Batterie à l'hydrogène La petite histoire Comprendre simplement Domaines de présence Son interprétation dans l'avenir Les références Mais encore …

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La petite histoire  Up Page Origine, raisons, hasard A échéance de quelques décennies, la raréfaction des combustibles fossiles, comme leur impact sur le climat, devrait contraindre les industriels à trouver des alternatives énergétiques au pétrole, au charbon et au gaz naturel. L'hydrogène, par le biais de la pile à combustible - qui produit de l'électricité et de l'eau à partir d'hydrogène et d'oxygène - est l'alternative autour de laquelle le plus large consensus s'est formé.

Comprendre simplement  Up Page Vulgarisation, de 7 à 77 ans

Domaines de présence  Up Page Pile à combustible Le constructeur allemand Daimer-Chrysler annonça en 2002 la sortie de son bus "zéro pollution", en dévellopement depuis 1997. Des prototypes sont actuellement testés dans plusieurs villes allemandes. Ce bus, qui sera produit en série sous la marque Mercedes, puise son énergie dans une pile à combustible qui fonstionne aved de l'hydrogène (stocké dans des bouteilles sur le toit) et ne rejette que de la vapeur d'eau. Avec une autonomie de 250km, il suffit à assurer une journéede service.   Effets environnementaux En juin 2003, la revue Science a rendu publiques les conclusions d'une simulation menée par des chercheurs du Jet Propulsion Laboratory et du California Institute of Technology, selon lesquels le remplacement des énergies fossiles par l'hydrogène dégraderait de manière importante la couche d'ozone stratosphérique. Les travaux menés par Nicola Warwick, chercheur au Centre des sciences de l'atmosphère de l'université de Cambridge (Royaume-Uni) et publiés par la Geophysical Research Letters: "Nos conclusions nous amènent à penser qu'un passage à -l'économie hydrogène'' n'aurait qu'un impact très limité sur la couche d'ozone, explique Slimane Bekki, chercheur au service d'aéronomie du CNRS (Institut Pierre-Simon-Laplace et université Paris-VI), coauteur de ces travaux.

Son interprétation dans l'avenir  Up Page Haute-tension Les portes se sont ouvertes le 14 octobre dernier sur la première pile à combustible haute-tension commerciale entièrement opérationnelle. Installée au sein du Northern Alberta Institute of Technolgy (NAIT) et chiffrée à 1.3 millions CAD, la pile à combustible produit de la chaleur et de l'électricité à partir d'oxygène et d'hydrogène, émettant ainsi moitié moins de dioxyde de carbone que les sources d'énergie traditionnelles et 99% de moins de particules polluantes. D'une puissance de 200kW, la pile à couvert environ 10% des besoins énergétiques du NAIT pendant les essais préliminaires, permettant de chauffer la piscine et les douches du Centre d'Activite. Concue initialement pour produire 1 million de kWh pendant la première phase, la pile a dépassé toutes les attentes avec des performances dépassant 1,4 million de kWh, soit une augmentation de 40% des capacités escomptées. Une plus petite pile à combustible devrait être installée sur le campus début 2005 pour les cours de génie énergétique. Par ailleurs, le Fuel Cell Applied Research Project Interpretive Centre du NAIT permettra au public d'observer le fonctionnement de piles à combustible, d'apprendre la génèse de cette technologie et de comprendre l'intérêt qu'elles représentent pour la protection de l'environnement.   Chauffage et de l'électricité propre L'université technique et les services de la ville de Chemnitz travaillent en commun avec l'école Richard Hartmann pour le développement de sources d'énergie alternatives. Depuis octobre 2004, de l'énergie électrique est produite à Chemnitz à partir d'hydrogène pur. La première installation à pile à combustible de la ville se trouve à l'école Richard Hartmann. Le courant génère avec une puissance maximale de 1000 W alimente le réseau électrique local, la chaleur perdue étant utilisée pour le chauffage dans le plancher de l'école. La ville de Chemnitz a ainsi crée une installation de démonstration permettant d'illustrer de la meilleure des manières la formation de qualité qu'elle dispense à l'université technique. L'installation n'est en effet pas seulement utilisée pour la formation professionnelle des électrotechniciens et des techniciens de protection de l'environnement, mais elle profitera également aux étudiants en électrotechnique à l'université technique de Chemnitz. Ceci est rendu possible grâce au contrat de coopération entre les services de la ville et l'université et dans le cadre duquel Thomas Keutel, étudiant en 8ème semestre d'électrotechnique, a développé un logiciel permettant la visualisation et le pilotage de l'installation. A l'avenir, plusieurs installations du même type devraient être raccordées au réseau dans la ville de Chemnitz.   