3. LES NOUVELLES TECHNOLOGIES DE L'ENEGIE · 2013. 1. 30. · 23 Powertrain Engineering Business Unit – IFP school ESDD October 2009

Énergies renouvelables | Production éco-responsable | Transports innovants | Procédés éco-efficients | Ressources durables

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3. LES NOUVELLES TECHNOLOGIES DE L'ENEGIE

Patrick-Paul DUVALDirection de la Stratégie

PPD : Cours MasterPro2 Études internationales Gestion environnementale IHEAL 2012

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FILMS

ERP

NTE


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Croissance de la demande mondiale d'énergie primaire

Sources : IEA/BP stat review

3.7 billion hab 5

billion toe

1970 2000 2030

6 billion hab 9.2 billion toe

8.2 billion hab 17.0 billion toe

1.35 toe/hab 1.5 toe/hab 2.0 toe/hab+11% +27%

Une source d’énergie primaire est une forme d’énergie disponible dans la nature avant toute transformation

RAPPEL


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97% of the projected increase in emissions between now & 2030 comes fromnon‐OECD countries – three‐quarters from China, India & the Middle East alone

0

5

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15

20

25

30

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40

45

1980 1990 2000 2010 2020 2030

Gigaton

nes International

marine bunkersand aviation

Non‐OECD ‐

gas

Non‐OECD ‐

oil

Non‐OECD ‐

coal

OECD ‐

gas

OECD ‐

oil

OECD ‐

coal

Emissions de CO2 par les différents pays émetteursRAPPEL


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Baseline Emissions 62 Gt

BLUE Map Emissions 14 Gt

Source AIE

Une

nouvelle révolution

énergétique

: réduire

les émissions

de CO2 liées

à

l'énergie

RAPPEL


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RAPPELMai 2007

«Quelles actions possibles pour limiter le changement climatique ?» => la limitation de la concentration de GES à 500 ppm en 2050 (+2°c à +2,8 °c) coûterait de l’ordre de 0.12%/an du PIB mondial en moyenne. Des actions doivent être entreprise avant 2020.


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Contexte

Mercredi 10 Novembre 2010

La hausse des émissions de CO2 viendra intégralement des pays émergents. Pour limiter le réchauffement à +2°C, il

faudra maintenant dépenser 1,9 % de PIB mondial (18 000G$).

Les émissions de CO2 vont augmenter de 21 % d'ici à 2035 (par rapport au niveau de 2008).

"C'est un véritable cri d'alarme que pousse l'Agence internationale de l'énergie (AIE) : si rien n'est fait, même en appliquant à la lettre

l'accord de Copenhague, la température mondiale augmentera de 3,5 degrés à long terme. « De nombreux scientifiques avertissent que c'est un niveau qui n'est ni durable, ni acceptable », lance Nobuo

Tanaku, son directeur général.

Mais...


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EQUATION DE Yoichi

KAYA RAPPEL


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LES NOUVELLES TECHNOLOGIES DE L'ENEGIE


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Maîtrise de l'énergie et des émissions

Réduction de la consommation énergétique

réseaux

habitat

transports

industrie

agriculture

Gestion de la ressource et développement du renouvelable

fossile

solaire

solaire direct

eau

biomasse

vent

énergies marines

géothermie


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Le Facteur Coût


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Intensité

énergétique

L’intensité énergétique est une mesure de l'efficacité énergétique d'une économie.Elle est calculée comme le rapport de la consommation d'énergie et de la production

(mesurée par le produit intérieur brut).


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RESEAUX


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Les Smart Grids


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HABITAT


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Habitat


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Maison de 100m2, 4 habitants

Habitat


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TRANSPORTS


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3,7% 1,1%

1,5%

37,7%

58,6%

1,1%

EssenceGazoleBiocarb.GPLGNV

Énergie dans les transport : quasi-exclusivement sur base pétrole

Consommation mondiale d'énergie dans le transport routier en 20061,7 GTEP

49,5 MTEPAu niveau mondial, le secteur transport : • dépend du pétrole à 96%• représente plus de 50 % de la consommation de pétrole• augmentation tendancielle de 50% de la demande de carburants à l'horizon 2030: gazole +45 %, essence +45 %, kérosène +60 %

Production mondiale d'éthanol carburant en 2006 : 31,3 Mt (90% Etats-Unis et Brésil)

Production mondiale d'EMHV en 2006 : 6 Mt (85% Europe)

Transports


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23 Powertrain Engineering Business Unit – IFP school ESDD October 2009 23

Environmental IssuesEnvironmental Issues :

pollution, GHG

Energy Supply ChallengesEnergy Supply Challenges :

fossil fuels reserves,

increase of production

Security of SupplySecurity of Supply :

cost,

geopolitical issues

Energy EfficiencyEnergy Efficiency

production

use in engines

1.1. TechnologyTechnology

2.2. Transport organizationTransport organization

3.3. Individual Individual behavioursbehaviours

Les défis du transport durable

Energy diversification

biofuels

electricity

hydrogen

GHG emissions reduction, with a specific target on CO2

Reduction of other emissions or other types of nuisance

HC, CO, NOx, particulates

non reglemented

pollutants

noise

traffic congestion

Transports


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24 Powertrain Engineering Business Unit – IFP school ESDD October 2009 24

Diversifier les sources d'énergie

: les carburants

alternatifsTransports


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25

Synthetic Fuels

naphtha, gasoline,

gas-oil, kerosene, H2 ...

