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Hydrogène : quels sont les défis technologiques ?

L’utilisation de l’hydrogène en industrie n’est pas une nouveauté. Nous constatons toutefois qu’un nouveau marché s’ouvre, avec un changement d’échelle significatif. De nombreux industriels se lancent dans l’aventure et sont actuellement en quête de solutions pour assurer le transport, le stockage ou encore la distribution de l’hydrogène.

De nombreuses entreprises, aidées par les plans de financement gouvernementaux européens, voire nationaux, sont aujourd’hui en recherche de solutions techniques pour répondre aux différentes problématiques liées à cet élément chimique. Nicolas Villemain, responsable commercial chez Parker, déclare : « De grands groupes cherchent des solutions pour exploiter l’hydrogène. De nouveaux acteurs s’intéressent aussi à ce marché, comme des start-up, des laboratoires de recherche ou des gigafactories. Il est donc l’heure de se pencher sur les questions essentielles : comment produire l’hydrogène ? Comment le transporter ? Comment l’utiliser ? Nous nous préparons à fournir des composants dédiés à des sites de production qui produiront de l’hydrogène en quantités très importantes. » Parker Hannifin, avec sa large gamme de produits et son expérience, est prêt à relever les grands défis de ce marché en plein développement. L’hydrogène est un nouveau vecteur d’énergie, représentant une solution innovante et écologiquement attrayante.

Compression de l’hydrogène

L’hydrogène peut être produit à partir d’électrolyseurs : à ce stade, les installations intègrent des tuyaux de diamètres importants, avec des pressions relativement basses, jusqu’à 30 bars. Une fois l’hydrogène produit, celui-ci n’est que rarement consommé sur site et il est alors nécessaire de le transporter. Il peut l’être vers des industries lourdes ou des stations-service via des pipelines ou des camions. « L’hydrogène est une petite molécule, mais qui occupe beaucoup d’espace, précise Nicolas Villemain. Pour que son transport soit intéressant, il est indispensable de comprimer cet hydrogène, à 350, 550, 700  voire 1 000 bars. Il s’agit d’une pression très élevée que les équipements en place devront être en mesure de supporter. »

Particularité à prendre en compte

Pour des systèmes contenant de l’hydrogène sous pression, une particularité est à prendre en considération. La molécule de dihydrogène (H2) est extrêmement petite et peut se dissoudre dans certains matériaux, pour former des « bulles ». Sous pression, ces cavités peuvent fragiliser et fissurer les métaux. Cela peut alors entraîner une fragilisation rapide des installations. Les industriels doivent donc adapter leurs structures existantes. « Par le fait que l’hydrogène soit difficile à contenir, due à la petite taille de ses molécules, les fuites peuvent poser de sérieux problèmes de sécurité. Compliquées par l’inflammabilité importante de l’hydrogène, celles-ci peuvent rapidement devenir très dangereuses. Avec une pression de 700 bars, des fissures peuvent rapidement apparaître et des pièces métalliques pourraient accidentellement éclater : il est donc indispensable d’utiliser des matériaux adaptés, de qualité et résistants pour éviter les accidents. » Une question reste aujourd’hui en suspend à cet égard : quels sont les taux de fuite acceptables ? « Il s’agit d’un vrai sujet de discussion avec nos clients, précise Marc Mendowski. De plus, les fuites causent des pertes d’une partie de la production et peuvent rendre un système plus difficilement viable économiquement. »

Parker propose des solutions pour la production, le stockage, le transport et la distribution de l’hydrogène.

 

Maintenir la fiabilité dans le temps

Il est indispensable d’éviter au maximum les fuites sur un système hydrogène. Beaucoup d’industriels utilisent encore des connexions comme le NPT, jugées trop rudimentaires pour ce type d’application. « Aujourd’hui, par manque d’expérience, les premiers systèmes moyenne et haute pression contenant des tubing vannes et raccords présentent beaucoup trop de points de fuite. Les vannes ont des connexion NPT au lieu d’utiliser des vannes avec raccords intégré. Il est important que nos clients rédigent des spécifications techniques pour réduire les nombres de points de fuite au maximum. » L’hydrogène est loin d’être simple à gérer et il faut réduire les fuites et sélectionner soigneusement les matières à utiliser pour assurer que le système soit fiable, rentable et sûr.

Températures et vibrations

Les industriels doivent bien prendre en compte les problèmes liés à la température de l’hydrogène. En effet, lorsque l’on détend un gaz, celui-ci tend normalement à se refroidir. En revanche, dans le cas de l’hydrogène, l’effet « Thomson » s’applique : lorsque le gaz se détend, il se réchauffe. Il s’agit d’un cas particulier qui doit être anticipé et compris dans les installations. La vibration doit aussi être prise en compte. « Certains de nos clients rencontrent des problèmes de vibrations et doivent vérifier chacune des connexions une fois par mois, explique Nicolas Villemain. Les raccords Autoclave Engineers doivent utiliser l’option anti-vibrations pour palier les problèmes de vibrations. D’autres raccords double bague comme le MPI sont, par design, adaptés aux applications avec vibrations. » Il est important d’intégrer aux installations des raccords avec anti-vibrations, qui ne se dévisseront pas.

Raccord Autoclave anti-vibrations

Les équipements de Parker

Parker est présent à tous les stades de l’hydrogène, de la production jusqu’au stockage, en passant par la distribution, pour des industriels ou des stations-service de particuliers. « Nous avons énormément travaillé sur la requalification des produits existants dans notre gamme, explique Marc Mendowski. Nous développons dans le même temps de nouveaux produits dédiés à ce secteur. » Parker est capable de proposer des équipements pour la production, le refroidissement, l’étanchéité, la purification, etc. Son offre est variée : Parker peut par exemple proposer des raccords hautes (Autoclave Engineers, MPI, Phastite, etc.) ou basses pressions et a même développé sa propre technologie de joints en polymère pour des applications hydrogène. Le constructeur a aussi développé un clapet anti-retour 1 034 bars avec un ressort et une vanne à pointeau de qualité idéale pour travailler avec l’hydrogène (Certifié ISO 19880-3). « Notre technologie permet de garantir 40 000 cycles contre 10 000 cycles avec des solutions standards. » Parker propose aussi des flexibles adaptés, de diamètre intérieur à 6,4 mm.

Parker sera présent au salon Hyvolution à Paris, Porte de Versailles, les 1er et 2 février 2023.

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