La production d'hydrogène par électrolyse alcaline est une technologie relativement mature. Sûre et fiable, avec une durée de vie de 15 ans, la pile alcaline est largement utilisée commercialement. Son rendement se situe généralement entre 42 % et 78 %. Ces dernières années, des progrès ont été réalisés dans ce domaine, notamment en termes de rendement et de réduction des coûts d'exploitation liés à la consommation d'électricité. Par ailleurs, la densité de courant a augmenté, ce qui a permis de diminuer les coûts d'investissement.
Le principe de fonctionnement d'un électrolyseur alcalin est illustré sur la figure. La pile est constituée de deux électrodes séparées par une membrane étanche. L'ensemble est immergé dans une solution d'électrolyte liquide alcalin à forte concentration (KOH, 20 à 30 %) afin d'optimiser la conductivité ionique. Les solutions de NaOH et de NaCl peuvent également être utilisées comme électrolytes, mais elles sont moins courantes. Leur principal inconvénient réside dans leur caractère corrosif. La pile fonctionne à une température comprise entre 65 °C et 100 °C. La cathode produit de l'hydrogène, et les ions OH⁻ ainsi formés circulent à travers la membrane jusqu'à l'anode, où ils se recombinent pour former de l'oxygène.
Les cellules électrolytiques alcalines de pointe sont adaptées à la production d'hydrogène à grande échelle. Celles fabriquées par certains constructeurs présentent une capacité de production d'hydrogène très élevée (500 à 760 Nm³/h), pour une consommation électrique correspondante de 2150 à 3534 kW. En pratique, afin d'éviter la formation de mélanges gazeux inflammables, le rendement en hydrogène est limité entre 25 % et 100 % de sa valeur nominale, la densité de courant maximale admissible est d'environ 0,4 A/cm², la température de fonctionnement se situe entre 5 et 100 °C et la pression électrolytique maximale est proche de 2,5 à 3,0 MPa. Une pression électrolytique trop élevée entraîne une augmentation des coûts d'investissement et du risque de formation de mélanges gazeux dangereux. Sans dispositif de purification auxiliaire, la pureté de l'hydrogène produit par électrolyse en cellule alcaline peut atteindre 99 %. L'eau d'électrolyse doit être pure afin de protéger les électrodes et d'assurer un fonctionnement sûr ; sa conductivité doit être inférieure à 5 S/cm.
Date de publication : 2 février 2023