Natural Gas

FT GTL Process

Coal

e -

Direct or indirect

liquefactionBiomass

e -e -

e - : electricity co-generation

Ethanol-ETBE

VOE

Gaseification

processes

Transports


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Les émissions

Emissions de CO2, PM, CO, NOx

et vitesse (source : Barrett, 2007)

Transports


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Réduire la consommation et les émissions

Develop

alternative solutions to combustion engine

Dedicated engine

• NGV, DME

• Hydrogen

Electric vehicle

• Batteries• Fuel cells

Hybrid vehiclethermal/electric

• System modeling• Control strategies

Electric engine

Thermal engine

Generator

Batteries

epicyclic train

Transports


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Placer les moteurs conventionnels dans une perspective

de développement durable

Réduction des consommations

• Injection directe essence et diesel• « downsizing »:

- Turbosuralimentation- Distribution variable

en synergie avec l’améliorationdes qualités des carburants

Maîtrise des pollutions locales(NOx, CO, HC et particules)

• Nouveaux procédés de combustion homogène

- HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition)

pour moteurs diesel- CAI (Controled Auto Ignition)

pour moteurs essence• Contrôle moteur• Post-traitements

Transports


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Système d’injectionCommon rail

Rail

Piège à NOx(70% à 90 % d ’efficacité)

Filtre à particules(90% à 99% d ’efficacité)

Les technologies clés pour la maîtrise des émissions des moteurs diesel

Turbocompresseur à géométrie

variable

Transports


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→

Le développement des transports ferrés électriques

est une alternative toujours intéressante aux autres modes de transport pour réduire les émissions de CO2. Ils sont donc à

privilégier.

→

À

l’horizon 2020, l’intégration d’un million de véhicules électriques

dans le parc ne poserait pas de problèmes majeurs si une gestion intelligente de la charge est assurée et si le niveau de consommation est faible. Ce développement doit se faire dans des conditions permettant des émissions inférieures aux véhicules thermiques à

cet horizon.

→

À

un horizon plus lointain, plus de 4 millions de véhicules électriques

sont positionnables, sous réserve du respect des engagements du Grenelle, au vu des capacités moyennes non carbonées envisagées pour l’instant à

cet horizon (8 GW en puissance instantanée et 60 GWh

en énergie quotidienne), avec cependant la difficulté

de gérer certains jours de pointe. Les progrès envisagés sur les véhicules à

cet horizon peuvent permettre d’augmenter ce nombre.

→

Pour les particuliers, la "charge intelligente"

(lente et en période creuse) devra être privilégiée, et la charge rapide exceptionnelle. La tarification de ces deux types de charge devra être fixée en conséquence.

TransportsVéhicules électriques


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CONSOMMATION FINALE D’ÉLECTRICITÉ EN TWHEN 2020 PAR SCÉNARIO : TENDANCIEL, GRENELLE ET GRENELLE DIFFÉRÉ

TransportsVéhicules électriques


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Six niveaux d’électrification

1. Stop & Start

: le dispositif le moins cher et déjà

le plus répandu. Il permet d’interrompre le fonctionnement du moteur thermique lors de l’arrêt de la voiture au feu rouge ou dans le trafic.

2. Stop & Start avec récupération d’énergie au freinage

: capable, pour des voitures petites et moyennes, de récupérer une partie de l’énergie cinétique et de la restituer à

l’accélération grâce, par exemple, à

un alterno-démarreur relié

au moteur thermique par une courroie (projet Valeo).

3. Mild

hybrid

: solution élaborée, à

moindre coût, pour réduire la consommation de 15 % à

20 %. Un moteur-générateur assiste le moteur thermique, mais ne permet pas de traction électrique pure. La fonction Stop & Start fait également partie du dispositif.

4. Full hybrid

: solution plus coûteuse et plus performante que le mild

hybrid, permettant égalementd’effectuer quelques kilomètres en mode électrique pur. L’aide au moteur thermique et le Stop & Start sont également assurés.

5. Véhicule hybride rechargeable

: véhicule fonctionnant à

l’électricité

pour les usages à

courtedistance et relayé

de façon directe (génération d’électricité, ce sont les range extender) ou indirecte (chaîne de traction thermique) par un moteur thermique pour le fonctionnement sur route.

6. Véhicule tout électrique

: la motorisation électrique offre une autonomie de l’ordre de 150 km. Il faut notamment repenser le fonctionnement des systèmes auxiliaires (éclairage, ventilation, sonorisation…) afin de limiter leur consommation d’électricité

et inventer de nouveaux dispositifs dans le domaine de la climatisation (réfrigération et chauffage). Par -

20°

C, l’utilisation du chauffage fait chuter l’autonomie de 60 %.

Véhicule électriqueTransports


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TransportsVéhicule électrique


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PPD : Cours MasterPro2 Études internationales Gestion environnementale IHEAL novembre 20113434

Logiciel d'optimisation de la gestion énergétique à

bord

Time (sec)Time (sec)

BatteryBattery Charge Charge (%)(%)

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

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0.70

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0.30100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0.80

0.70

0.60

0.50

0.40

0.30

HybridHybrid mode mode selectionselection

OnOn--boardboardoptimizeroptimizer

mission profilemission profilebatterybattery charge charge requestedrequested ouputouput

batterybattery managementmanagement•• chargecharge•• safetysafetyminimizingminimizing fuel fuel consumptionconsumptionminimizingminimizing pollutionpollutiondriveabilitydriveability

Transports


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FILMHybrid-Electrification des véhicules


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Stockage d'énergie -

Batteries

Nouvelles Batteries Ni-Li ?

