Hydrogène : Areva H2Gen inaugure la première usine de production d'électrolyseurs PEM en France

Areva H2Gen, co-entreprise née en 2014 de l’alliance de trois partenaires, l’Ademe, Areva, et Smart Energies, a inauguré le 24 juin 2016 une usine de fabrication d’électrolyseurs PEM aux Ulis (92), la première en France ! A partir d’eau et d’électricité, un électrolyseur produit de l’hydrogène. Aussi est-il une brique essentielle du développement de la mobilité hydrogène ou du « Power to gas ». La nouvelle génération d’électrolyseurs PEM est particulièrement bien adaptée à ces nouveaux secteurs.

Fabien Auprêtre, directeur R&D d’Areva H2Gen, répond à nos questions sur les enjeux liés au développement de la technologie.

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Hydrogène : Areva H2Gen inaugure la première usine de production d'électrolyseurs PEM en France
Dans l'usine d'Areva H2Gen, aux Ulis (92)

Industrie & Technologies : Depuis quand est développée la technologie d'électrolyseur PEM ?

Fabien Auprêtre : Le développement de la technologie PEM (proton exchange membrane, ou électrolyse à membrane à échange de protons) date des missions Appolo, dans les années 1960. En raison de leurs coûts, les premiers électrolyseurs PEM ont été utilisés uniquement dans le spatial et le militaire jusqu’au début des années 2000. Les développements pour d’autres usages datent de cette période et la technologie est transposée sur les marchés industriels depuis 2010.

I&T : Quels sont ses avantages face à la technologie alcaline existante ?

F.A : Les électrolyseurs PEM sont des moyens de production d’hydrogène flexibles, qui peuvent être pilotés à la demande, en raison de leur bien meilleure capacité à changer de point de fonctionnement que la technologie alcaline. Ils peuvent s'adapter à la seconde aux variations de puissance électrique. La technologie alcaline est connue et utilisée depuis longtemps mais nécessite une mise en chauffe. Il faut attendre un quart d’heure pour les plus optimisées avant qu’elles ne fournissent de l’hydrogène quand on leur demande. Physiquement, la principale différence entre les deux est l'absence d'électrolyte liquide dans la technologie PEM. Cela lui permet d'être plus compacte, plus simple d’utilisation, et plus fiable, et aussi de produire de l’hydrogène à plus haute pression.

Si je devais me projeter sur des dizaines d’années, je dirais que la PEM pourrait remplacer définitivement la technologie alcaline, qui n’est pas adaptée aux nouveaux enjeux de l’hydrogène – énergie. Mais l’alcalin est bien installé dans le secteur industriel et nécessite des matériaux moins coûteux. Nous sommes, Areva H2Gen, compétitifs grâce à l'architecture originale d'empilement des cellules d'électrolyse.

I&T : Quels marchés Areva H2Gen va-t-il adresser ?

F.A : Notre usine est dimensionnée pour produire une quarantaine d’électrolyseurs par an, de 25 kW jusqu’à 1 à 2 MW. L’idée n’est donc pas de faire beaucoup d’unités mais des unités de forte puissance. Demain, nous pourrons développer des électrolyseurs jusqu’à plusieurs dizaines de MW. Nous avons des concurrents en Amérique du Nord, un en Allemagne et un au Royaume-Uni. Mais nous serons les seuls à adresser les deux marchés de l’industrie et de l’énergie. Le marché de l’industrie d’une part, par exemple pour la production de verre plat, la métallurgie, ou encore dans les centrales électriques où l’hydrogène est utilisé pour refroidir des alternateurs de plus de 150 MW. C’est un marché de 50 à 100 millions d’euros.

Nous adressons aussi le marché de l’hydrogène comme vecteur énergétique. C’est le plus prometteur, qui pourrait se chiffrer de 1 à 5 milliards d’euros, mais est encore en phase de démonstration. Il comprend la mobilité à l’hydrogène, le stockage de l’électricité renouvelable et la stabilisation du réseau.

I&T : Quels sont les drivers de développement de la technologie dans le secteur industriel ?

F.A : L’industrie est un marché de niche assez conservateur aujourd’hui servi principalement par des électrolyseurs alcalins. Mais la technologie PEM commence à y prendre des parts de marché. Nous visons d’abord les pays en voie de développement où il n’y a pas de réseau gazier bien établi, comme le Moyen Orient ou l’Afrique. L’électrolyseur devient alors le moyen de produire l’hydrogène nécessaire selon ses besoins.

Dans les pays où le réseau gazier est bien établi, il y a un facteur 3 en termes de prix entre l’hydrogène produit traditionnellement par reformage et celui produit par électrolyse. Mais en retour, le reformage produit 9 tonnes de CO2 par tonne d’hydrogène produite. Or les industriels, comme les raffineries, pourraient être intéressés par un hydrogène à faible contenu de CO2. Cela dépend du prix que l’on donne au CO2. Il doit être aux alentours de 90 euros la tonne pour commencer à avoir un réel intérêt.

I&T : Et dans le secteur énergétique ?

F.A : Nous misons sur le développement de la production des énergies renouvelables et de la mobilité hydrogène ! Dans le premier cas, l’intérêt de l'électrolyseur est de prendre l'électricité quand il y a trop de production pour le stocker sous forme d'hydrogène. Dans le second, un électrolyseur fournit l'hydrogène à une ou plusieurs stations hydrogène. Nous concevons ainsi un électrolyseur pour le site de Braley en Aveyron, où sera installée la plus grosse station hydrogène d'Europe. Elle fera 700 kW, pourra délivrer 140 Nm3/h d’hydrogène et sera utilisée par une flotte captive de camions bennes roulant à l’hydrogène.

Typiquement, un électrolyseur de 600 kW a une capacité de production de 120 Nm3/h d'hydrogène jusqu'à 35 bars. Soit en un an la quantité d'hydrogène qui permettrait à 50 véhicules de parcourir 20 000 km. Areva H2Gen a choisi de développer son offre produit sur la base d'un concept "tout en un" qui intègre toutes les fonctions de refroidissement, de purification, et de pilotage afin de simplifier au maximum l'installation de ses systèmes.

L'ensemble a la taille d'un conteneur de 12 mètres de long (photo à gauche). A l'intérieur, l'électrolyseur correspond à un empilement de cellules d'électrolyse de 1,2 kW chacune, dont le nombre détermine la puissance de l'électrolyseur (photo à droite de quarante cellules empilées dans un "stack" de 50 kW).

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