Brevet FR3113683A1 — publié le 20220304

L’objet de l’invention est un dispositif qui comprend une partie immergée (12) qui produit de l’hydrogène par électrolyse du milieu aqueux et stocke ce gaz sous-pression hydrostatique naturelle et une partie émergée (10) qui alimente et contrôle le dispositif et récupère (14) l’hydrogène produite sous-pression. Dispositif de production et de stockage immergé d’hydrogène. La présente invention concerne un dispositif de production et de stockage immergé de gaz d’hydrogène. Le but du dispositif selon la présente invention est de produire de manière immergée de l’hydrogène par électrolyse du milieu aqueux et de le stocker en profondeur. L’intérêt pour la production d’hydrogène de manière décarbonnée grandit dans le contexte de transition énergétique. Les énergies renouvelables usuelles sont intermittentes et le problème de la permanence de l’énergie se pose. Le stockage de l’énergie sous forme d’hydrogène puis son utilisation dans des piles à combustible ou dans la méthanation est un des moyens pour répondre à la demande lorsque l’énergie intermittente n’est pas disponible. La production d’hydrogène par électrolyse dans un milieu aqueux est bien connue depuis longtemps. Outre la nature du milieu et des électrodes, cette production nécessite un optimum entre la densité de courant fournie à la surface de la cathode et l’hydrogène issue de la réaction électrochimique, dans des conditions de pression et de température usuelles. Le problème provient du stockage de l’hydrogène. Le gaz stocké sous forme liquide ou solide consomme beaucoup d’énergie et nécessite des matériaux et des contenants de stockage sécurisés très couteux. En revanche, le stockage sous forme gazeux nécessite des contenants volumineux. L’objet de la présente invention est de proposer un moyen de production et de stockage d’hydrogène à bas coût, de manière sécurisée. Le dispositif de production et de stockage immergé d’hydrogène, selon l’invention, est maintenant décrit en détail suivant un mode de réalisation particulier, non limitatif, ceci en regard du dessin qui montre : : vue en élévation latérale du dispositif. La représente le dispositif de production et de stockage immergé d’hydrogène selon la présente invention, installé sur un fond d’un milieu, en l’occurrence un milieu marin, mais la description trouve application à l’identique sur un fond en eau saumâtre, en douce dans une étendu d’eau compatible avec la réaction d’électrolyse. Le dispositif selon l’invention comprend, dans le mode de réalisation représenté, une partie qui génère le courant nécessaire à l’électrolyse et pilote le dispositif (10) une partie immergée qui produit et stocke l’hydrogène issu de la réaction électrochimique sur la cathode (12). Une partie (14) qui utilise le gaz produit et trouve application dans une pile à hydrogène ou un dispositif de méthanation. La partie en surface (10), comprend la production d’énergie nécessaire à l’électrolyse avec le stockage (10-1), le pilotage du dispositif (10-2) et les moyens de communications (10-3). Les moyens de production de l’énergie électrique peuvent être éoliens, biochimiques, hydroliens, thermiques et dans le mode de réalisation particulier, représenté par panneaux photovoltaïques et éolien avec un stockage électrique sous forme de batteries (10-1). La puissance électrique nécessaire pour atteindre l’optimum de réaction sur la surface de la cathode est assurée par une logique numérique qui pilote le dispositif (10-2). Les moyens de communications par ondes hertziennes (10-3) contenus dans la partie aérienne (10) peuvent être des moyens sur de très longues distances afin de pouvoir transmettre et recevoir les données et paramètres de la logique numérique. Ladite logique numérique (10-2) permet de contrôler l’ensemble du dispositif, en courant électrique, en volume d’hydrogène produit et délivré (14-1). La partie immergée (12) du dispositif possède une enveloppe de stockage (12-1), en l’occurrence hémisphérique souple, dans le mode réalisation particulier mais trouve application à l’identique dans d’autres géométries souples ou rigides. Ladite enveloppe (12-1) possède une ouverture supérieure (12-3) pour la récupération de l’hydrogène. Ladite ouverture possède du côté de la partie intérieure de l’enveloppe, un capteur de niveau d’eau (12-6) qui permet de