Transports


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Des démonstrateurs IFP pour valider les technologies dans le cadre de divers partenariats industrielsVELSATIS - Downsizing essence PRIUS II – Hybride Gaz Naturel

VELSATIS – Diesel HCCI SMART – Hybride Gaz Nat

cyl : 1,8l à comparer à 3,0l-20 % CO2

cyl : 1,5l <80 g CO2/km

cyl : 2.2l diesel-50 % NOx par rapport à ref

Projet VDH

cyl : 0,66l <80 g CO2/km

Projet VEHGAN"mild hybrid"

cyl :0,21 l 60 g CO2/km

CLEVER – Gaz NaturelProgramme Européen

"Full hybrid"


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FILMProjet CLEVER


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Réalisations IFP Energies nouvelles

Diesel hybrid

HDI PSA

IFP involvement: engine

optimization

and calibration

Project duration: 2006-2007

Full Hybrid Natural gas passenger car

Vehicle base: Toyota Prius

Partners : GDF Suez

76 g CO2/km

Project duration: 2006

Micro Hybrid Natural Gas Urban vehicle

Vehicle base: Smart for two

Partners : GDF Suez, Valeo, ADEME

Valeo Star + X system


Transports


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4040

VEL ROUE project

Hybrid, dual-mode LDV

ADEME funding (Grenelle de l'Environnement)

Pilot : Renault

Partners : Michelin and IFP


TransportsRéalisations IFP Energies nouvelles


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ElLiSUP

project

Electrical bus, hybrid bus with fast charging (lithium batteries)

ADEME funding(Grenelle de l'Environnement)

Pilot : IRISBUS

Partners : CEA, IFP, INRETS, EDF, MICHELIN, ERCTEEL, RATP, RECUPYL


TransportsRéalisations IFP Energies nouvelles


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Autres concepts moteurs

La propulsion alternative des véhicules (voitures, camions) consiste en deux catégories :

Des systèmes nouveaux utilisent fréquemment la propulsion hybride pour mieux servir les exigences de la vie réelle.

Les turbines à gaz sont une propulsion alternative pour les voitures mais pas pour les avions.

Enfin on ne peut pas exclure d'autres tentatives, très controversées, comme le moteur Pantone et le serpent de mer du moteur à eau.

Twike de www.greenfleet.info

véhicule électrique Micro-Vett

Taxi au gaz naturel

Taxi au diester

Transports

http://fr.wikipedia.org/wiki/Propulsion_hybride

http://fr.wikipedia.org/wiki/Turbine_%C3%A0_gaz

http://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur_Pantone

http://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur_%C3%A0_eau

http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Twike&action=edit&redlink=1

http://fr.wikipedia.org/wiki/Micro-Vett

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1d/TwikeFreiburg.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a9/Microvett_rom.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cf/Erdgastaxibremen0.jpg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/49/Biodieseltaxi.jpg


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La "roadmap" des carburants alternatifs

2000 2010 2020 2030 Année

Risque

R & D, validation en usage réel

GNCBiofuel 1st generation:

biodiesel ethanolbiogas

hydrotreated bio oil(NexBTL)

GTLBiofuel 2nd generation:

Ethanol ex-straw,biogas

CTL with CO2 C&S

Biofuel 2nd generation:BTL

hydrogen

Transports


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INDUSTRIE


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Industrie –

Exemple du raffinage

Better thermal and hydraulic performanceLower operating costIn some cases the heater can be actually shut down during normal

operations Lower capital costSafer operationEasier maintenance


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FILMClean Refining


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AGRICULTURE


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Agriculture

Relations agriculture-énergie ; Sources d'amélioration de l'intensité

énergétique et de l'impact sur l'effet de serre

Surfaces cultures dédiées aux biocarburants/alimentaires

Déforestation pour cultures énergétiques

Elevage, transport, réfrigération (70% des terres cultivées, déforestation)

Dégradation de la biodiversité

Consommation d'eau, compétition avec l'énergie


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ENERGIES NON RENOUVELABLES


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Les énergies non renouvelables

Domaines du préventif, du curatif et de l'efficacité

énergétique

Les énergies fossiles

L'électro-nucléaire

PAC –

Piles à

Combustibles


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ENERGIES FOSSILES


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Réserves mondiales de pétrole et de gaz (Gtep)

.

020406080

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1970

1973

1976

1979

1982

1985

1988

1991

1994

1997

2000

2003

Oil

Natural Gas

= Gas/Oil ratio of proven reserves

50 %

80 %113,8 %

Source CEDIGAZX %


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FILMExtended reserves


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CharbonCharbon - Extraction

Préparation

Combustion Pyrolyse - Carbonisation

Liquéfaction Directe

Gazéification

Electricité

Chaleur

Liquéfaction Indirecte

Carburants liquide

gaz de synthèse

Coke

GoudronsDérives

chimiques

LiquéfiatsRésidus

Procédés de raffinage "sévères"

H2 chimique

Procédés de raffinage


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CLEAN COAL TECHNOLOGIESRessources fossiles

Film


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Caractérisées par un meilleur rendement, les centrales dites supercritiques ou ultra supercritiques produisent plus d'électricité pour une même quantité de charbon brûlé. Elles réduisent

proportionnellement les émissions de CO2, grâce à une meilleure combustion. Leurs équipements de désulfuration et de dénitrification prévus dès la conception permettent de réduire encore les

concentrations en oxydes de soufre, oxydes d'azote et poussières.Elles diffèrent des centrales actuelles par une température et une pression plus élevées, qui

nécessitent encore des recherches pour développer des matériaux résistants à des températures supérieures à 600/700°

C.

