Le groupe français spécialiste des gaz industriels Air Liquide indique qu'il met depuis plusieurs années son expertise hydrogène au service de la recherche de solutions énergétiques propres fondées sur la pile à combustible. Il participe à de nombreux projets portant sur les transports en Europe et en Amérique du Nord, sur les aspects stockage de l’hydrogène, alimentation des véhicules (stations-services) et pile à combustible. Avec sa filiale Axane, spécialisée dans la pile à combustible, Air Liquide est le leader du projet européen Hychain-Minitrans qui consiste en un test grandeur nature de 158 véhicules fonctionnant à l’hydrogène dans quatre régions d’Europe. Xavier DRAGO, Directeur du Développement Durable d'Air Liquide, a affirmé : "Dans un contexte de limitation des émissions de gaz à effet de serre, l’hydrogène apparaît comme le gaz du futur. Avec les piles à combustible qui offrent une baisse de 30 % des rejets de CO2, l’hydrogène sera un des vecteurs d’énergie propre de demain."

Hydrogène et pile à combustible : une démarche axée sur le développement durable

L’hydrogène, une molécule d’avenir

Le groupe souligne que l’hydrogène est le plus petit de tous les atomes. La molécule de di-hydrogène, H2 forme un gaz incolore, inodore, inflammable et réactif avec de nombreuses substances chimiques. Omniprésent dans l’univers, c’est la plus légère et la plus abondante des molécules : elle constitue la matière essentielle des étoiles et du soleil. Elle n’existe pas seule sur terre mais se trouve combinée avec d’autres atomes, généralement de l’oxygène pour former de l’eau ou du carbone pour former des hydrocarbures.

Axane estime à environ 500 milliards de Normaux m3 (environ 50 Millions de tonnes), la quantité d’hydrogène produite en 2005 par l’ensemble de l’industrie mondiale. La production d’hydrogène par l’ensemble des fabricants de gaz industriels en 2005 a dépassé les 30 milliards de m3, chiffre qui devrait quasi doubler d’ici 2008. Les industriels de la chimie et de la pétrochimie ayant de plus en plus tendance à externaliser leurs approvisionnements pour des nouveaux besoins en forte croissance.

Comment le produit-on ?

Près de 80 % de l’H2 produit proviennent du reformage du gaz naturel : ce procédé est le plus répandu car il est relativement facile à mettre en oeuvre à grande échelle et économiquement avantageux. En effet, la molécule de méthane CH4 mélangée à de l’eau et portée à haute température produit de la chaleur, de la vapeur, du CO, du CO2 et de l’H2. Le monoxyde de carbone (CO) le dioxyde de carbone (CO2) ainsi que l’association d’H2 et de CO sont commercialisés auprès de l’industrie chimique pour la fabrication des polycarbonates et des polyuréthanes (utilisés, par exemple, pour les mousses de garnissage dans l’ameublement et dans l’automobile), ce qui contribue à optimiser l’efficacité industrielle et à minimiser les rejets de CO2. Des procédés d’épuration permettent selon les besoin d’obtenir de l’H2 pur. L’obtention d’H2 par électrolyse de l’eau est une alternative très consommatrice d’énergie électrique, adaptée souvent à la production de petits volumes ou proche de sources hydroélectriques à bas coût (Canada par exemple).

Principales applications

 L’application de loin la plus importante et dont la croissance est la plus rapide, est la désulfuration des carburants automobiles, conformément aux réglementations en vigueur dans de nombreux pays,

 L’industrie pétrochimique (plastiques, détergents, peintures) nécessitant de très grandes quantités, l’approvisionnement est réalisée dans ce cas là, par pipeline,

 L’électronique, le traitement thermique des métaux, le polissage du verre, la fabrication du verre plat et l’hydrogénation des huiles comestibles font également appel à l’hydrogène qui est cette fois-ci approvisionné compressé ou liquéfié, par camion ou bouteilles, ainsi que par de plus petites usines,

 Dans le spatial, l’hydrogène est le vecteur énergétique le plus efficace employé dans la propulsion des fusées et navettes,

 L’hydrogène est vecteur d’énergie lorsqu’il alimente une Pile à Combustible qui produit de l’électricité de manière propre et silencieuse (ne rejetant que de l’eau). Cette source d’énergie est appelée à d’importants développements à moyen et long terme.