Améliorer la structure des piles à combustible L'équipe des docteurs Stevens BERGENS et Rod WASYLISHEN, du département de chimie de l'Universite de l'Alberta, a produit les premières images de l'intérieur d'une pile à combustible en fonctionnement. L'objectif de cette étude était de comprendre comment l'eau se comporte à l'intérieur d'une pile à combustible fonctionnant à l'hydrogène. Leurs découvertes préliminaires ont été publiées dans le Journal of The American Chemistry Society. Elles devraient permettre d'améliorer la conception des piles à combustible et, en conséquence, leur efficacité. En effet, alors que des avancees importantes ont déjà été faites dans le domaine des piles à combustible, avec des programmes pilotés de bus et de voitures alimentés à l'hydrogène notamment, cette technologie présente encore quelques imperfections. La génération d'électricité à partir de l'hydrogène est possible grâce à une réaction chimique relativement simple. Dans la pile l'hydrogéne et l'oxygène réagissent pour former de l'eau. C'est cette production d'eau qui pose alors problème. Lorsque l'eau est présente en trop grande quantité dans la pile, elle bloque les arrivées d'hydrogène et d'oxygène; lorsqu'elle n'est pas suffisamment présente, la circulation des protons issus de l'hydrogène n'est plus assurée correctement et la réaction ne peut avoir lieu. Pour mieux appréhender ce délicat équilibre, les chercheurs ont eu l'idée de recourir à l'imagerie IRM. Bien qu'il soit très délicat d'observer le fonctionnement de la pile dans le champ magnétique induit par l'IRM, ils ont réussi à obtenir des images illustrant comment l'efficacité de la pile augmente ou diminue en fonction de la quantité d'eau présente. L'idée est maintenant de construire une pile plus petite qui pourra donner une image plus claire de l'intérieur d'une pile à combustible en fonctionnement. L'équipe a déjà été contactée par Ballard Power Systems, l'entreprise de Vancouver leader du domaine des piles à combustible.   Le stockage de l'hydrogène dans les voitures fonctionnant avec des piles à combustibles peut être grandement amélioré en augmentant la température de fonctionnement de la pile. En utilisant de la poudre de magnesium, le stockage de l'hydrogène peut se faire plus sûrement et plus efficacement et à une plus haute température. C'est la conclusion d'une thèse de l'université technique de Delft. L'un des problèmes dans la transition vers une utilisation plus poussée de l'hydrogène est son stockage pour les véhicules. Actuellement, ce problème est traité en stockant le gaz à haute pression ou très basse température. L'option des hautes pressions est convenable pour les bus qui ont la place de renfermer plusieurs cylindres haute pression. Dans les voitures, se pose le problème de l'espace ainsi que celui de la sécurité (d'ailleurs, la pression dans les réservoirs GPL est limitée à 10 bars contre 350 dans les cylindres haute pression des bus). C'est la raison pour laquelle le thèse a étudié les possibilités de stockage de l'hydrogène dans du magnésium en poudre. Le stockage de l'hydrogène dans ce genre d'hybride métallique n'est pas un sujet nouveau mais le problème est que beaucoup trop d'energie et une température très élevée sont nécessaires pour extraire l'hydrogène, ce qui affecte très négativement l'efficacité du procédé. Si l'on pouvait faire fonctionner la pile à une température supérieure à la normale (250°C au lieu de 80°C) l'excès de chaleur de la pile pourrait être utilisé efficacement pour extraire l'hydrogène du réservoir. Cela rendrait l'option du stockage avec la poudre de magnésium très intéressante.   Autoroute à hydrogène Le Ministre norvégien des Transports et de la Communication, Torild Skogsholm, a annoncé que 50 millions de couronnes norvégiennes seront dédiées à la recherche sur les carburants alternatifs et les technologies propres. De cette somme 30,2 millions de couronnes norvégiennes seront consacrées au projet HyNor -dirigé par Hydro. L'ambition de ce projet est la construction d'une autoroute à hydrogène entre Oslo et Stavanger, le développement de véhicules à hydrogène et l'établissement de stations services. La fin du projet est fixé à 2008.