Charbon

Principe de fonctionnement d'une centrale thermique


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Ressources fossilesPromote

the development

of natural

gas

Reduce

the costs

of transport

• Long haul gas pipelines

• Liquefaction processes and transport of LNG

• Transportation of compressed NG by ship

Acid gas treatment

• Treatment processes for highly acid gas

(H2 S/CO2 ) + reinjection

New outlet

: chemical

conversion GTL


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http://webtv.edf.com/index.php/video/centrale-thermique-au-gaz---comment-fonctionne-un-cycle-combine--/137.html

Centrales thermiques à

cycle combiné


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Le CSCCaptage et Stockage du CO2


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DDéécarbonisationcarbonisation

BiocarburantsBiocarburants

H2H2

Efficacité énergétique

Consommation énergétique

CO2CO2

CaptageCaptage,,

TransportTransport

&&

StockageStockage

Reduction des émissions

de CO2 les différentes voies...


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Les problèmes

à

résoudre


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Limitation des émissions

de CO2, cibles

majeures

: Charbon et électricité

Power sector responsible for ~ 40%

of global emissions

Coal represent ~ 70%

of emissions from power sector

2/3 of the increase in global coal use will come from China & India

This would increase by 20%

the global CO2 emissions by in 2025


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Moyens techniques de réduction de CO2

http://www.zeroemissionsplatform.eu/Film : NETL An Introduction to Carbon Capture and Sequestration

http://www.zeroemissionsplatform.eu/the-hard-facts.html/behind-co2-capture-and-storage

http://www.zeroemissionsplatform.eu/


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Moyens techniques de réduction de CO2

Gestion du cycle du carbone

Evolution du mixte énergétiqueCharbon, pétrole Gaz naturel Energies renouvelables

Maîtrise de l’énergieRendement énergétique Utilisation rationnelle de l’énergie

Stocks naturels de carbone Techniques industrielles de capture et de stockage de CO2

Veinesde charbon

ECBM

Formations salines

Aquifères

Gisements déplétésde gaz et de pétrole

Opérations à valeur ajoutéeEOR, EGR

Ocean

Concepts avancés

Sources:Derived FromNETL & IEA Illustrations

Stockage dans l’océan ?Captage & séparation

du CO 2

ECBMECBM

Stockage Stockage physiquephysique

Stockage géologique

Film


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FILMSDOE et NETL


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Cas de la France : les émetteurs

Source : rapport ANR/NTE/800


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Cas de la France : les émissions



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Cas de la France : la capacité

disponible



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CAS DE LA FRANCECCS


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CCS

Actuellement, 60 –

80$US/t de CO2 évité

Reducing CO2

emissions for mitigating global warming

CO2

capture and geological storage

Storing CO2 in the underground

the options

a driver for revitalizing mature oil fields

From CO2 avoidance to CO2 EOR

properties, issues

From CO2 EOR to CO2 storage

challenges


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CO2 Capture Facilities

Mitsubishi Plant, Nagasaki

Sumitomo Chemicals

Indo Gulf Fertilizer Co.

Luzhou Natural Gas

Vattenfall

CASTOR

Snohvit

Sleipner

In Salah

Shady Point

Bellingham Cogen

Dakota Gasification PlantBoundary Dam

IMC Global Inc.

Key

Warrior Run

Gasification synfuels plant

Major Pilot Plants

CO2 Separation from Natural Gas for CCS

Food-grade CO2 /carbonation of brine/Urea (Post Combustion)

Kedah

How to use this Presentation

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Abu DhabiAonla

Phulpur


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CO2

Injection and Storage Activities

Nagaoka

HokkaidoQinshui Basin

Snohvit

Sleipner

In Salah

Key

ECBM projects

EOR projects

Gas production Fields

Saline aquifier

SibillaRECOPOL

CO2 SINKK-12B

Cerro Fortunoso

Frio

West Pearl QueenMountaineer

WeyburnPenn West

Alberta ECBM

Teapot DomeRangely

Burlington

4 New CO2 -EOR Pilots in Canada

50 Acid Gas injection sites in North America

70 CO2 -EOR projects in U.S.A.

GorgonDepleted Oil Field

Otway Basin

How to use this Presentation

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Zama

Carson

Kwinana


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Futur possible du CCS


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Challenges: CO2 abatement cost

StorageStorage

TransportTransport InjectionInjectionCompressionCompressionCaptureCapture

CO2

Fuel

N2

H2 O

Energy

Capture / compression30- 60 €/t

Transport3.5 €/t for 100 km

Injection / storage20 €/t for 1 Mt/yr7 €/t for 10 Mt/yr


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FuelCombustion

process

CO2

CO2Extraction

Flue gases

Air

N2 /H2 O

Post-combustion capture

CO2

capture -

Main options

Air

H2N2 /H2 O

CO2

Steam reformingATRPOx

ShiftConversion

CO2Extraction Combustion

Fuel

Pre-combustionH2 O / O2

CombustionCryogenic

distillation /Chemicallooping

AirO2

H2 O

H2 OCondensation

CO2 /H2 O

Oxy-combustion

Fuel CO2

recycling

solvent scrubbing


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• Capacité: 1 t CO2 / h• 5000 Nm3/h fumées de charbon• En opération depuis début

2006, inauguré le 15 mars auDanemark

CCS-Le projet CASTOR : captage dans une centrale thermique


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FILMSProjet Castor


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CCS


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CCS -

Storing CO2

in the underground

Coal seamsCoal seams40 40 GtGt COCO22

< 2% of < 2% of emissions to emissions to

20502050

COCO22 EOR / EGREOR / EGR(IEA) 920 (IEA) 920 GtGt COCO22

45% of emissions45% of emissionsto 2050to 2050

Deep saline aquifersDeep saline aquifers400 400 -- 10,000 10,000 GtGt COCO22

20 20 -- 500% of 500% of emissions to 2050emissions to 2050

source: IEA GHGComparative potentials at storage cost of up to US$ 20/tCO2

the challenge: 20% of CO2 abatement - 6.5 GtCO2 - in 2050


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CCS -

EOR


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FILMProjet Lacq

42 milliards de dollars pour capter et stocker le CO2 : c’est la somme nécessaire pour développer les technologies de captage et stockage d’ici à 2020, selon l’Agence internationale de l’énergie. Pour réduire les émissions de gaz à effet de serre de moitié d'ici à 2050, l'AIE estime que 3.000 projets de capture de CO2 doivent être mis en place d'ici cette date, dont 100 dès 2020. L'essentiel des investissements doit venir des pays développés, qui devront investir entre 3,5 et 4 milliards de dollars par an entre 2010 et 2020, selon l’AIE, qui estime que les investissements actuels sont trop faibles.

