Comment McPhy veut industrialiser l’électrolyse alcaline pour produire de l'hydrogène décarboné à coût réduit

L'électrolyseur de 2 mégawatts au cœur de l'usine de production d'hydrogène décarboné inaugurée le 12 juin par Apex Energy en Allemagne ne représente qu'une étape pour McPhy. Le français mise sur la maturité de l'électrolyse alcaline pour faire passer cette technologie à l'échelle industrielle et réduire le coût de production de l'hydrogène vert.

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Comment McPhy veut industrialiser l’électrolyse alcaline pour produire de l'hydrogène décarboné à coût réduit
Electrolyseur de grande capacité de McPhy.

Produire de l’hydrogène zéro-carbone à grande échelle pour aider à décarboner l’industrie, voilà le défi que s'est donné McPhy. Son électrolyseur de 2 mégawatts (MW) au cœur de l'usine de production d'hydrogène zéro-carbone inaugurée par Apex Energy le 12 juin à Laage, en Allemagne, ne représente qu'une étape.

« Nous avons plusieurs projets de 1 à 2 MW, mais nous travaillons au développement d’électrolyseur de plus grande capacité », expose Laurent Carme, directeur général de McPhy, interrogé par Industrie & Technologies.

Alimenté à partir d'électricité d'origine renouvable, l'électrolyseur de 2 MW installé à Laage permettra déjà à Apex Energy de produire 300 tonnes d'hydrogène par an sans émission de CO2, qui serviront à fournir électricité et chaleur au siège social de l'entreprise et à une zone commerciale. Mais il faut voir plus grand pour un hydrogène vert moins cher.

Viser des électrolyseurs de 20, voire 100 MW

« Notre objectif est de réduire les coûts de production de l’hydrogène à travers des effets d’échelle. Si on veut produire de l’hydrogène zéro-carbone compétitif, il faut développer des systèmes de capacité beaucoup plus importante, c’est-à-dire des électrolyseurs de 20 MW, voir 100 MW et plus », avance Laurent Carme.

Pour de tels projets à grande échelle, McPhy compte s'appuyer sur la technologie la plus répandue dans l'industrie et qu'il utilise déjà : l’électrolyse alcaline. Cette technologie est certes moins innovante que sa concurrente, l’électrolyse à membrane échangeuse de protons (Proton Exchange Membrane, ou PEM) qui utilise un électrolyte solide et est réputée pour avoir un meilleur rendement.

Une technologie plus mature que le PEM

Mais « le PEM n’est pas arrivé à une maturité suffisante pour inspirer confiance aux industriels sur les projets de grande taille, pointe Laurent Carme. Quand, en tant que développeur sur des projets de taille extrêmement massive, on assume tous les risques classiques liés à la gestion d’un projet industriel, on évite de se rajouter en plus un risque technologique »,

Surtout, « l’électrolyse alcaline était bien connue, on est désormais en mesure de l’industrialiser pour dégager des revenus et faire baisser les coûts de production », assure le dirigeant.

L’électrolyse alcaline utilise généralement une solution d’hydroxyde de potassium dans laquelle sont plongées deux électrodes. Le courant électrique qui circule entre les deux, porté par les ions hydroxydes, décompose les molécules d'eau par oxydoréduction pour produire de l'oxygène à l'anode et, à la cathode, de l'hydrogène qui sera ensuite purifié et stocké. « Il n’y a absolument aucune émission de CO2 durant le procédé», précise Laurent Carme. Voilà pour le principe.

Augmenter la puissance sans être trop encombrant

« Là où ça devient plus compliqué, c’est quand on veut augmenter la taille », résume le dirigeant. L’un des défis imposés par cette technologie est de maximiser la puissance de l’électrolyseur tout en minimisant l’empreinte au sol. Dans sa gamme McLyzer d’électrolyseurs de grande capacité, McPhy place le stack – l’ensemble des électrodes qui interviennent dans la production d’hydrogène – sous une pression de 30 bars. « Cela permet d’améliorer les performances des équipements, et surtout de les rendre plus compacts. Plus le stack prend de place, plus on a besoin d’équipement, plus le système coûte cher ».

Autre facteur de compacité : la densité énergétique des électrodes. « On a fait un saut technologique, en doublant la densité énergétique des électrodes. Aujourd’hui, deux électrodes suffisent pour atteindre 2 MW, quand il en fallait quatre il y a deux ans », se félicite Laurent Carme. La progression vient des métaux utilisés, mais aussi de l’agencement des différentes couches du système. « On va aller vers des stacks de plus en plus gros mais avec des performances énergétiques qui s’améliorent. »

Rendement et durabilité de l'alcalin

Au final, McPhy revendique presque égaler pour ses installations le niveau d'empreinte au sol de la technologie PEM, a priori plus compacte : « Le PEM utilise environ 40 m²/MW, et nous, nous sommes aux alentours de 45 m²/MW grâce aux opérations de pressurisation. »

Le français met en avant deux autres atouts du procédé alcalin : efficacité énergétique et durabilité. « Avec notre procédé, nous consommons environ 55 kWh/kg d’hydrogène produit, avec le PEM, nous serions aux alentours de 58 à 60 kWh/kg, ce qui est extrêmement dommageable. » Quant à la durée de vie des stacks, elle atteint 80 000 heures pour l’alcalin contre 40 000 heures pour le PEM, selon Laurent Carme, qui résume : « Avec l’alcalin, l’exploitant devra changer le stack une fois tous les vingt ans. » Un argument de poids pour se lancer dans la production du gaz léger.

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