Le procédé d’électrolyse fractionnée basé sur l’électrochimie du zinc et développé par Ergosup est particulièrement original et a fait l’objet de nombreux brevets. Il repose sur deux étapes distinctes et découplées :
_ Une électrodéposition de zinc permet de « stocker » l’énergie électrique sous forme chimique, elle s’accompagne d’une production d’oxygène à l’anode.
_ Le déclenchement de la dissolution du zinc dans la solution entraîne la génération d’hydrogène. Le système est fermé, et l’hydrogène peut monter en pression sans nécessiter un compresseur.
La thèse a pour but de caractériser le procédé d’électrolyse fractionnée en vue d’étudier le couplage électrolyseur/EnR.
Le premier chapitre de cette thèse commence par présenter le principe d’électrolyse fractionnée et le procédé ZhyncElec. Il y est aussi exposé le fonctionnement de l’électrolyse industrielle du zinc, le champ d’étude et le dispositif expérimental mis en place pour la thèse. L’objectif est de comprendre les phénomènes électrochimiques et physico-chimiques qui ont lieu lors des 2 étapes du procédé.
Le second chapitre repose sur l’utilisation de la spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE) pour caractériser le procédé. L’analyse des signatures de la réaction électrochimique sur le plan de Nyquist permet de modéliser l’impédance du procédé et de proposer un modèle dit dynamique du système. Ce chapitre permet de mettre en évidence les lois électrocinétiques prépondérantes.
Le troisième chapitre est bâti sur l’élaboration de courbes de polarisation U(I) du procédé et du modèle statique correspondant, qui découle du chapitre précédent. Les différents paramètres expérimentaux étudiés permettent de mesurer les performances de la cellule électrochimique, avec notamment l’utilisation d’anodes différentes.
Enfin, le dernier chapitre présente une étude technico-économique et environnementale d’un système de couplage direct avec une source d’énergie photovoltaïque, renouvelable et intermittente, et l’électrolyseur Ergosup intégré via le modèle quasi-statique du chapitre 3. Ce chapitre permet de calculer et de mettre en valeur les indicateurs typiques, coût de l’hydrogène (€/kgH2) et carbone (kgCO2eq /kgH2) de la solution Ergosup, lui permettant d’établir sa position sur le marché.
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The decoupled electrolysis process based on zinc electrochemistry and developed by Ergosup is particularly original and has been the subject of numerous patents. It is based on two distinct and decoupled steps:
_ Zinc electrodeposition allows the "storage" of electrical energy in chemical form and is accompanied by oxygen production at the anode.
_ The triggering of zinc dissolution in the solution leads to hydrogen generation. The system is closed, and hydrogen can build up pressure without the need for a compressor.
The thesis aims to characterize the fractional electrolysis process in order to study the coupling of the electrolyzer/Renewable Energy Sources (EnR).
The first chapter of this thesis begins by presenting the principle of fractional electrolysis and the ZhyncElec process. It also outlines the operation of industrial zinc electrolysis, the field of study, and the experimental setup implemented for the thesis. The objective is to understand the electrochemical and physicochemical phenomena that occur during the two steps of the process.
The second chapter is based on the use of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to characterize the process. The analysis of the electrochemical reaction signatures in the Nyquist plane allows modeling the impedance of the process and proposing a so-called dynamic model of the system. This chapter highlights the predominant electrokinetic laws.
The third chapter is built on the elaboration of U(I) polarization curves of the process and the corresponding static model, which follows from the previous chapter. The various experimental parameters studied allow measuring the performance of the electrochemical cell, particularly using different anodes.
Finally, the last chapter presents a techno-economic and environmental study of a direct coupling system with a photovoltaic energy source, renewable and intermittent, and the Ergosup electrolyzer integrated through the quasi-static model of chapter 3. This chapter calculates and highlights the typical indicators, hydrogen cost (€/kgH2) and carbon (kgCO2eq /kgH2) of the Ergosup solution, allowing it to establish its position in the market. |