http://www.iea.org/index_info.asp?id=657

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CCS -

Storage options: advantages / drawbacks

Depleted hydrocarbon fields

Trapping and confined structures

Well described and secure

Added value through CO2

EOR/EGR

Easier to implement (near term opportunities)

well accepted

Not evenly distributed worldwide

Unminable

coal seams

Enhanced production of CBM

Limited accessible pore volume and low injectivity

Saline aquifers

Huge storage capacity

More evenly distributed

shorter 'source-to-storage' distance

Poorly described

Check confinement

Absence of regulation

Economics

Public acceptance


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Les signaux d'alarme


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potentiel de stockage de CO2 aux USA

Les signaux d'alarme


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CCS -

Sleipner Tax regime : US$ 40/tCO2

Capture

amine gas treatment

Compression & Reinjection

Utsira

formation (saline aquifer): 50-100km wide; 50-

250m thick; 1000m below the sea floor

Storage

1MMtCO2 / yr

25 MMtCO2 over 25 years

started in 1996


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CCS -

Casablanca oilfield Repsol, pure storage


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CCS -

Lindach

Gas Field (Rohoel, Austria)


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CCS -

Snohvit

Aquifer (Statoil, Norway)


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ELECTRO-NUCLEAIRE


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Electro-nucléaire

Quelques faits concernant l'Europe doivent rester en mémoire: c'est le continent qui a plus grand nombre de réacteurs en fonctionnement (en 2005, 204 sur 441 dans le monde) et la plus importante production d'électricité

de centrales nucléaires: 28 % de l'électricité

produite en Europe est d'origine nucléaire.

S'agissant de la production d'électricité

en Europe , France, Russie, Allemagne, Suède, Royaume uni et Ukraine représentent 80 % de la capacité

européenne.

Question des coûts:

actuellement, la plupart des centrales nucléaires de l'UE sont complètement amorties. Leur coût de fonctionnement est dû

à

ce qu'elles intègrent comme extrants (matières premières). A l'heure actuelle, 60% des centrales d'Europe ont entre 15 et 25 ans.

Le coût du courant reste à

3,5-4 euros par mégawatt. Le coût total est tout à

fait compétitif même en intégrant la gestion et le stockage des déchets nucléaires et les taxes. Le coût de l'électricité

d'origine nucléaire reste bien inférieur à

celui d'une électricité

originaire d'une centrale thermique, sans compter le coût pour cette dernière du CO2.


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Classification des déchets radioactifs par filière de gestion (d’après le décret PNGMDR1 du 16 avril 2008)

TRES COURTE DUREE DE VIE : Demi-vie < 100 jours

COURTE DUREE DE VIE : Demi-vie ≤

31 ans (1)

LONGUE DUREE DE VIE : Demi-vie > 31 ans (1) (jusqu'à

quelques 10aines de milliers d'années...)

Très faible activité

: Gestion par décroissance radioactive sur le site de production puis élimination dans les filières conventionnelles.

Stockage de surface (Centre de stockage des déchets de très faible activité

de l’Aube)

Filières de recyclage

Faible activité

: Stockage de surface (Centre de stockage des déchets de faible et moyenne activité

de l’Aube)

Stockage a faible profondeur (2) : a l’étude dans le cadre de l’article 4 de la loi de programme du 28 juin 2006 relative a la gestion durable des matières et des déchets radioactifs

Moyenne activité

: Stockage profond (3) a l’étude dans le cadre de l’article 3 de la loi de programme du 28 juin 2006 relative a la gestion durable des matières et des déchets radioactifs

Haute activité

: Stockage géologique profond (3) a l’étude dans le cadre de l’article 3 de la loi de programme du 28 juin 2006 relative a la gestion durable des matières et des déchets radioactifs

(1) : la limite entre vie courte et vie longue est la demi-vie du césium 137, soit environ 31 ans. Le tableau mentionne la valeur entière immédiatement supérieure, par simplification.

(2) : stockage a faible profondeur signifie entre la surface et 200 m de profondeur.

(3) : profond signifie ≪ a plus de 200 m de profondeur ≫. Un projet de stockage profond est développe par l’Andra

dans la zone de transposition de 250 km2 définie en 2005 autour du Laboratoire souterrain de Meuse Haute-Marne, en vue de stocker les déchets de haute activité

et de moyenne activité

a vie longue (un seul stockage dans une couche argileuse (Callovo-Oxfordien) a 500 m de profondeur).

Electro-nucléaire


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Electro-nucléaire

Les déchets de moyenne et haute activité

à

vie longue

: ce sont les déchets liés au combustible nucléaire. Ils représentent 10% des déchets nucléaires. L’uranium utilisé

dans les centrales nucléaires en est retiré

au bout de trois à

quatre ans, pour être remplacé

par du combustible neuf.

