Un catalyseur à base de fer pour les piles à combustible

Tous les fabricants automobiles cherchent à passer à la vitesse supérieure sur le plan environnemental, que ce soit en optimisant le moteur à combustion ou en développant de nouvelles technologies comme les systèmes de propulsion hybrides, les moteurs électriques et les piles à combustible.

Dans cette course, les chercheurs du groupe de Jean-Pol Dodelet du Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS** ainsi qu’Eric Proietti et Michel Lefèvre d’Électrocatalyse Canetique, estiment posséder une carte maîtresse : un catalyseur moléculaire à base de fer pour les piles à combustible. Ce dernier réduirait considérablement leur coût de fabrication en permettant aux fabricants de se libérer du métal principalement utilisé pour ce type de piles, le platine, qui est rare et onéreux.

À l’œil nu, le catalyseur à base de fer concocté par cette équipe de chercheurs n’a rien d’impressionnant : une simple poudre noire qu’on intègre à une mince couche de papier carbone pour en faire une électrode, elle-même insérée dans la pile à combustible.

C’est grâce à une combinaison d’hydrogène ou de carburants qui en contiennent et de l’oxygène présent dans l’air que les piles à combustible transforment l’énergie chimique en énergie électrique. Anodin en apparence, le catalyseur est une composante essentielle de la pile, car il déclenche la réaction qui produit le courant électrique. Dans les piles à combustible actuelles, le catalyseur est fabriqué en platine.

D’après les évaluations du Département américain de l’énergie, un système de piles à combustible comprenant l’empilement d’un grand nombre de ces électrodes et destiné à une voiture coûterait environ 5 000 $ s’il était produit à l’échelle industrielle. Or, d’après Michel Lefèvre, près du quart du prix de cet empilement est lié au platine qui se trouve dans le catalyseur. « Le platine est le matériau le plus utilisé parce qu’il est très efficace pour provoquer la réaction productrice d’électricité, ajoute Jean-Pol Dodelet. De plus, la pile à combustible est très acide et, habituellement, seuls les métaux nobles tels le platine résistent bien dans ce milieu. »

Mettre fin à toutes les dépendances

Comment abaisser le coût de ces piles qui ont l’énorme avantage de ne rejeter que de la vapeur d’eau? Certains tentent de réduire la quantité de platine utilisée. Jean-Pol Dodelet et ses coéquipiers se sont plutôt lancés sur un chemin plus audacieux : concevoir un catalyseur à base de fer qui résiste à l’acidité tout en dégageant autant d’énergie électrique que celui à base de platine. Le secret? Un mélange composé de sel de fer, d’ammoniac et d’un support de carbone qui subit une pyrolyse, un type de « cuisson » intense sans oxygène.

Pourquoi se donner tant de mal ? Il y a, bien sûr, la question pécuniaire. « Nous pourrions réduire le coût du catalyseur de façon importante », estime Eric Proietti qui, s’il hésite à donner un chiffre précis, prévoit que l’économie pourrait être de 50 %, voire davantage. Ce serait, en soi, un grand progrès pour les piles à combustible, « mais indépendamment du coût, renchérit Jean-Pol Dodelet, il y a une autre bonne raison pour choisir le fer : il est très abondant sur la planète. Ce n’est pas le cas du platine, pour lequel l’Afrique du Sud et la Russie contrôlent 90 % de la production mondiale. »

Un catalyseur à base de fer pour les piles à combustible

Pour plusieurs pays, le désir d’adopter des véhicules plus verts est motivé tant par des raisons écologiques que par la volonté de se libérer d’une dépendance aux pays producteurs de pétrole, souvent instables politiquement. Dans ce contexte, quel serait l’intérêt de favoriser des piles à combustible fonctionnant au platine, puisque celles-ci imposeraient une nouvelle dépendance? (Rappelons que les 34 mineurs en grève tués en août 2012 par la police, en Afrique du Sud, travaillaient justement dans une mine de platine.)

