Par l’intermédiaire de son programme Shell GameChanger Accelerator, le pétrolier cherche à pousser les jeunes entreprises qui travaillent sur des solutions permettant de se déplacer de façon plus vertueuses. Dans les 3 dernières startups accueillies, 2 suivent des pistes concernant l’hydrogène vert : Ionomr Innovations et Versogen.
Pour la mobilité et les petites applications stationnaires, les PAC à échange de protons sont très majoritairement employées. A l’intérieur, l’hydrogène est oxydé à l’anode où les électrons sont séparés des protons à la surface d’un catalyseur en métal rare. Ces protons traversent une membrane PEMF. En parallèle, les électrons se déplacent dans un circuit périphérique, créant le courant. Du côté de la cathode, un autre catalyseur en matériau critique se charge de combiner protons et électrons avec l’oxygène de l’air pour produire de l’eau en sortie de la pile. L’utilisation des métaux rares a un lourd impact sur le coût de fabrication des PAC, mais aussi sur l’impact environnemental.
Les membranes Pemion dans une PAC PEMF
Ionomr Innovations a mis au point deux familles de membranes qui sont en particulier utilisables dans les électrolyseurs et les piles à combustible hydrogène. Pour ces dernières, la jeune entreprise installée à Vancouver, en Colombie-Britannique, propose de remplacer les membranes PEMF classiques.
Sa technologie Pemion bénéficie d’une stabilité chimique supérieure et d’une durée de vie plus importante. Par effet de bord, l’emploie des membranes hydrocarbonées d’Ionomr Innovations augmente la durabilité des électrodes des cellules. Et ce, en raison d’un besoin devenu très faible en métaux rares au niveau des catalyseurs. Les PAC équipées de la technologie Pemion acceptent de fonctionner avec des températures plus élevées, pour une conductivité qui serait doublée par rapport à la norme fixée dans l’industrie. Tous ces points concourent à obtenir des piles au rendement amélioré pour une durée de vie supérieure, un meilleur impact environnemental, et un coût de production plus bas.
2 types d’électrolyseurs
Afin de montrer l’apport de ses membranes, Ionomr Innovation rappelle sur son site les 2 principaux procédés d’électrolyse : alcaline ou à membrane électrolytique polymère (électrolyse PEM). Tous les 2 exploitent le courant électrique pour diviser les molécules d’eau en hydrogène et en oxygène. Le premier utilise l’hydroxyde de potassium (KOH) comme électrolyte liquide pour transporter les anions (OH-). Un diaphragme poreux sépare la cellule en 2.
L’avantage de ce procédé est qu’il se contente de nickel et de fer pour catalyseurs et permet l’emploi de l’acier inoxydable dans l’installation. Il est toutefois écarté de la production d’hydrogène vert pour la mobilité durable. D’une part en raison des impuretés résiduelles dans le gaz H2, et du fait de sa faible compatibilité avec les sources intermittentes d’énergie en entrée de l’électrolyseur. Voilà pourquoi, en dépit des matériaux coûteux qu’elle emploie (platine et iridium pour les catalyseurs, titane pour l’installation), l’électrolyse PEM est préférée pour produire de l’hydrogène à employer dans des piles à combustible pour la mobilité décarbonée. Ici, un électrolyte solide polymère est utilisé. Avec un rendement au final meilleur, il véhicule de façon sélective les protons pour les réactions de division de l’eau.
Les membranes Pemion aussi pour les électrolyseurs
Dans les électrolyseurs PEM, les membranes Pemion peuvent être utilisées avec les mêmes bénéfices que dans les PAC PEMF. Ainsi une conductivité doublée, des températures de fonctionnement maximales plus élevées, une durée de vie sensiblement plus importante, une réduction des métaux critiques dans les catalyseurs, et, au final, un investissement moins important pour concevoir les installations.
Pour les piles à combustible et les électrolyseurs alcalins, Ionomr Innovation a aussi développé des membranes AEM (membranes échangeuses d’anions) alternatives, nommées « Aemion ». Particulièrement stables et durables, elles sont réservées à des usages autres que la production d’hydrogène vert via sources renouvelables et intermittentes d’énergie. Elles apportent cependant un allégement de l’impact environnemental lors de la production d’H2 gris.
Entre 2 mondes
Maintenant que nous sommes persuadés que les électrolyseurs alcalins ne sont pas compatibles avec l’hydrogène vert pour la mobilité, laissons Versogen nous convaincre du contraire ! Localisée dans le Delaware à Wilmington, cette autre startup distinguée par le Shell GameChanger Accelerator a décidé de s’attaquer aux électrolyseurs eux-mêmes pour bénéficier des avantages des 2 procédés, alcalins et PEM. Ces installations, qualifiées de « révolutionnaires » par la jeune entreprise, ont recours à des membranes AEM.
« Notre technologie utilise des matériaux de construction à faible coût comme un électrolyseur alcalin traditionnel et produit efficacement de l’hydrogène comme un électrolyseur PEM à membrane », assure-t-elle. Sa solution s’appuie sur un électrolyseur alcalin dont le fonctionnement a été rendu compatible avec les sources renouvelables et intermittentes d’énergie. Grâce à des catalyseurs au nickel et à une couche de transport poreuse en mousse de nickel, ces infrastructures d’un nouveau genre seraient compétitives face à la production d’hydrogène par vaporeformage.
Partenariat incubateur
Les jeunes entreprises identifiées par le Shell GameChanger Accelerator sont le fruit d’une collaboration entre Shell et le laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) qui dépend du département américain de l’énergie. Les lauréats, tels Ionomr Innovation et Versogen, vont chacun bénéficier d’une enveloppe de 250.000 dollars (208.670 euros), des capacités de recherche de pointe du NREL, et ont accès à des opportunités de réseautage via le centre d’innovation et d’entrepreneuriat de ce dernier.