Le combustible irradié

constitue un déchet hautement radioactif, et qui le restera pendant une période très longue. Il peut être stocké

en l’état, c’est à

dire qu’il faut stocker la totalité

des assemblages combustibles. Ces éléments combustibles peuvent être retraités, de façon à

recycler la matière énergétique. Cette opération de retraitement-recyclage est effectuée par exemple en France. Au terme des opérations de séparation, on récupère

:

-

la gaine du combustible

: les crayons entourant le combustible

;

-

la matière énergétique (U238 et plutonium), soit 97% du combustible usé

;

-

les déchets générés par la fission

: produits de fission et actinides mineurs (éléments formés par l’absorption de neutrons par les noyaux d’uranium).

Le retraitement permet, en récupérant la matière encore énergétique, de diviser par trois le volume des déchets à

stocker


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Electro-nucléaire

Selon les différents produits de fission, la période de radioactivité

varie de quelques secondes à

plusieurs milliards d'années.

La période radioactive est le temps que met un corps radioactif pour perdre la moitié

de son activité, c’est-à-

dire l’intervalle pendant lequel le nombre initial de noyaux radioactifs a diminué

de moitié

par suite de désintégrations.

Période radioactive de quelques radionucléides présents dans la nature :

Radium 226 : 1600 ans

Carbone 14 : 5730 ans

Potassium 40 : 1,3 milliards d’années

Uranium 238 : 4,5 milliards d’années

Période radioactive de qq

radionucléides au sein du combustible des centrales nucléaires :

Iode 131 : 8 jours

Césium 137 : 30 ans

Iode 125 : 60 jour

Plutonium 239 : 24000 ans

Les rayonnements endommagent les cellules de l’organisme. Celles-ci ont des capacités de réparation, mais qui sont limitées : au-delà

d’une certaine quantité

de rayonnements reçus, les cellules peuvent subir des mutations entraînant l’apparition, plusieurs années après l’exposition, de leucémies ou de cancers, ou être détruites, ce qui entraîne des lésions immédiates et aiguës des tissus.


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Electro-nucléaire

Chaque année, l’industrie nucléaire produit 1150 tonnes de combustible usé

qui sont envoyées à

l’usine de La Hague. 850 tonnes sont traitées annuellement pour en extraire le plutonium (1 %) et l’uranium (95 %) et pour conditionner le résidu (4 %). Le plutonium est réutilisé

dans la fabrication de combustibles neufs,qui

sont composés d’un mélange de plutonium et d’uranium.

Selon le rapport 2003 de l’ONDRAF, 2.400 tonnes d’uranium et de plutonium sont actuellement stockées sur notre territoire. Les réacteurs à

neutrons rapides posent certains problèmes.

Le principal est le traitement massif du plutonium avec lequel on peut fabriquer des armes nucléaires. Le plutonium issu des réacteurs à

neutrons rapides est de “super-qualité”, meilleure que le plutonium des armes nucléaires américaines et russes. En outre, les réacteurs à

neutrons rapides sont encore plus onéreux que les centrales nucléaires actuelles et doivent faire face à

de nombreux problèmes techniques.

Les cinq pays leaders :

Etats-Unis 100 582 mégawatts de puissance installée, 104 réacteurs.

France 63 260 Mw, 59 réacteurs.

Japon 47 587 Mw, 55 réacteurs.

Russie 21 743 Mw, 31 réacteurs.

Allemagne 20 470 Mw, 17 réacteurs.


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Electro-nucléaire

: la fusion thermo-nuclaireLa fusion nucléaire est un processus où deux noyaux atomiques s'assemblent pour former un

noyau plus lourd. La fusion de noyaux légers dégage d'énormes quantités d'énergie provenant de l'attraction entre les nucléons due à l'interaction forte (cf. énergie de liaison).

Cette réaction est à l'œuvre dans le soleil et certaines étoiles de notre univers.L'intérêt de la fusion nucléaire est qu'elle pourrait potentiellement produire beaucoup plus d'énergie, à masse de combustible égale, que la fission. De plus, les océans contiennent

naturellement suffisamment de deuterium naturel de l'hydrogène (Il possède 1 proton et 1 neutron) pour permettre d'alimenter en énergie la planète pendant des millénaires, et les produits de la

réaction de fusion (principalement de l'He4) ne sont pas radioactifs. En dépit des nombreux travaux de recherche réalisés dans le monde entier depuis 50 ans, aucune application effective de la fusion

à la production d'énergie n'a encore vu le jour, en dehors du domaine militaire avec la bombe H.


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ITER (en anglais : International Thermonuclear Experimental Reactor, en français : « réacteur expérimental thermonucléaire international ») est un prototype de réacteur nucléaire à fusion

actuellement en construction à Cadarache (France). Ce prototype est destiné à vérifier la « faisabilité scientifique et technique de la fusion nucléaire comme nouvelle source d’énergie1 ».

Un tokamak est une chambre de confinement magnétique

destinée à contrôler un plasma pour étudier la

possibilité de la production d'énergie par fusion

nucléaire.