contrôler le niveau d’hydrogène stocké (12-5). La partie supérieure de l’enveloppe (12-3) est reliée à la surface par un tuyau souple (14-3) qui dispose à son extrémité un détendeur/débitmètre (14-1) et une électrovanne (14-2). L’enveloppe de stockage (12-1) est maintenue sur le fond, en l’occurrence par des lests (12-2) dans le mode de réalisation particulier mais trouve application à l’identique par des fixations dans le fond du milieu. La cathode (12-4) maintenue au fond du milieu, en l’occurrence par des fixations (12-7) est disposée à l’aplomb de l’enveloppe (12-1). Ladite cathode (12-4) soumise à un courant électrique dégaze par réaction électrochimique de l’hydrogène sous forme de bulles (12-5). L’anode (12-8) maintenue au fond par des fixations (12-7), est écartée de la cathode (12-4) de manière à ce que les gaz produits (12-9) le long de la surface de ladite anode ne puissent pas être accumulés au sein de l’enveloppe (12-1). La partie emmergée (14) qui récupère l’hydrogène, possède un détendeur et débitmètre (14-1), afin de réguler la pression et le débit nécessaire pour l’usage de l’hydrogène ainsi qu’une électrovanne (14-2) qui contrôle le niveau de l’hydrogène accumulée dans l’enveloppe (12-1). Le dispositif selon la présente invention est mis en œuvre suivant le procédé qui comprend les étapes suivantes : Mise en place des moyens d’ancrage ou de lest sur le fond du milieu. Immersion et fixation de l’enveloppe (12-1) aux moyens d’ancrage et fermeture de l’électrovanne (14-1) afin d’éviter les remontées aqueuses. Mise en place et fixation de la cathode (12-4) sur le fond sous l’enveloppe (12) et fixation de l’anode (12-8) à l’écart de l’enveloppe (12-1). Les électrodes sont raccordées à la source de courant continu provenant de la partie émergée (10-1). Raccordement des moyens de production d’énergie (10) nécessaire à l’électrolyse, ainsi que des moyens de commande et d’acquisition du niveau d’eau (12-6) et de contrôle de l’électrovanne (14-2). Pilotage par les moyens de communications et de programmation de l’électrolyse ainsi que du capteur de niveau d’eau (12-6) et de l’électrovanne (14-2). Ces étapes sont détaillées. L’enveloppe est positionnée à la profondeur choisie, fixée aux ancrages du fond du milieu. Tant que l’eau est en contact avec le capteur (12-6), l’électrovanne d’évacuation (14-2) est maintenue fermée. Les électrodes sont fixées à leurs ancrages respectifs (12-7) et reliées à l’alimentation électrique. Le système de commande délivre du courant aux électrodes. Sur la cathode (12-4) des bulles d’hydrogène se forment (12-5), remontent par poussée d’Archimède à la verticale et s’accumulent dans l’enveloppe (12-5). L’hydrogène produit fait baisser le niveau d’eau dans l’enveloppe étanche, le capteur d’eau n’est plus en contact avec l’eau et l’électrovanne située dans la partie émergée peut être ouverte pour utiliser le gaz. Le système de commande calcul le volume estimé produit par la cathode et consommé mesuré par le débitmètre. Si le volume maximal de l’enveloppe est atteint, il coupe le courant. Dans un mode de réalisation particulier du dispositif de production et de stockage d’hydrogène immergé selon l’invention, la partie immergée (12) stocke dans de grands volumes, l’hydrogène sous forme gazeuse après avoir produit la réaction d’électrolyse du milieu aqueux sous-pression hydrostatique naturelle. Dans un autre mode de réalisation particulier, le contrôle du stockage, du débit et de la pression de l’hydrogène est asservi par la partie émergée (14) et commandée par une logique numérique (10). Dispositif de production et de stockage d’hydrogène immergé comprenant une partie immergée (12) qui produit l’hydrogène par électrolyse du milieu aqueux et stocke le gaz, une partie émergée (10) qui alimente et contrôle la réaction d’électrolyse et qui récupère (14) l’hydrogène produite sous-pression. Dispositif de production et de stockage d’hydrogène immergé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie immergée (12) stocke, l’hydrogène sous forme gazeuse après avoir produit la réaction d’électrolyse du milieu aqueux, sous-pression hydrostatique naturelle. Dispositif de production et de stockage d’hydrogène immergé selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’ensemble du dispositif est contrôlé numériquement à distance par communications hertziennes.