La pile à combustible (PAC)

1) Définition et fonctionnement d’une PAC 2) Impact environnemental (effet de serre) 3) Épuisement des combustibles fossiles 4) Électrochimie des PAC : Oxydo-Réduction 5) Coûts des PAC résidentielles 6) Applications 7) CONCLUSIONS

Définition et fonctionnement d’une PAC Définition d’une pile à combustible Une pile à combustible est un générateur électrochimique qui permet de convertir directement l’énergie chimique interne d’un combustible en énergie électrique + de la chaleur récupérable (cogénération). Pas de partie tournante = pas de bruit Pas besoin de chaleur pour produire de l’électricité. La pile fonctionne tant qu’elle est allimentée en continu en combustible (H2), le comburant étant l’oxygène de l’air (O2)

Fonctionement interne d’une pile de type PEM Définition et fonctionnement d’une PAC Fonctionement interne d’une pile de type PEM Hydrogène + Oxygène  Vapeur d’eau + électricité + chaleur

Définition et fonctionnement d’une PAC Caractéristiques d’une cellule élémentaire d’une pile PEM (pour une membrane d’1cm2)

Assemblage de cellules élémentaires d’ une pile PEM Définition et fonctionnement d’une PAC Assemblage de cellules élémentaires d’ une pile PEM

Avantages des piles à combustible Définition et fonctionnement d’une PAC Avantages des piles à combustible Réduction des émissions de CO2 rendement électrique élevé (40-60%) cogénération aisée adaptées à l'hydrogène comme vecteur énergétique et à la production décentralisée d'énergie électrique permet de valoriser les sources d'énergie renouvelables (vent, soleil, marée, …)

Avantages des piles à combustible Définition et fonctionnement d’une PAC Avantages des piles à combustible Emissions faibles ou nulles (NOx, SO2, poussières, CO) Fiabilité Maintenance réduite Souplesse d’utilisation, rendement élevé même à taux d’utilisation faible

Impact environnemental L’effet de serre Concentration mesurée d'après des carottes glaciaires (D47, D57, Siple, and South Pole stations), et depuis 1958 concentration mesurée directement à Mauna Loa, Hawaii. La concentration estimée à partir de mesures faites dans des carottes glaciaires se base sur l'analyse des bulles d'air piégées dans la glace, la datation se faisant en fonction de la profondeur sous la surface de la glace. La concentration de CO2 est relativement homogène dans l'atmosphère, le brassage complet par les vents étant effectué en moins d'un an

Épuisement des ressources de pétrole Impact environnemental Épuisement des ressources de pétrole

Électrochimie des PAC : Oxydo-Réduction Transformation de la matière par déplacement d’électrons 2 demi reactions L’oxydation : lié a la perte d’électrons H2  2 H+ + 2 e- E0 = 0,000 V La réduction : lié à la capture d’électrons ½ O2 + 2 H+ + 2 e-  H2O E0 = 1,229 V La tension à vide aux bornes d’une pile PEM a 25 °C et 10 Mpa Est donc de 1,229 V. A 80 °C et 10MPa celle ci chute à 1,16 V

Électrochimie des PAC : Oxydo-Réduction Énergies disponibles

Schéma de principe d’une cellule élémentaire d’une pile PEM Électrochimie des PAC : Oxydo-Réduction Schéma de principe d’une cellule élémentaire d’une pile PEM

Coûts des PAC résidentielles

Applications stationnaires de faible puissance Puissance 0.5 à 10 kW Type de piles PEMFC: 80% SOFC: 20% Principaux marchés alimentation électrique de haute sécurité alimentation de secours cogénération résidentielle Combustible Gaz Naturel: 75%, H2 comprimé, méthanol

Applications

Applications Applications mobiles Marchés de niches: vélo, cart de golf, trottinette, etc. Automobile: propulsion: commercialisation vers 2010 alimentation électrique des véhicules lié à la création du réseau de distribution de l'H2 type de pile: PEMFC

Applications

Applications

Applications

Applications

Applications Applications portables Types PEMFC Puissance 1 W à 100 W ... (1kW) Avantages: Autonomie élevée (5 à 10 fois plus élevée que les batteries les plus modernes à poids identique) recharge rapide Combustible: méthanol hydrogène obtenu à partir du méthanol par microreforming

Applications

CONCLUSIONS Deux siècles d’attente et de progrès technologiques pour voir les premières applications concrètes. Technologie imposée par l’environnement (disparition des ressources non renouvelables et explosion de l’effet de serre) Technologie propre et silencieuse intimement liée à l’hydrogène Fourniture d’électricité à haut rendement et éventuellement de chaleur utile (cogénération) Applications multiples dans la vie courante (domestique, transport, télécomunication, etc) Enfin un respect de l’environnement, et également un meilleur avenir pour nos descendants