Electro-nucléaire

: la fusion thermo-nuclaire

http://fr.wikipedia.org/wiki/Anglais

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fran%C3%A7ais

http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9acteur_nucl%C3%A9aire

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fusion_nucl%C3%A9aire

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cd/ITER-img_0236.jpg

http://images.google.fr/imgres?imgurl=http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/18/Tcv_int.jpg&imgrefurl=http://www.democratiedurableblog.fr/index.php%3Fpost/2008/10/14/La-fusion-nucleaire-lenergie-de-lavenir&usg=__vLoQeW-DNLNz5F1KNCmhZMZ3Mnc=&h=803&w=804&sz=87&hl=fr&start=15&um=1&tbnid=-q-ebx-om-ThjM:&tbnh=143&tbnw=143&prev=/images%3Fq%3Dfusion%2Bnucl%25C3%25A9aire%26hl%3Dfr%26sa%3DX%26um%3D1

http://fr.wikipedia.org/wiki/Champ_%C3%A9lectromagn%C3%A9tique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Physique_des_plasmas




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PILES A COMBUSTIBLES


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Piles à

combustibles

Une pile à

combustible est une pile

où

la fabrication de l'électricité

se fait grâce à

l'oxydation

sur une

électrode

d'un combustible réducteur

(par exemple

l'hydrogène) couplée à

la réduction sur l'autre électrode d'un oxydant,

tel que l'oxygène

de l'air

PAC au Méthanol

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pile

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectricit%C3%A9

http://fr.wikipedia.org/wiki/Oxydation

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectrode

http://fr.wikipedia.org/wiki/Oxydant

http://fr.wikipedia.org/wiki/Oxyg%C3%A8ne

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/Fuel_cell_NASA_p48600ac.jpg


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Piles à

combustibles

La pile à

combustible fonctionne à

l'inverse de l'électrolyse

de l'eau pure. Elle transforme l'énergie chimique

en énergie électrique

directement. C'est un générateur.

Elle est semblable à

une pile ordinaire. Elle possède une cathode

et une anode

séparées par un électrolyte

qui assure entre autres le passage du courant par transfert ionique des charges.

Comme une pile classique, elle consomme son oxydant (ici le dioxygène O2) et son réducteur (ici le dihydrogène H2). Elle continue de fonctionner tant qu'elle est approvisionnée en dihydrogène et dioxygène. Le réducteur peut être aussi du méthanol

ou du gaz naturel.

À

l'anode, a lieu la réaction d'oxydation suivante

: H2

→

2H+

+

2e–

Il y a donc production de deux électrons par molécule

de dihydrogène.

L'ion H+ passe de l'anode à

la cathode et provoque un courant électrique par transfert des électrons dans le circuit électrique.

À

la cathode, les ions H+ sont consommés suivant la réaction de réduction: O2

+

4H+

+

4e–

→

2H2O

La force électromotrice (la tension à

courant nul) théorique produite est de 1,23

V pour une pile fonctionnant à

25

°C

avec de l'oxygène et de l'hydrogène purs à

1

bar.

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectrolyse

http://fr.wikipedia.org/wiki/Eau_pure

http://fr.wikipedia.org/wiki/Eau_pure

http://fr.wikipedia.org/wiki/Chimique

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_%C3%A9lectrique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Cathode

http://fr.wikipedia.org/wiki/Degr%C3%A9_Celsius

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/78/Fuel_cell_FR.svg


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Piles à

combustiblesPile à combustible à l'hydrogène

Le fonctionnement d'une pile dihydrogène-dioxygène

est particulièrement propre puisqu'il ne produit que de l'eau

et consomme uniquement des gaz.

Mais la fabrication de ces piles est très coûteuse, notamment à

cause de la quantité

non négligeable de platine

nécessaire.Une des difficultés majeures réside dans la synthèse et

l'approvisionnement en dihydrogène. Sur Terre, l'hydrogène n'existe en grande quantité

que combiné

à

l'oxygène

(H2O, c'est à

dire l'eau), au soufre

(H2S) et au carbone

(combustibles fossiles de types gaz ou pétroles). La production de dihydrogène nécessite donc soit de

consommer des combustibles fossiles, soit de disposer d'énormes quantités d'énergie à

faible coût, pour l'obtenir à

partir de la décomposition de l'eau, par voie thermique ou électrochimique.

Ensuite, le dihydrogène peut être comprimé

dans des bouteilles à

gaz (pression en général de 350 à

700 bars), ou liquéfié

ou combiné

chimiquement sous forme de méthanol

ou de méthane

qui seront ensuite transformés pour libérer du dihydrogène.

Les rendements énergétiques cumulés des synthèses du dihydrogène, de compression ou liquéfaction, sont généralement assez faibles. Le dihydrogène n'est donc pas une source d'énergie primaire, c'est un

simple vecteur d'énergie difficile à

produire et à

stocker.

Pile à combustible au méthanol

Il existe deux types de piles à

combustible au méthanol

:

Les piles RMFC (Reformed

Methanol

Fuel Cell)

: dans ces piles, le méthanol est reformé

pour produire l'hydrogène qui alimentera la pile.

Les piles DMFC (Direct Methanol

Fuel Cell)

: dans ces piles, le méthanol est directement

oxydé

dans le cœur de la pile et ne nécessite pas d'être reformé.

Contrairement aux piles utilisant l'hydrogène, celles-ci ne sont pas "propres" car elles

rejettent du CO2 et même du monoxyde de carbone

(CO).

http://fr.wikipedia.org/wiki/Dihydrog%C3%A8ne

http://fr.wikipedia.org/wiki/Monoxyde_de_carbone

http://fr.wikipedia.org/wiki/Monoxyde_de_carbone


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Piles à

combustiblesThe Antares DLR-H2 during

its

technical

flight trial in June

2009 at

Zweibrücken. The fuel cell

is

slung

under

the left

wing

and the hydrogen

tank under

the right wing

–

with

a capacity

of either

2 or 4.9 kilograms. The fuel cell

system used

to power the Antares delivers

up to 25 kilowatts of electrical

power, and when

flying

in a straight line, the aircraft

only

requires

about ten

kilowatts of power. In this

situation, the fuel cell

is

operating at

an efficiency

level

of approximately

52 percent.

