Un marché de l'hydrogène en pleine croissance ?

Les compresseurs à vis peuvent être utilisés dans de nombreuses applications. (Photo : MAN Energy Solutions)

MAN Energy Solutions (MAN ES) fabrique des compresseurs à vis depuis plus de 70 ans. Les compresseurs à vis de l'entreprise ont été utilisés pour la première fois dans une application de production d'hydrogène en 1974, dans une raffinerie du Moyen-Orient.

L'entreprise a désormais trouvé un nouveau marché de l'hydrogène – potentiellement immense – pour sa technologie.

L'entreprise a récemment reçu deux commandes pour sa technologie de compresseurs à vis destinés à des projets d'électrolyseurs d'hydrogène, a déclaré Dirk Woeckener, responsable des ventes de compresseurs à vis chez MAN ES.

L'un de ces projets est un électrolyseur de 200 MW en France , qui s'inscrit dans le cadre du développement du secteur de l'hydrogène renouvelable et à faible émission de carbone, afin de contribuer à la décarbonation de l'industrie dans la région du nord de la France.

Woeckener a déclaré que les compresseurs à vis MAN seront associés à des compresseurs alternatifs – une combinaison qui offrira les atouts des deux technologies.

« Le débit du compresseur à vis offre de nombreuses possibilités, mais sa pression de refoulement est limitée », explique Woeckener. « Selon les besoins, on utilise souvent une combinaison de compresseur à vis et de compresseur alternatif. Le compresseur à vis est placé directement en aval d'un électrolyseur fonctionnant à basse pression lorsque le débit est relativement important. Cette configuration permet de s'affranchir de la contrainte d'un compresseur alternatif dont le piston a un diamètre d'un mètre ou plus. Ainsi, comme le compresseur à vis réduit le débit directement en aval de l'électrolyseur, le compresseur alternatif assure la haute pression de refoulement. »

Vue interne d'un compresseur à vis . (Photo : MAN Energy Solutions)

Woeckener a déclaré que la société constatait un vif intérêt de la part du secteur pour sa technologie .

« Il s'agit d'une nouvelle opportunité commerciale pour nous », a déclaré Woeckener. « Outre les deux commandes, nous avons examiné de nombreuses études et reçu de nombreuses demandes de renseignements. De nombreux projets sont en cours. »

Avantages de la technologie

Les compresseurs à vis sans huile de MAN sont utilisés dans diverses applications, notamment dans les industries chimiques et pétrochimiques ainsi que dans la sidérurgie. Ils sont conçus pour fonctionner dans des conditions difficiles, comme la présence de gaz contaminés, selon M. Woeckener.

« Ils constituent une solution idéale pour la manipulation de gaz très polluants et critiques », a déclaré Woeckener. « Nous pouvons injecter une grande quantité d’eau – supérieure à l’évaporation – afin de maintenir une teneur en eau liquide dans le compresseur, ce qui le protège des particules. »

Cette même technologie est utilisée dans les applications liées à l'hydrogène , non pas à cause des gaz polluants, mais pour accroître l'efficacité grâce à sa faible masse moléculaire », a expliqué Woeckener.

Woeckener a indiqué que les deux gammes de compresseurs à vis de l'entreprise – CP et SKUEL – atteignent des débits volumiques compris entre 200 et 100 000 mètres cubes par heure. La gamme CP est conçue pour des pressions élevées, jusqu'à 52 bars, et des débits moyens, jusqu'à 20 000 mètres cubes par heure. La gamme SKUEL offre une pression de refoulement jusqu'à 16 bars et convient aux débits volumiques élevés, jusqu'à 100 000 mètres cubes par heure.

