Production, distribution et stockage de l’hydrogène
Annick Percheron-Guégan
Présidente du Comité d’évaluation PAN-H
La production propre de l’hydrogène,le défi relevé par PAN-H
2005
2006
ELECTROLYSE BT
DEPEM HP
EOLHY
2007
Electrolyseur PEM
Système/couplage EnR
PEPITE
2008
AIRELLES-1*
Electrolyseur alcalinELECTROLYSE HT
SEMI EHT
CERAMET
CELEVA(protonique)
Cellules
Modélisation
Electrolyseur HT
Interconnecteurs
EVERESTE 1EMAIL
ICARE
MOISE
20% du budget PAN-H : un effort important de l’ANR
PRODHYGE
SEMIEHT – Stack Expérimentaux et Modules Innovants pour Électrolyse à Haute Température
Empilementde 4 cellules Φ120 mm
Faits marquants :• Fonctionnement d’un empilement de 4 cellules à800°C, avec une production de 2g/h de H2, avec joints métalliques, électrodes à air àbase de nickelates• Premier chiffrage du coût de production de H2 : 2€/kg
Objectifs :• Mettre en place à l’échelle française les compétences scientifiques et technologiques nécessairesà la filière EVEHT, des matériaux à l’empilement. • Innover sur les électrodes, les jointset l’empilement
Joint métallique
PRODHYGE – Production D’HYdroGEne
Label de
Résultats majeurs:- Cellule tubulaire de grande surface 600cm²- Essai échelle 1, 20 NL/h d’hydrogène produit à 850°C,- Redémarrage après un cycle thermique complet,- Faisabilité acquise
Performance au niveau de l’état de l’art de la technologie à électrolyte support. Première française
200 m
m
Φ100 mm
CEA, Areva,ArcelorMittal, SPCTS, LMP
Objectif :Faisabilité d’une architecture innovante pour l’EHT et la production massiveArchitecture coaxiale.Brevets CEA
Label du pôle
ViamecaObjectif : Production massive d’Hydrogène par Electrolyse de la vapeurd’eau entre 400 et 600°C :- faible consommation d’électricité- bonne tenue des matériaux
AREVA NP (NTCI-F), IEM, LADIR, LISE, ENSME, AREVA NP CT, SCT
Résultats majeurs:� Obtention d’un électrolyte à conduction protonique σ ≈ 10-2 S/cm à 600°C & P>10 bars :un Zirconate dopé� Synthèse des Electrodes sous forme decermet�Réalisation de cellules avec des procédésindustriels de brasage assurant l’étanchéité.� H2 produit à 600°C avec 80% de rendement
CELEVA – Assemblage électrode /électrolyte àconduction protonique avec réalisation d’une CElluled’éLEctrolyse de la VApeur prototype
DEPEM-HP - Développement d’un Électrolyseur PEM Haute Pression
Résultats marquants :
� Optimisation de la conception des empilements de cellules en vue réduction du coût de fabrication d’un facteur 10
� Développement (laboratoire) et qualification (industriels) de catalyseurs non nobles de type HétéroPolyAnions (HPA)
� Qualification, ex-situ et en conditions réelles d’électrolyse, de matériaux de plaques bipolaires alternatifs au titane massif
� Réalisation d’un système intégréd’électrolyse PEM.
Labels de
Système GenHY
Stack DEPEM
La distribution de l’hydrogène
2005
2006
2007
Matériaux acier
Modèle économique
Matériaux polymères
Perte de charge
CATHY GDF
RESEAUX TransportDistribution
POLHYTUBE
READY
ECOTRANSHY
2008
5% du budget PAN-H: suffisant ?
