ETUDE D'UNE INSTALLATION DE PRODUCTION D'HYDROGENE SOLAIRE PAR L'ELECTROLYSE DE L'EAU

Belkhir NEGROU+, Noureddine SETTOU*, Nasreddine CHENNOUF et Boubekeur DOKKAR

   Laboratoire de Valorisation et de Promotion des Ressources Sahariennes (VPRS)

 Université Kasdi Merbah Ouargla,

 

 RÉSUMÉ : L’hydrogène est considéré comme le porteur potentiel d’énergie du futur. On entend par hydrogène solaire, l’hydrogène produit en utilisant les énergies renouvelables, particulièrement l’énergie solaire. La présente étude concerne une installation assurant la production d’hydrogène par électrolyse de l'eau  dont les ressources énergétiques sont solaires. L’alimentation en électricité se faite par une cheminée solaire de façon très simple, écologique, et bon marché. Nous posons les équations décrivant le comportement énergétique et électrique de l'électrolyse de l'eau et la cheminée solaire. Le taux de production d’hydrogène est déterminé pour des valeurs différentes du rayonnement solaire et pour différents sites du pays.

  MOTS-CLÉS : Production d'hydrogène, Energie solaire, cheminée solaire, Electrolyse de l'eau

  1. Introduction

 L'hydrogène est considéré comme le combustible du futur, sa production est actuellement assurée principalement par reformage du gaz naturel [1]. L’électrolyse de l’eau pour la production de l’hydrogène est le procédé le plus répandu et le plus prisé. L’utilisation de l’énergie solaire dans les procédés d’électrolyse s’avère la méthode la plus rentable et la plus protectrice de l’environnement. Certains envisagent aussi sa production grâce à l'électricité nucléaire durant les heures creuses; c'est donc une sorte de stockage de l’énergie. Quant à son usage, il peut être soit comme combustible pour les moteurs thermiques, soit pour produire l'électricité par les piles à combustible [2]. Ces derniers auront un rôle à jouer dans les transports futurs suite à l'épuisement du pétrole. Compte tenu des perspectives prometteuses des piles à combustibles et des moteurs thermiques à hydrogène, un système d’énergie à hydrogène peut alors être proposé comme solution de remplacement ou tout au moins complémentaire, du système d’énergie actuel [3]. Pour rappel, le procédé électrolytique consiste à dissocier l’eau en hydrogène et en oxygène au moyen d’un courant électrique continu traversant un électrolyte disposé entre deux électrodes. Dans le but d’une meilleure production d’hydrogène, trois principaux types d’électrolyseurs font l’objet de nombreuses recherches [4,5]; les électrolyseurs alcalins, à membrane et à très haute température. Le système proposé est celui de l'électrolyseur alcalin où l’électricité est produite par une cheminée solaire. Un schéma synoptique du système est donné par la figure 1.

 2. Conception de l'installation de production d'hydrogène

 L’installation de production d’hydrogène est composée principalement de trois parties:

 ·         L’électrolyseur de l'eau type alcalin.

 ·         Un système de pompage pour obtenir de l'eau utilisée dans l'électrolyseur (aux conditions de fonctionnement).

 ·         Une cheminée solaire assurant l'alimentation en électricité pour le système de pompage et l'électrolyseur de l'eau.

    2. 1. Simulation de la cheminée solaire

 La cheminée solaire est constituée de trois composantes principales : la serre chaude (le collecteur solaire), la cheminée qui est une longue structure tubulaire et la turbine éolienne. Ces trois éléments essentiels ont été familiers depuis un temps immémorial, mais la cheminée solaire les combine dans un nouveau système de fonctionnement, le collecteur est ouvert à la périphérie pour introduire l’air frais qui sera chauffé par les rayons solaires, sous l’effet de serre, où la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur produit un gradient de la masse volumique de l’air interne qui se relève ; une turbine éolienne est mise dans la trajectoire de l’écoulement de l’air pour convertir l’énergie cinétique en énergie mécanique, et le générateur, entraîné par la turbine convertit l’énergie mécanique en énergie électrique (figure 2) [6].