Les références  Up Page Réseau Pepe @rt Flash BE Allemagne BE Canada BE Corée BE Danemark BE Espagne BE Italie BE Japon BE Norvège Cybersciences Science & Vie   Pourquoi ce site Je crois que, si les êtres humains que nous sommes ne parviennent pas toujours à évoluer comme ils le souhaiteraient _à s'épanouir professionnellement, sentimentalement et sexuellement (ce que j'appelle les "trois pôles d'intérêts", en psychologie)_ c'est parce qu'il y a des barrages qui entravent leur désir d'accéder à un rêve inachevé. Je pars du principe que tout est possible, à condition de s'entourer de gens qui nous poussent à croire en nous.   Contribuer au Réseau Pepe Ce site est avant tout une encyclopédie ouverte à l'imagination et au savoir, où chacun(e) d'entre vous peut participer. Si vous avez envie de partager une passion, ou si vous sentez le besoin de vous exprimer sur un point précis, je vous invite à m'adresser un e-mail (adresse électronique accessible sur ma page d'accueil).

Mais encore …  Up Page Le prototype de Toshiba Face aux besoins d'énergie toujours plus grands des appareils électroniques (téléphones mobiles, baladeurs multimédia, ordinateurs portables) le groupe japonais Toshiba présente un nouveau prototype de pile à combustible au méthanol ultra compact.Le principe de la pile à combustible consiste à combiner de l'hydrogène et de l'oxygène (contenu dans l'air ambiant) afin de produire de l'électricité et ne rejeter que de l'eau (H2O). Mais plutôt que de stocker directement de l'hydrogène, une solution qui pose de nombreux problèmes techniques et de sécurité, les ingénieurs préfèrent OH), un alcool non désormais le produire au préalable à partir de méthanol (CH explosif mais relativement toxique.   Vélo à hydrogène Federico Vitali, le président du groupe Faam de Monterubbioano a présente son projet de vélo à hydrogène au cours d'une conférence organisée à Tivoli (Italie) le 18 mars 2005. La Faam est un groupe forme de trois entreprises et composé de 200 employés, qui produit depuis 30 ans des batteries pour l'allumage et des batteries industrielles et qui s'est lancé en 1989 dans le business des véhicules écologiques. Parmi les paris les plus importants de Faam, on trouve ainsi le modèle de vélo électrique "Camaleo", alimente grâce à une pile à hydrogène qui transforme l'énergie chimique en électricite et émet dans l'atmosphere uniquement de la vapeur d'eau. Ce véhicule, capable de parcourir une centaine de kilomètres avec un seul "plein d'hydrogène", est expérimentédepuis 2001. Le prototype est prêt et la version définitive devrait apparaitre d'ici peu sur le marche à un prix d'environ 3000 euro. Un autre combustible propre sur lequel le groupe Faam travaille depuis longtemps est le methane, au point de créer une entière gamme de moyens pour le transport de marchandises : la série Jolly Ch4, un véhicule de 3 tonnes et demi qui, avec 200 litres de gaz naturel, pourrait parcourir environ 350 kilomètres.   Moto à hydrogène La compagnie britannique "Intelligent Energy" vient de présenter le prototype ENV, une moto fonctionnant avec une pile à combustible. On y trouve une pile é combustible à hydrogène utilisant une membrane à échange protonique capable de fournir une puissance de 1 kW. Cette pile à combustible est placée dans une valisette et peut être implantée dans d'autres appareils compatibles. En effet, un des points novateurs de cette pile à combustible est qu'elle a été conçue transportable et réutilisable dans d'autres types d'utilisations (par exemple des appareils ménagers mobiles). Le moteur du constructeur britannique LMC de 48 V est à courant continu et d'une puissance de 6 kW. La vitesse maximum du prototype de 80 kg est de 50 mph (environ 80 km/h), avec une autonomie minimum de 160 km. Cette moto transporte l'équivalent de 2,4 kWh en hydrogène dans un cylindre en composite sous haute pression dont le plein peut être réalisé en 5 minutes. "Intelligent Energy" a aussi développé pour Boeing une pile à combustible d'une puissance de 50 kW pour un avion léger et pense réaliser une pile à combustible de démonstration de 10 kW pour l'industrie automobile.   