère de l’hydrogène gazeux.
Ce dispositif permet d’utiliser l’hydrogène gazeux sans avoir recours à des bouteilles de gaz. Ce type d’hydrogène est largement utilisé dans les instruments d’analyse et d’autres applications expérimentales, ainsi que comme carburant pour les véhicules à pile à combustible.
Utilisations des générateurs d’hydrogène
L’hydrogène gazeux est utilisé dans un large éventail d’utilisations, allant de la recherche à l’usage général en passant par l’industrie.
1. Dans le domaine de la recherche
L’hydrogène gazeux est souvent utilisé comme gaz vecteur ou combustible dans la chromatographie en phase gazeuse (CPG). En particulier, il sert souvent de gaz combustible pour les détecteurs d’ions de flamme (FID) à hydrogène.
2. Dans le domaine industriel
L’hydrogène gazeux est souvent utilisé dans la fabrication de produits. On s’en sert typiquement lors de la désulfuration des produits pétroliers, dans les matières premières pour la synthèse de l’ammoniac et en tant que source d’hydrogène pour la synthèse du diamant ainsi que du silicium en couches minces par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) dans un plasma à micro-ondes. Les brûleurs utilisant un mélange gazeux d’hydrogène, d’oxygène et d’air sont utilisés dans diverses situations car ils forment une flamme stable à haute température et ne sont pas contaminés par la suie.
Parmi les autres utilisations prometteuses, citons en premier une méthode de nettoyage des plaquettes de silicium utilisant de l’hydrogène dissous dans de l’eau ultrapure. Citons en seconde l’application pratique de la technologie de fabrication de fer à base d’hydrogène, qui permet de réduire les émissions de dioxyde de carbone.
3. Carburant et autres applications
L’hydrogène gazeux est utilisé dans les piles à combustible pour les automobiles et les batteries domestiques, ainsi que dans les moteurs à hydrogène pour les installations de production d’énergie et les moteurs à combustion interne pour les automobiles. il devrait contribuer à la réalisation d’une société neutre en carbone.
4. Dans un usage général
Les inhalateurs d’hydrogène gazeux sont utilisés dans des secteurs tels que les cosmétiques, la médecine, le sport et la détente.
Principe des générateurs d’hydrogène
Les générateurs peuvent être divisés en plusieurs types selon la méthode utilisée pour produire l’hydrogène gazeux.
1. Électrolyse de l’eau
L’oxygène et l’hydrogène peuvent être extraits par électrolyse de l’eau. L’efficacité de cette méthode est très faible lorsque l’on utilise de l’eau pure et n’est pas adaptée à la production de grandes quantités. L’efficacité est donc généralement augmentée en utilisant des électrolytes tels que l’hydroxyde de potassium ou des électrolytes polymères solides, ou en utilisant des membranes d’échange d’ions. Dans certains cas, l’hydrogène gazeux produit est accompagné d’un système de purification contenant un catalyseur tel que le palladium, dans le but d’améliorer la pureté de l’hydrogène gazeux.
La production d’hydrogène gazeux par électrolyse n’est pas adaptée à la production de masse car elle nécessite de l’électricité. Elle se caractérise toutefois par le fait qu’elle peut continuer à être produite en quantités constantes et stables tant que la matière est de l’eau pure. De plus, le générateur d’hydrogène lui-même est compact. Il est donc utilisé à des fins de recherche et pour une utilisation à l’intérieur, comme pour un usage général.
2. Reformage à la vapeur
Le reformage à la vapeur implique la réaction de l’eau et des hydrocarbures par pulvérisation. Pour ce faire, de la vapeur chaude est vaporisée sur des hydrocarbures ou du charbon en présence d’un catalyseur pour obtenir de l’hydrogène comme gaz après la réaction. Le carbone des hydrocarbures se combine ainsi à l’oxygène de l’eau pour former du monoxyde de carbone. De ce fait, l’hydrogène moléculaire est séparé à la fois des hydrocarbures et de l’eau.
