Le marché des électrolyseurs, crucial pour la production d’hydrogène vert, a traditionnellement été dominé par quatre grands types :

  • Membrane échangeuse de protons (PEM)
  • Membrane échangeuse d’anions (AEM) et, dans une certaine mesure,
  • Cellules d’électrolyseur à oxyde solide (SOEC)

Bien que ces technologies aient joué un rôle essentiel dans la croissance de la production d’hydrogène, on a assisté à l’émergence de start-ups pionnières dans des approches innovantes qui répondent aux limites inhérentes à ces systèmes traditionnels.

Parmi ceux-ci se trouvent Nouvelle trace et Ionique avancéeproposant de nouvelles solutions technologiques d’électrolyseur dans l’espoir de révolutionner le paysage de la production d’hydrogène.

Briser les barrières : membranes fragiles et métaux coûteux

Les électrolyseurs traditionnels utilisent des membranes pour séparer l’hydrogène et l’oxygène, mais ces membranes sont fragiles et coûteuses. Les électrolyseurs PEM et AEM, en particulier, ont besoin de métaux rares comme le platine et l’iridium, qui sont coûteux et difficiles à trouver.

Newtrace, l’un des groupes Cleantech Asie-Pacifique 25 Newtrace, une société spécialisée dans la fabrication de produits chimiques, s’attaque à ces problèmes grâce à son électrolyseur sans membrane. En utilisant des techniques avancées d’ingénierie des fluides, Newtrace dirige le flux d’eau de manière à empêcher les gaz de se mélanger, éliminant ainsi le besoin d’une membrane. Cela simplifie le système, améliore sa durabilité et réduit les coûts de maintenance. Newtrace utilise également des électrocatalyseurs à base de métaux de transition au lieu de métaux rares, ce qui réduit considérablement les coûts et atténue les risques liés à la chaîne d’approvisionnement.

Leur électrolyseur est couplé à un logiciel de gestion du système pour optimiser les performances avec une surveillance en temps réel. Cela permet d’éviter les temps d’arrêt grâce à des analyses prédictives et d’intégrer l’électrolyseur aux sources d’énergie pour optimiser la production d’hydrogène.

Représentation schématique de Newtrace du rôle joué par l’analyse dans les systèmes d’électrolyse

Source : Newtrace

Améliorer l’efficacité et réduire les coûts

L’efficacité et le coût sont des obstacles permanents sur le marché des électrolyseurs. Les SOEC, tout en offrant une efficacité élevée et de faibles coûts d’exploitation, souffrent de dépenses d’investissement élevées. À l’inverse, d’autres systèmes comme les AEM ont des dépenses d’investissement plus faibles mais sont moins efficaces.

Advanced Ionics, soutenu par BP et ARPA-E, a proposé une solution intermédiaire : un électrolyseur en phase vapeur à température moyenne qui fonctionne à environ 300° C. L’objectif est de combiner les avantages d’efficacité des SOEC avec les coûts d’investissement inférieurs des systèmes AEM. Leur technologie de cellule Symbion fusionne les aspects des électrolyseurs à oxyde solide et alcalin, éliminant ainsi le besoin de membranes. La conception réduit non seulement la complexité, mais améliore également la durabilité globale de l’électrolyseur, ce qui en fait une option viable pour les industries lourdes comme la production d’ammoniac et de méthanol, la fabrication d’acier et la synthèse Fischer-Tropsch.

Comparaison de la consommation d’électricité et de la température d’Advanced Ionics

Source : Advanced Ionics

Efforts de mise à l’échelle et de commercialisation

Les deux start-ups font des progrès significatifs vers la mise à l’échelle de leurs technologies et leur évolution vers la commercialisation.

Newtrace a déployé son premier électrolyseur sans membrane avec Bharat Petroleum Corporate (BPCL), avec pour projet de construire un système de 1 MW dans un avenir proche. L’entreprise vise le Moyen-Orient, en se concentrant sur les clients industriels des secteurs du pétrole et du gaz, de la chimie et, plus tard, de la mobilité. Grâce à leur fabrication en interne, ils peuvent proposer des solutions personnalisées et évoluer rapidement.

Advanced Ionics, de son côté, progresse dans les phases de développement et de validation. Elle a amélioré son efficacité et sa durée de fonctionnement, avec des projets de moulage automatisé de bandes d’électrodes plus grandes. Elle se prépare à des démonstrations de petite et moyenne taille d’ici l’année prochaine et à une commercialisation complète d’ici 2028, avec le soutien de géants du secteur comme BP, Shell et Repsol.

Positionnement collaboratif sur le marché et défis

Les deux entreprises reconnaissent l’importance des partenariats et des collaborations stratégiques. Newtrace tire parti de sa position unique en tant que l’un des rares fabricants d’électrolyseurs en Inde, en formant des alliances pour étendre sa portée sur le marché et améliorer sa technologie. Advanced Ionics construit également un réseau de partenaires, comprenant des investisseurs majeurs et des acteurs industriels, pour soutenir ses efforts de développement et ses ambitions commerciales.

Les principaux défis auxquels ces innovateurs sont confrontés sont notamment l’obtention de financements supplémentaires, l’optimisation de leurs technologies et l’extension de leurs capacités de production. Newtrace s’efforce de surmonter les obstacles liés à l’augmentation de sa production et à l’entrée sur de nouveaux marchés, tandis qu’Advanced Ionics s’attaque aux défis techniques liés aux technologies d’étanchéité et à la garantie de performances constantes à plus grande échelle.

Un nouvel horizon pour les électrolyseurs

Les innovations apportées par Newtrace et Advanced Ionics représentent un changement à venir par rapport aux technologies d’électrolyseurs traditionnelles. En éliminant le besoin de membranes et de métaux rares et en optimisant les températures de fonctionnement, ces entreprises s’attaquent aux principaux problèmes qui ont entravé l’évolutivité et l’adoption des électrolyseurs.

Quelques autres innovateurs intéressants à garder sur le radar :

  • sHYp:Développeur d’électrolyseurs sans membrane capables de produire de l’hydrogène directement à partir d’eau de mer ou de saumure. Un besoin non satisfait de bases vertes pour les matériaux de construction écologiques et le CO2 La capture est réalisée par la production d’hydroxydes aqueux ou solides à partir de sources d’eau salée. Hydrogène vert avec capture directe du CO dans les océans2 peuvent être implantés dans des ports, sur des plateformes offshore réaménagées ou couplés à des éoliennes offshore.
  • Hysate:Développeur d’un électrolyseur à hydrogène alimenté par capillaire, produisant de l’hydrogène vert pour les secteurs de l’acier, des transports et de la chimie. La conception de l’électrolyse d’Hysata repose sur deux innovations clés : un séparateur à très faible résistance et un fonctionnement sans bulles. Ensemble, ces facteurs réduisent la résistance de la cellule pour la rendre plus efficace.
  • Hydrogène pèlerin:Développeur d’un électrolyseur qui décompose l’eau en hydrogène et autres produits chimiques industriels riches en oxygène, plutôt qu’en oxygène élémentaire uniquement. La méthode de Peregrine Hydrogen utilise des sous-produits comme l’acide sulfurique et le dioxyde de soufre dans la production d’engrais, ce qui pourrait réduire les déchets et diminuer les coûts de production

Alors que ces start-ups continuent de perfectionner leurs technologies et d’étendre leurs activités, elles sont sur le point de jouer un rôle central dans la transition mondiale vers l’hydrogène propre. Il vaut la peine de garder ces innovateurs à l’esprit, car leur succès pourrait annoncer une nouvelle ère dans la production d’hydrogène.