Construite autour d'une pile à combustible de 1kW, elle consomme uniquement de l'hydrogène pur à 99%. La pile à combustible sert à alimenter quatre batteries 12V qui permettent une puissance de 9kW en crête. De l'aluminium à gogo pour le poids, une transmission par courroie pour les pertes de puissance, et des leds pour la puissance. La brêle pèse 80kg, atteint 80km/h (pour l'instant mais il est dit qu'elle peut certainement aller plus vite), et possède une autonomie d'environ 160km.   Energie propre ? ... Les piles à combustible font aujourd'hui figure de technologie "propre" et suscitent grandement l'intérêt pour leur potentiel écologique. Elles produisent de l'électricité à partir de l'oxydation du combustible qu'est l'hydrogène. Les piles dégagent alors essentiellement électricité, chaleur et eau. Rien pour nuire à l'environnement. Apparemment, les piles à hydrogène sont beaucoup moins nocives que la combustion classique des énergies fossiles. Le remplacement de toute la production énergétique polluante par une "économie hydrogène" suscite donc beaucoup d'espoir. Cependant l'avenir semble moins vert qu'il n'y paraît. Des scientifiques du California Institute of Technology ont publié dans la revue Science les conclusions de leur étude sur les impacts environnementaux d'une économie basée sur le "tout-hydrogène". S'appuyant sur les performances des technologies existantes, l'équipe américaine affirme que les problèmes de production, de transport et de stockage du gaz occasionneraient chaque année des pertes d'hydrogène dans l'atmosphère de quatre à huit fois plus importantes que les quantités actuelles. Or, ce gaz très léger, en montant vers la stratosphère, produit de la vapeur d'eau au contact de l'oxygène de l'air. Le modèle des chercheurs prévoit que l'augmentation de l'eau (30 % de plus) à cette altitude abaisserait les températures, et par la formation de nuages créerait des déséquilibres chimiques néfastes pour la couche d'ozone, surtout au niveau des pôles. Les chercheurs préconisent donc une stratégie prudente face au développement de l'industrie des piles à combustible afin d'en minimiser l'impact environnemental.   Selon le professeur Jean Hamelin, de l'Institut de recherche sur l'hydrogène à Trois-Rivières, "Cette étude reste un modèle théorique, qui ne reflète pas forcément la réalité. Je me félicite tout de même que pour une rare fois dans l'histoire, on puisse prévoir les conséquences d'une technologie future et prendre en compte les problèmes potentiels."   Le traité signé à Bruxelles cette semaine entre les Etats-Unis et l'Europe rapportera plus de 2 milliards de dollars américains à la recherche sur l'hydrogène pour en améliorer, entre autres, l'infrastructure, le stockage, le transport. C'est le montant alloué au développement des véhicules électriques, à la production d'électricité pour l'habitat, l'industrie, à l'alimentation des ordinateurs portables ou des téléphones mobiles - 640 millions de ventes prévues d'ici 2005: de quoi assurer une longue vie aux piles à combustible...   Deux nouveaux reservoirs à hydrogène Toyota développe maintenant ses propres réservoirs à hydrogène pour ses véhicules à pile à combustible (PAC). Jusqu'à maintenant, les réservoirs étaient fournis par des entreprises extérieures. Dans le cadre du développement des PAC, les constructeurs doivent faire face à des enjeux importants en ce qui concerne les réservoirs: ils doivent à la fois les rendre plus compacts tout en améliorant l'autonomie du véhicule. Pour cela, les fabricants de réservoir doivent surmonter les problèmes liés à l'étanchéité afin de limiter les pertes par la fuite du gaz. Toyota a annoncé le développement de deux réservoirs entièrement en matériau composite dont les intérieurs ont été recouverts de fibres de nylon (pour limiter les fuites) et les extérieurs renforcés par des fibres de carbone. Le premier réservoir est un réservoir à 35 Mpa (pression en Megapascal) qui permettra d'améliorer de 10% (c'est-à-dire jusqu'à 330 km) l'autonomie du FCHV (le véhicule à PAC de Toyota). Le second réservoir peut transporter de l'hydrogène à 70 Mpa (pression en Megapascal), ce qui permettra de reporter cette autonomie à 500 km (soit 1,7 fois environ la valeur actuelle).   