Par conséquent, hydrogène produit par le reformage à la vapeur contient de nombreuses impuretés. Il est donc purifié en utilisant, par exemple, la méthode d’adsorption par fluctuation de pression (PSA).
Le reformage à la vapeur est utilisé industriellement pour produire de l’hydrogène gazeux, car il permet de le produire efficacement en grandes quantités, malgré la taille importante de l’équipement lui-même.
Il existe plusieurs autres méthodes de production d’hydrogène gazeux, mais les deux types ci-dessus sont les plus courants.
Autres informations sur les générateurs d’hydrogène
1. Avantages des générateurs d’hydrogène par rapport aux bouteilles de gaz
Les générateurs d’hydrogène présentent deux avantages par rapport aux bouteilles de gaz : le risque de fuite de gaz est réduit et les bouteilles de gaz n’ont pas besoin d’être remplacées.
Réduction du risque d’accident dû à une fuite d’hydrogène gazeux
L’hydrogène est un gaz inflammable qui peut provoquer une explosion s’il s’enflamme lorsqu’il est mélangé à l’oxygène de l’air. Comme il est plus léger et plus diffus que l’air, son risque d’explosion est faible à l’extérieur ou dans des pièces bien ventilées. Cependant, dans une petite pièce mal ventilée, il existe un risque d’explosion si la proportion d’hydrogène dans l’air dépasse 4 % en raison d’une fuite d’une bouteille de gaz. Il existe également, bien que moins probable, un risque d’asphyxie à l’intérieur.
En utilisant des générateurs d’hydrogène, il est possible de ne produire que la quantité de gaz nécessaire. De plus, comme l’équipement est installé de manière à ce que l’excès de gaz soit évacué, les risques susmentionnés sont considérablement réduits et l’équipement peut être utilisé de manière relativement sûre.
Pas besoin de remplacer les bouteilles de gaz
Les générateurs d’hydrogène ne doivent pas être remplacés une fois installés. Cela élimine la nécessité de les transporter par camion pour les remplacer, comme c’est le cas pour les bouteilles de gaz. Cela réduit ainsi les coûts d’exploitation et les émissions de dioxyde de carbone.
2. Potentiel renouvelable de la production d’hydrogène
L’hydrogène est considéré comme une source d’énergie propre car la seule substance émise lors de l’utilisation de l’hydrogène est l’eau, sans émission de dioxyde de carbone ou d’autres substances nocives.
Cependant, dans la situation actuelle, le dioxyde de carbone et d’autres substances sont émis lors de la production et du transport de l’hydrogène gazeux de la même manière qu’auparavant. Afin de l’utiliser comme une énergie propre au sens propre du terme, la somme totale de toutes les émissions de dioxyde de carbone doit être maintenue en dessous de zéro. Cela, depuis le transport des matières premières jusqu’à la production et à la consommation. L’hydrogène produit de cette manière est connu sous le nom d'”hydrogène vert” et attire l’attention en tant que source d’énergie totalement propre.
En installant le générateur à l’endroit où il doit être utilisé, il est possible d’éliminer le besoin de transport de l’hydrogène gazeux de la post-production à la consommation. Si, en plus, les émissions de dioxyde de carbone sont réduites à zéro pendant la production d’hydrogène, la production d’hydrogène vert est réalisable.
L’hydrogène vert est produit en utilisant de l’électricité produite à partir de sources d’énergie renouvelables, telles que l’énergie solaire et éolienne, pour produire de l’hydrogène par électrolyse. Il peut également être produit par reformage à la vapeur à partir de la biomasse. Il est toutefois moins adapté à la production à grande échelle en raison du coût élevé de la collecte des matières premières.
Bien qu’encore en phase de recherche, la pyrolyse de l’eau et du méthane et la photosynthèse artificielle sont également considérées comme des méthodes possibles de production d’hydrogène vert.