De gros joueurs intéressés

Le trio de chercheurs ne prêche pas dans le désert puisqu’il vient de recevoir deux subventions : l’une du ministère québécois du Développement économique, de l’Innovation et de l’Exportation, et l’autre du Conseil de recherche en sciences naturelles et en génie du Canada dans le cadre d’une initiative totalisant 1,4 million de dollars. Le troisième partenaire n’est pas des moindres : un constructeur automobile de classe mondiale qui préfère pour l’instant garder l’anonymat. Dans cette compétition technologique, ébruiter sa stratégie pourrait faire perdre la pole position…

Eric Proietti et Michel Lefèvre ont fondé leur propre entreprise, Électrocatalyse Canetique, pour commercialiser cette technologie émanant du laboratoire de recherche du professeur Jean-Pol Dodelet. Eric Proietti met de plus à contribution dans le projet son expérience en ingénierie, lui qui a travaillé plus de dix ans chez Bombardier Aéronautique à toutes les étapes de production, de la conception au contrôle de qualité.

Deux ans pour franchir le fil d’arivée

Les chercheurs ont deux ans pour parvenir à leurs fins – durée de subvention oblige. Il reste un seul problème avec leur technologie : la durabilité – le catalyseur ne reste pas actif assez longtemps pour un usage commercial. Les chercheurs du groupe de Jean-Pol Dodelet et d’Électrocatalyse Canetique ont fait des pas de géant ces dernières années concernant l’activité et la puissance du catalyseur, des résultats qui ont notamment mené à des publications dans Science et Nature Communications, et ils sont confiants d’abattre ce dernier obstacle.

Personne ne sait encore quelles seront les technologies environnementales adoptées par les grands constructeurs automobiles. En revanche, les piles à combustible font un retour en force ces dernières années. Signe des temps, neuf acteurs majeurs dans le domaine ont signé une déclaration commune dans laquelle ils s’engagent à commercialiser des voitures à piles à combustible dès 2015. D’ici là, les chercheurs impliqués dans cette course comptent bien avoir perfectionné leur nouveau catalyseur moléculaire à base de fer afin de faire partie de l’écurie gagnante! ?

 

[ Credit images : INRS ]
** INRS : Institut National de la Recherche Scientifique

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12 Commentaires sur "Un catalyseur à base de fer pour les piles à combustible"

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ecoenergie
Invité
La reduction de cout reste un element fondamental, particulièrement dans une economie liberale.mais nous avons aussi a regarder le bilan rendement. dans un futur ou l’energie prpre sera coûteuse il est necessaire de privilegier les equipements ayant un bon rendement energetique . Pour lemoment ce n’est pas le cas des PAC Avant de se focaliser sur le coût (dans une economie liberale on est sur que cet aspect sera etudie en profondeur) il faut se focaliser sur la physique Ameliorer le rendement devrait etre un objectif essentiel car la filière hydrogène est lourdement handicapée a tous les etages par les… Lire plus »
fredo
Invité

remplacer du platine par du fer, bravo, espèrons qu’ils parviennent à obtenir une durée de vie rallongée.

Oeildecain
Invité

. Pourquoi les énergies renouvelables propres serait-elle plus coûteuse, alors que ce sont les seules qui ne payent pas leur matière première énergétique … Une fois amortis les investissements structurels, l’éolien est la moins chère des énergies , et cela vaudra aussi certainement bientôt pour le solaire … Alors arrêtons cette désinformation qui ne perdure que parce qu’on triche en amortissant court des éléments quasiment immobiliers à amortissements longs … .

Lionel_fr
Invité
Donc les auto à pac arrivent en nombre en 2015. Où donc vont elles trouver leur hydrogène ? En france ? Nulle part , pas une seule station, rien ! On me rétorquera que les PAC fonctionnent aussi au gaz.. oui mais où sont les station gaz en France ? rien nada, GDF démonte celles qui avait construites Qui plus est , seules les PAC à oxides solides SOFC acceptent des carburants carbonnés, les autres (notamment PEMFC de l’article) ne prennent que de l’hydrogène pur. Faudra-t-il aller faire le plein sur les sites industriels (nombreux) français qui utilisent de l’hydrogène… Lire plus »
Pastilleverte
Invité

près du 1/4 du prix serait lié au platine selon l’article, et la réduction des coûts en supprimant le platine, mais en le remplaçant, par un matériau même peu onéreux pourrait atteindre 50% ??? La pile à combustible ne rejette que de la vapeur d’eau, ça tombe bien, c’est le principal gaz à effet de serre !!! Enfin, le jour où l’on produira “proprement” , en grande quantité et de façon économique de l’H2, qu’on saura le stocker en toute sécurié, ce jour donc viendra…un jour… Et en attendant, on fait quoi ? on interdit la circulaton automobile ?