Centrale à hydrogène La plus grande centrale du monde alimentée par hydrogène "pour la génération d'énergie électrique à grand rendement, zéro émission et de taille industrielle (20 MW)" entrera en fonction à Marghera (près de Venise) d'ici à 2007, d'après un communique de l'ENEL. L'installation prévoit un investissement d'environ 33 millions d'euro partiellement finance par l'accord de programmation signé le 25 mars 2005 par la Région Venetie et le ministère de l'Environnement. L'accord, commente Paolo Scaroni, l'administrateur délégué de l'ENEL, fera de Venise et de l'Italie "un vrai centre d'excellence mondial pour les technologies employant l'hydrogène et pour la production d'énergie propre".   Projet européen L'entreprise valencienne NTDA Energie participera à un Projet Integre Europeen de recherche, sélectionné par la Commission Européenne, et dont l'objectif est de développer de nouveaux matériaux céramiques pour les piles à combustible. Présenté dans le cadre du Sixième Programme Cadre de Recherche et de Développement de l'Union Européenne, ce projet réunit les principales entreprises et centres de recherche européens travaillant dans le domaine de la technologie hydrogène. Son budget est estimé à plus de 20 millions d'euros. La société valencienne NTDA Energie, appartenant au Comité Executif de la Plateforme Technologique de l'Union Européenne sur l'Hydrogène et les Piles à Combustible, est l'unique représentante espagnole parmi les 19 entités participantes au programme. Quatre années sont prévues pour développer les nouveaux matériaux céramiques, dont la structure devrait permettre de réduire la température de fonctionnement des piles et d'allonger ainsi la durée de vie des systèmes. Les experts prévoient une diminution de 300 à 400 degrés centigrades (ou degré Celsius) par rapport aux conditions actuelles (900 à 1.000 degrés centigrades). La société NTDA est également impliquée dans deux autres projets de recherche européens visant à promouvoir l'usage de l'hydrogène en tant que combustible pour véhicule.   Stockage de l'hydrogène Une équipe de chercheurs coréens et canadiens menée par le professeur Lee Huen de l'Institut avancé de science et technologie de Corée (KAIST) a découvert une manière de stocker de grandes quantités d'hydrogène dans des solides à pression modérée. Le stockage de grandes quantités d'hydrogène reste l'un des principaux facteurs limitant son utilisation comme source principale d'énergie, par exemple dans les transports. La découverte réalisée par cette équipe pourrait ouvrir la voie. Jusqu'à présent, une des techniques explorées pour le stockage de l'hydrogène était l'utilisation de chlathrates, structures solides formées d'eau et de gaz. Ces structures contiennent des cages presque sphériques dans lesquels l'hydrogène est stocké. Cependant des pressions de l'ordre de 2000 atmosphères sont nécessaires pour les stabiliser. L'équipe a trouvé un moyen de stabiliser les chlathrates pour le stockage de l'hydrogène à une pression moins importante par l'ajout d'une seconde molécule qui modifie la taille des cages. Un mélange d'eau et de tetrahydrofurane (THF) refroidi à 4 degrés Celsius auquel est ajouté de l'hydrogène à une pression de 120 atmosphères a permis d'obtenir un solide contenant 4 g d'hydrogène pour 100 g. En ramenant le solide à la pression atmosphérique, le solide se décompose et l'hydrogène peut être récupéré. Cette découverte montre qu'il est possible d'augmenter la quantité de gaz stockée dans ce solide. Des molécules autres que le THF pourraient se montrer capables de déformer différemment les cages afin de mieux stocker l'hydrogène. La formation de ces chlathrates demandant peu d'énergie, cette forme de stockage serait adaptée à des applications telles que la pile à combustible. Son principal défaut reste la nécessité de maintenir le solide sous pression et en dessous de la température ambiante.   