Objectifs
�Aptitude de tubes acier haute résistance pour le transport d’hydrogène gazeux à pression élevée
�Pratiques d’essais de laboratoire en hydrogène gazeux pressurisé
�Développement d’un outil expérimental pour l’étude du comportement de tubes endommagés sous pression hydrogène
Résultats
�Recommandation tubes acier nuance X80 pour transport H2: Facteur de charge maximal: 0.35
�Economie liée à l’achat de tubes nuance X80 : jusqu’à 30%
�Le banc sur virole
Φ 36’’ (914 mm)co-propriété GDF SUEZ-CNRS
CATHY-GDF - Caractérisation des Aciers pourle Transport de l'HYdrogène
Faits marquants :� Perméabilité à l'H2 de polymères sous différentes géométries, et au cours du vieillissement sous H2;
PE100 et PA11 : pas d'évolution après 12 mois�Caractérisation et développement de
matériaux ‘barrière’
POLHYTUBE – Matériaux innovants pour les réseaux de distribution d'Hydrogène
Cellule de perméabilité sur tube
Objectifs :� Matériaux performants en termes de perméabilité et de tenue mécanique à long terme en présence d'H2, � Identification des éventuels problèmes posés par les fortes concentrations en H2
IFP, CEA, Air Liquide, Arkema, ENSMA, IMP/GEMPPM
Stockage de l’hydrogène
2005
2006
STOCKAGEGAZEUX HP
Polymères/fibres C/procédé
Polymères sans liner/fibres C/conformable
HYBOU
HYPE
2007
2008
Stockage tamponCYRANO-1
Endommagement
Hydrures complexes
STOCKAGE SOLIDE
Hydrures hybrides
CASTAFHYORSIPOPAC
H2 PAC
MATHYSSE
- hydrures chimiques
Réservoirs pour :
-intermétalliques
ENDEMAT
METALICA
ALHAMO
MODERNHY-T10% du budget PAN-H : suffisant ?
HyBou - Matériaux innovants pour Liners Polymères et Coques composites de Réservoirs de type IV
Faits marquants :
� Relations structures Polyuréthane et perméation H2 :
Performance = référence européenne
� Faisabilité du rotomoulage de matériaux thermo-durs : Réalisation de liners pour réservoirs H2Caractérisation en fatigue mécanique et thermomécanique des composites : Structures optimisées de réservoir 700 bar
� Essais rupture > 1700 bar
Développer des Matériaux & Procédés nouveaux pour� Performances et � Coût des réservoirs
Liners en PU rotomoulés
Coque composite
HYPE - réservoir HYdrogène haute PrEssion
� Objectifs : réduire les points durs du stockage compriméde l’hydrogène pour l’application automobile : le coût, l’encombrement et l’acceptabilité sociale.
� Livrable final : bouteille d’hydrogène compriméprésentant une capacité de stockage accrue à isoencombrement et iso coût, munie de sa protection incendie.
� Résultats majeurs :
1. Imprégnation des fibres de carbonehaute résistance par du nylon polyamide 6.
2. Tête de dépose du composite à renfort fibre de carbone et à matrice nylon 6
H2PAC - Générateur d’hydrogène, à hautes performances à base d’hydrure chimique
Objectif :
� Générateur H2, non rechargeable, basé sur
� l’hydrolyse du borohydrurede sodium, pour alimentation de dispositifs électroniques nomades.
Faits marquants :
� Conditions d’hydrolyse permettant d’atteindre un rendement en H2 de 9%
� Cartouche d’H2 produisantun débit à la demande sans dispositifs auxiliaires pour pile à c. miniature.
� Retombées industrielles potentielles importantes pour tél. portables
� 18 brevets déposés
Démonstrateur
IRCELYON, LMI, SNPE, Recupyl
�Données thermodynamiques, thermocinétiques, et de stabilité thermique relatives aux produits de l’hydrolyse, les métaborates hydratés�Mécanismes d’activation catalytique de la réaction d’hydrolyse de NaBH4
CASTAFHYOR – Catalyse et stabilitédes phases formées au cours de l‘hydrolyse des borohydrures CEA – IRCELYON – LMI - LHP – Air Liquide – PSA
2 verrous majeurs
Gestion de l’eauet des produits d’hydrolyse Catalyse de la réaction
NaBH4 + (2+ x) H2O NaBO2.xH2O + 4H2
catalyseur
2 verrous majeurs
Gestion de l’eauet des produits d’hydrolyse Catalyse de la réactionCatalyse de la réaction
NaBH4 + (2+ x) H2O NaBO2.xH2O + 4H2
catalyseur
Φ 55mm
1 mm
Couronne catalytique à base de borure de cobalt déposé sur mousse de nickel pour pile à c. miniature
Conclusions
� Production propre de l’hydrogène :� Mise en place des compétences et moyens
� Des performances au niveau international
� Une Recherche essentielle pour produire de l’hydrogène en quantité suffisante
Conclusions
� Distribution de l’hydrogène : � Pratique et moyens de tests en hydrogène acquis
� Des recommandations de dimensionnement émises
� Des matériaux polymères « barrière àl’hydrogène » identifiés
� Stockage tampon en canalisation associé aux EnR
Conclusions
� Stockage gazeux à haute pression� Des réservoirs en matériaux composites au niveau
international
� Réduction des coûts
� Stockage dans des matériaux solides� Des performances exceptionnelles pour la
production d’hydrogène
� Un démonstrateur abouti pour l’application nomade
� Un verrou important pour toutes les applications