« Le compresseur à vis est une solution idéale pour un électrolyseur de production d'hydrogène car il combine les avantages des compresseurs alternatifs et des compresseurs centrifuges », a déclaré M. Woeckener. « Comme le compresseur alternatif, il s'agit d'une machine volumétrique, ce qui nous confère des avantages en matière de faibles masses moléculaires grâce à l'obtention de taux de compression élevés par étage. Cependant, contrairement aux compresseurs alternatifs, dont les soupapes sont sujettes à l'usure et qui comportent des masses oscillantes, les compresseurs à vis ne possèdent que des pièces rotatives, à l'instar des compresseurs centrifuges. Il en résulte une fiabilité très élevée, garantissant un fonctionnement continu, comparable à celle d'un compresseur centrifuge. Ces machines peuvent fonctionner pendant trois à cinq ans sans interruption. »

Technologie des scellants

Bien que MAN ES possède une vaste expérience dans le domaine de l'hydrogène, l'entreprise a décidé de moderniser sa technologie d'étanchéité pour une utilisation dans les applications d'électrolyseurs.

« Nous proposons tous types de joints d'étanchéité pour différentes applications », explique Jan Schnitzler, responsable ingénierie des compresseurs à vis chez MAN ES. « Il s'agit notamment des joints secs, des joints à contact mécanique, des bagues en carbone et des labyrinthes. Pour les applications à hydrogène, nous avons mis au point une nouvelle conception de joint en collaboration avec nos fournisseurs. »

Les compresseurs à vis peuvent être utilisés dans de nombreuses applications. (Photo : MAN Energy Solutions)

Ce nouveau concept d'étanchéité présente plusieurs avantages. En fonctionnement, le joint garantit l'absence totale d'émission d'hydrogène dans l'environnement. De plus, il élimine le besoin d'azote ou de tout autre gaz ou liquide comme tampon, a précisé Schnitzler. Ainsi, seule l'eau entre en contact avec l'hydrogène, qui reste parfaitement pur. Le joint peut généralement utiliser l'eau nécessaire aux électrolyseurs, ce qui est avantageux puisque cette eau est déjà disponible.

« Nous devons être particulièrement vigilants en matière de conductivité, qui impose des exigences particulières, mais en général, nous pouvons utiliser quasiment la même eau », a déclaré Schnitzler.

Schnitzler a également souligné que les fuites dues à la nouvelle technologie d'étanchéité « sont minimales, ce qui permet de maintenir les coûts d'exploitation à un niveau bas ».

L'avenir de l'hydrogène

Woeckener a déclaré qu'avec la croissance de l' économie de l'hydrogène , les compresseurs à vis bénéficieraient de davantage d'opportunités.

« En matière d'hydrogène, la plupart des gens ne parlaient que de compresseurs à piston », a déclaré Woeckener. « Je pense que les compresseurs à piston continueront de jouer un rôle important dans la compression de l'hydrogène car ils sont relativement bon marché, efficaces et bien implantés sur le marché. »

La difficulté commence lorsque des volumes importants sont nécessaires, ce qui implique des pistons plus grands et une maintenance plus complexe. Lorsque le diamètre approche le mètre, la maintenance devient difficile et coûteuse.

« Les compresseurs à vis constituent une alternative très intéressante pour des débits à partir d'environ 8 000 mètres cubes par heure », a déclaré M. Woeckener. « Nous constatons actuellement des applications de 50 à 300 MW, mais aussi des demandes pour des projets encore plus importants, qui conviennent parfaitement aux compresseurs à vis. »

Woeckener a également mentionné que l'entreprise prévoit de futures applications pour les compresseurs centrifuges lorsque la quantité d'hydrogène augmentera encore, notamment dans les compresseurs de pipelines. Les projets d'électrolyseurs actuellement en développement sont destinés à un réseau de distribution local plutôt qu'à l'alimentation de pipelines.

Dès que la production d'hydrogène augmentera significativement, Woeckener estime que tous les types de technologies de compression seront nécessaires.

« Les besoins en hydrogène sont tellement importants, et c'est une molécule tellement complexe, que je pense que tous les types de compresseurs seront nécessaires pour y répondre », a déclaré Woeckener.