Le procédé inverse de l'électrolyse

Axane expliqe que la Pile à Combustible fonctionne selon le procédé inverse de l'électrolyse. Elle restitue de l'eau à partir d'hydrogène et de l'oxygène de l'air en produisant de l'électricité et de la chaleur. A l'inverse, l'électrolyse dissocie l'oxygène et l'hydrogène de l'eau en consommant de l'électricité. Cette réaction non polluante (la pile ne produit que de l'eau) est obtenue dans chacune des cellules de base qui sont associées pour constituer un module d'énergie de la puissance souhaitée : le stack. Cette technologie est aujourd'hui la seule à même d'être Zéro Emission, sans production de CO2. L'attrait pour les Piles à Combustible est justifié par leurs nombreux avantages :

 De hauts rendements énergétiques : le rendement net électrique d'une pile varie entre 30 et 70 %,en comparaison, celui d'un moteur à combustion est en moyenne de 20 %,

 De faibles niveaux sonores : seuls certains organes comme le compresseur, le système de ventilation produisent un léger bruit. Les émissions sonores sont très faibles de l'ordre de 40 à 50 dB à 1m, ce qui autorise donc par exemple une utilisation la nuit,

 Modularité : la pile est constituée de cellules élémentaires mises en série et en parallèle pour obtenir le couple tension-intensité désiré.

La Technologie Pile à Combustible d'Axane

Autour d'une plate-forme technologique modulaire unique selon les besoins de ses clients, Axane développe sa gamme de Piles à Combustible de type PEM (Proton Exchange Membrane). Cette plate-forme est destinée à des usages multiples et se décline en une gamme de produits diversifiés. Trois sont dores et déjà disponibles : un générateur portable, un générateur stationnaire et un générateur intégrable. Tous les produits fonctionnent à partir d'Hydrogène gazeux standard disponible dans les centres d'approvisionnement Air Liquide ou livrable sur site.

Axane affirme que les gaz à effet de serre, la pollution des villes et les déplacements urbains sont aujourd'hui les enjeux majeurs de notre développement. La tendance à la concentration des populations dans les grandes agglomérations et l'expansion inéluctable des zones périurbaines impliquent le développement des transports publics et individuels, générant une augmentation très importante du trafic. Parallèlement la consommation d'énergie par habitant dans les pays en voie de développement ne cesse de croître, alors que les réserves d'énergies fossiles s'épuisent inexorablement. La production d'énergie nécessaire aux besoins des populations a de plus en plus d'impacts négatifs sur l'environnement, notamment en matière de santé publique.

Dès lors, la recherche et le développement de nouvelles sources de production d'énergie sont clairement imposés par le respect des engagements internationaux, notamment après la ratification du Protocole de Kyoto. Ce dernier signifie pour l'ensemble des signataires, la nécessité de réduire leurs émissions de gaz carbonique (CO2) et de cinq autres gaz à effet de serre de 5,2 % (pour l'Union Européenne) entre 2008 et 2012 par rapport au niveau atteint en 1990. Les pouvoirs publics comme les industriels, conscients des impacts négatifs sur notre environnement, ont engagé les recherches nécessaires pour parvenir à des solutions permettant l'émergence d'une énergie renouvelable propre, sûre et performante. Deux des préoccupations de la politique énergétique de la Commission Européenne sont le réchauffement climatique et l'indépendance énergétique. Ainsi, les systèmes de production d'énergie de type Pile à Combustible alimentés en hydrogène sont des solutions majeures mentionnées dans les programmes de la Commission Européenne.

Non polluante et silencieuse, pouvant se décliner dans une large gamme de puissance, la Pile à Combustible, en particulier de technologie PEM (Proton Exchange Membrane), alimentée en Hydrogène, est le « générateur d'électricité » indispensable pour les transports publics, les applications stationnaires, mobiles ou intégré dans un système, dès lors que le respect des contraintes environnementales devient une priorité. Les récents progrès de développement et l'émergence de nouveaux matériaux permettent d'envisager différentes applications dans les domaines du transport public, du stationnaire, du petit portable et de la distribution d'énergie. Enjeu de société et enjeu économique, il est aujourd'hui nécessaire de reconnaître l'Hydrogène comme un vecteur d'énergie propre d'après Axane.

Source et Photo : Air Liquide, Axane