Stockage de l'hydrogène Des scientifiques du FZK ont mené avec succès le premier test de sécurité dans des conditions normales de fonctionnement, d'un matériau high-tech destiné au stockage de l'hydrogène. Il s'agit d'une poudre "nanométrique" composé de titana et d'alanate de sodium qui peut contenir plus de 7% en masse d'hydrogène. L'explosion d'un réservoir à hydrogène rempli de ce matériau n'a pas provoqué la combustion de l'hydrogène. Ce résultat est très important pour le développement de réservoirs, notamment destinés aux futurs véhicules à hydrogène. D'autres tests sont prévus pour mieux comprendre et dominer les risques potentiels du matériau utilisé. Ces expériences sont menées par les chercheurs du groupe de travail "HyTecGroup" du centre de recherche de Karlsruhe, dédié à l'étude des technologies de l'hydrogène. L'objectif du groupe est de fédérer les activités de recherche sur la production et le stockage de l'hydrogène dans les domaines stationnaires et mobiles. Le centre de sécurité Hydrogène du même centre de recherche qui a réalisé le test, a été créé avec le soutien de constructeurs automobiles de renom, et a été inauguré en octobre 2004. Il s'agit du plus grand centre européen de ce domaine.   Stockage de l'hydrogène Un groupe de chercheurs de l'Université Technique du Danemark (DTU) a inventé une méthode de stockage de l'hydrogène qui est réversible, compacte et sans danger. Le matériau de stockage se présente sous la forme de pastilles d'un cm3. Les inventeurs de cette méthode, en partenariat avec DTU et le fond d'entrepreneurs SeeD Capital Denmark ont fondé la société AMMINEX dans le but de commercialiser leur technologie. Le stockage efficace et sûr de l'hydrogène pour la production d'énergie a fait l'objet de beaucoup d'attention ces dernières années. La plupart des recherches dans ce domaine se concentrent sur les "hydrures complexes" à base d'alanates et de borates. Certains hydrures ont des qualités prometteuses mais la plupart souffrent d'une trop faible densité en hydrogène, d'une cinétique trop lente et d'un manque de réversibilité. De plus, tous les matériaux à base d'hydrures sont extrêmement réactifs en présence d'oxygène et d'eau, ce qui rend leur manipulation très difficile. L'ammoniaque est, en théorie, le transporteur d'hydrogène idéal. La décomposition de l'ammoniaque en hydrogène et en azote et la transformation inverse : la synthèse de l'ammoniaques, sont des réactions bien connues et qui peuvent se dérouler à des températures relativement basses : autour de 600-650K (environ 326-376 °C). Cependant, en terme de sûreté, il n'est pas souhaitable de transporter de l'ammoniaque liquide dans un réservoir pressurisé. Une fuite pourrait causer une expansion rapide de gaz toxiques d'ammoniaque dans les environs. Dans le nouveau matériau de stockage de l'hydrogène développé par AMMINEX, la pression de l'ammoniaque est faible (0.002 bar) à température ambiante. Il se présente sous forme de pastilles solides, ce qui permet de le manipuler facilement et sans danger. Ces pastilles contiennent plus de 9% d'hydrogène en poids. A partir de ce matériau, l'hydrogène est obtenu en désorbant l'ammoniaque qu'il contient puis en le passant dans un catalyseur à décomposition d'ammoniaque. Cette méthode de stockage possède plusieurs points forts : - elle a été vérifiée expérimentalement sur une échelle de 100g à 1kg de matériau ; - elle permet de stocker de l'hydrogène à une forte densité ; - elle est réversible ; - elle possède une cinétique rapide ; - elle est facile et sans danger à manipuler dans les conditions atmosphériques ; - elle est bon marché (moins d'1 euro par kilo en matériel brut) ; - elle est potentiellement un système sans émission de CO2. De nombreuses applications pour cette méthode de stockage sont envisageables comme par exemple son utilisation dans les piles à combustible.