Lionel_fr
Invité
Ben en attendant on brule pour 60 milliards d’euros de pétrole sur les route par an, la routine quoi ! Sauf que depuis environ un an , le pays réalise qu’il n’a plus une thune et qu’il serait urgent de grapiller des milliards ici et là. Le dernier plan-matraque fiscale espère rapporter péniblement 6 milliards dans les caisses au prix de privations et de destructions d’activité, d’emploi et de qualité de vie. Tout ça pour un misérable dixieme de ce qu’on brule sur les routes ! Comme l’hydrogène est une techno mature qui se stocke bien, qu’on sait en fabriquer… Lire plus »
Sicetaitsimple
Invité

Mais qu’est ce qui peut bien retarder le developpement d’une techno mature et qui se stocke bien , qui peut produire des millions de tonnes (par an, par mois, par jour?). On se demande bien…..C’est vraiment un mystère.

Tech
Invité

ne faites pas le naif, vous savez bien pourquoi, imaginez un instant qu’air liquide décide d’installer un réseau de distribution au particulier qui viendrait concurrencer directement celui des pétroliers et/ou d’edf/areva! cela va se faire, mais par petites touches! une petite flotte industrielle par ci un centre distributeur qui alimente ses chariots ou transpalette par là, un site de golf, unport, un hopital, un centre de loisir, etc, etc. patience.

gcb
Invité
Remplacer le parc automobile par des véhicules à hydrogène, le tout en ne rejetant que de l’eau ? Vous ne vous dites pas qu’il y a anguille sous roche ? Pour mémoire, l’hydrogène n’est pas une source d’énergie mais un vecteur. Produire par électrolyse l’énergie de tout notre parc auto nécessiterait tout simplement de doubler notre capacité actuelle de production électrique. Les autres techniques (réformage du méthane, cogénération nucléaire…) sont généralement polluantes ou non renouvelables par nature, encore que la 4e génération de réacteurs nucléaires permette d’envisager une alternative technologique. La question de la quantité à produire reste un obstacle… Lire plus »
Ambiel
Invité

Ordre de grandeur : remplacer tout notre parc automobile thermique par de l’électrique c’est 25TWh à trouver, soit la production de 1100 éoliennes off shore ou de 20GW de solaire. Si l’on tient compte d’un rendement pour la fabrication de l’H2 par électrolyse de 80% il faut ajouter quelques GW, mais cela ne relève pas de l’ordre de l’impossible Et au pire, 2EPR et le tour est joué 😉

Dan1
Invité
En 2008 on ne parlait déjà : Il est bien évident qu’une conversion totale du parc automobile français (37 millions de véhicules) ne se fera pas avec seulement 2 EPR de plus (et Fessenheim en moins ?). L’ordre de grandeur de gcb est correct à plus ou moins quelques EPR produisant eux-mêmes plus ou moins de TWh (entre 11 et 14 par an). Rappelons qu’avec nos 58 réacteurs (=63 GW) si on passe le facteur de charge de 75% à 85%, on gagne + 55 TWh qui permettraient d’alimenter plus de 15 millions de petites citadines (mais nettement moins de… Lire plus »
Sicetaitsimple
Invité

Ambiel, 20 GW de solaire et le tour est joué??? Vous plaisantez? Tech, je ne fais pas le naif, je pose juste la question de savoir à combien revient un MWh d’H2 produit, stocké, transporté, distribué, bref un MWh à “la pompe” en dehors de toute taxe.Si vous avez une réponse, on vous écoute.

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