Honda FCX Clarity voiture à Moteur électrique

sur pile à

combustible

de la série "Honda Accord Hybrid" avec une pile à

combustible de type V Flow 1. C'est un véhicule à

5 places, 5 portes, en production limité

à

partir du 19 juin

2008

au Japon et aux États-Unis.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:FCX_Clarity.jpg

http://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur_%C3%A9lectrique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pile_%C3%A0_combustible

http://fr.wikipedia.org/wiki/19_juin

http://fr.wikipedia.org/wiki/2008


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Hydrogène

l’hydrogène est un vecteur d’énergie, et non une source d’énergie, si bien que l’impact environnemental de l’économie de l’hydrogène dépend de la source d’énergie primaire dont elle provient (charbon, nucléaire, renouvelables, gaz naturel)

;

un système de transport reposant sur l’hydrogène nécessite une infrastructure de ravitaillement très coûteuse

;

les PAC sont actuellement peu efficaces, chères et leur capacité de stockage est limitée.

Pour que la filière parvienne réellement à

se développer, de nombreux travaux de R&D et de démonstration, nécessitant des investissements publics et privés importants, s’avèrent donc indispensables.

Génération d'eau : PAC


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Hydrogène

Sous certaines conditions de stress (manque de soufre ou d’oxygène), les microalgues

peuvent produire de l’hydrogène.

Actuellement, moins de 3 % de l’énergie lumineuse totale est transformée en hydrogène. Pour être rentable, cette voie nécessite un rendement de 10 %, et la production d’hydrogène à

partir de microalgues

pourrait y contribuer.

Algues


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Hydrogène


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Project DF-1 (Miller Field, Scotland -

2010) BP, Shell, ConocoPhillips, Scottish & Southern Energy

• H2 & 475 MW Power generation

• with Capture & Geological Storage 1.8Mt/year avoided

• $600+ MM investment

• Needs a Policy framework

Hydrogène


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Véhicules H2

Readiness

of technology

–

Major progress

has been made in R&D of hydrogen

based

propulsion systems

over the past

10 years. Several

differen

approaches

are taken

for energy

conversion, namely

different

fuel cell

and combustion engines

technologies. However

early

assumptions

about market

viability

of those

technologies have been highly

over-

optimistic. The general

view

today

is

that

fuel cell

vehicles

will

not have a significant

market

penetration

before

another

20 years.

–

High cost, complex

technology, lack

of standards etc. will

require

further

investment

in research

and pan-

European

/ global cooperation. In this

respect the central role

of the European

hydrogen

platform

will

remain

crucial.

Hydrogen

Infrastructure

–

Hydrogen

infrastructure will

remain

a key

issue in the future. It is

still

unclear

if gaseous

or liquid

hydrogen

will

be

used

in the transport sector.

–

Short term

hydrogen

production from CNG has a negative

climate

impact and will

not be

a sustainable

energy

path. Hydrogen

production through

“green electricity”

cannot

be

made available

in sufficient

volume, also

it

will

inevitably

need

a strategy

for nuclear

power generation. Large scale

production based

on biomass

is

still

in the research

stage (also

in terms

of energy

use, why

not burn

biomass

directly

instead

of converting

it

to hydrogen?).

–

Central or local production of hydrogen

is

still

being

debated.

Storage technologies

–

On-board

storage

of hydrogen

is

still

a technical

challenge to meet

customer

expectations and acceptance

of filling

procedures

and vehicle

range. Further

research

is

needed

(aligned

with

infrastructure strategies) into

advanced

storage

technologies.

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Hydrogen

impact on climate

stabilisation

–

Considering

the urgency

for greenhouse

gas

reduction, hydrogen

will

not be

able to have a noticeable

impact within

the next

20 years. Although

hydrogen

is

highly

likely

to be

the energy

carrier of the mid-

to long-term

future, research

priorities

have to focus first on what

can

contribute

within

the next

10 to 15 years

with

sufficient

impact, whilst

continuing

research

on above

challenges.

“Bridging

technologies”

–

We

should

focus on delivering

to the market

technologies that

provide

greenhouse

gas

reductions

in the short term. Focus has to be

on

o Large scale

and efficient 2nd generation

bio fuels production

o Further

improvements

in vehicle

efficiency

o Deployment

of Intelligent Transport System (ITS) technologies

o Infrastructure and traffic

management improvements

o Hybrid

technologies

o Electronic

vehicle

controls

systems

o New and energy

efficient vehicle

concepts (e.g. city car, urban

delivery

van, larger

trucks

o Intelligent goods

logistics

–

A number

of those

technologies will

flow directly

into

fuel cell

vehicles

and their

early

deployment

will

help driving

FC technology

cost

down, such

as electric

motors, power electronics

and electronic

controls

from

hybrid

systems.

–

Also

research

and global cooperation

is

needed

on battery

technologies, for both

potential

future electric

vehicle

applications, hybrid

system efficiency

and future fuel cell

vehicle

applications.

HydrogèneVéhicules H2


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Recyclage

Déchets combustibles

Eco conception

Directive cadre UE 22 novembre 2008 (2008/98/CE)

: hiérarchie en matière de traitement des déchets, applicable dans le cadre de la définition des politiques nationales de gestion des déchets, qui prévoit les cinq actions suivantes par ordre de priorité

:

-

Prévention des déchets (solution à

privilégier) ; - Réemploi ;

-

Recyclage ;

-

Valorisation (y compris la valorisation énergétique) ;

-

Elimination des déchets, en dernier recours.

http://www.erp-recycling.fr/home

http://www.erp-recycling.fr/home


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LES TECHNOLOGIES DES ENERGIES RENOUVELABLES

Documents

3. LES NOUVELLES TECHNOLOGIES DE L'ENEGIE · 2013. 1. 30. · 23 Powertrain Engineering Business Unit – IFP school ESDD October 2009