Le 15 mai 2009, des scientifiques du Centre de recherche de Jülich (FZJ) ont élargi le champ d’application de la technologie énergétique très prometteuse des piles à combustible en atteignant une durée d’exploitation de 15.000 heures.
Les piles à combustible à haute température avec électrolyte solide (SOFCs) [1] sont des candidates excellentes pour une future mise en place dans les bâtiments, les centrales thermiques et les véhicules. Elles transforment l’énergie chimique de façon directe et efficace en énergie électrique – et épargnent ainsi les ressources naturelles tout en évitant les émissions polluantes. Soutenues par des budgets de projets de l’Union Européenne, les piles de génération 3 ont été construites au FZJ. Par la technique dite plane, développée à Jülich, les cellules uniques sont superposées dans ces empilements, pour atteindre une haute tension.
Des scientifiques de l’Institut de recherche énergétique (IEF [2]) et du Service central de technologie (ZAT [3]) ont désormais fait fonctionner avec succès deux piles de ce type pendant plus de 15.000 heures. "Elles ont produit en moyenne une puissance de 0,4 W/cm2, environ le double de ce qui est observé actuellement dans les systèmes commerciaux", selon le Dr. Robert Steinberger-Wilckens, directeur du projet "piles à combustibles" au FZJ. Une durée de vie de 5.000 à 10.000 heures suffit déjà à la mise en place dans les véhicules, mais pour un approvisionnement électrique stationnaire, des temps d’activité supérieurs à 40.000 heures sont nécessaires. "Nous poursuivons l’objectif de réaliser de tels temps de fonctionnement, et nous venons d’effectuer une bonne avancée dans ce sens, se réjouit le Dr. Steinberger-Wilckens.
"De plus, nous avons utilisé les piles à longue durée de vie à une température de seulement 700 °C, ainsi les cellules vieillissent plus lentement", selon Steinberger. Le vieillissement ou la dégradation d’une pile à combustible a des effets de déperdition progressive sur la performance – comme pour des batteries. De façon remarquable avec les piles de Jülich, la dégradation des cellules était de seulement 10% au bout de la durée d’exploitation maximale atteinte auparavant sur d’autres piles à combustibles. Communément, on décrète la fin de vie d’une pile lorsque la perte de performance atteint 20%. Ainsi les piles continuent à être utilisées sans altération et elles ont théoriquement un potentiel de 30.000 heures – un temps d’activité considéré jusqu’à présent comme inaccessible pour des piles de cette nature. Ainsi elles seraient qualifiées pour environ quatre ans d’activité non interrompue. Pour une utilisation discontinue, comme par exemple dans le chauffage de bâtiments, la durée de vie pourrait s’élever de 5 à 10 ans.
Le contexte du succès de Jülich est le suivant : des cellules performantes avec des couches fonctionnelles minces reliées de façon précise permettent une diminution de la température d’utilisation. Par ailleurs, les cellules spéciales acier-SOFC CroFer (ThyssenKrupp [4]) développées par Jülich et l’acier ITM choisi dans le cadre du projet européen Real-SOFC [5] (Plansee [6]) empêchent, avec les couches de protection correspondantes, la libération de produits de corrosion et rallongent ainsi la durée de vie.
Le projet Real-SOFC a été mené avec le soutien de l’UE entre 2004 et 2008. 26 institutions partenaires ont participé au succès du projet, entre autres des entreprises comme Topsoe Fuel Cells, Wärtsilä, RollsRoyce, H.C.Starck, HTCeramix et Hexis, ainsi que des institutions de recherche comme le CEA, ECN (Pays-Bas), VTT (Finlande), DTU Risø (Danemark), Imperial College (Royaume-Uni) und EMPA (Suisse).
[1] SOFCs : Solid Oxide Fuel Cells
[2] IEF : Instituts für Energieforschung
[3] ZAT : Zentralabteilung Technologie[4] Informations supplémentaires sur le groupe Thyssenkrupp (en anglais) : http://www.thyssenkrupp.com/
[4] Informations supplémentaires sur le groupe Thyssenkrupp (en anglais) : http://www.thyssenkrupp.com/
[5] Projet européen Real-SOFC (en anglais) : http://www.real-sofc.org/
[6] Informations supplémentaires sur le groupe Plansee (en anglais) : http://www.plansee.com/
[BE Allemagne numéro 437 (20/05/2009) – Ambassade de France en Allemagne / ADIT – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/59184.htm]
Pour la production décentralisée d’électricité/chaleur ces piles à combustibles semblent avoir un avenir assuré, même s’il semble plus douteux dans l’automobile, vu le potentiel de développement des batteries. La durée de vie de ces piles est un élément important et la recherche fructueuse (semble-t’il) sur les moyens de les faire fonctionner à plus basse température (moins de 100°C) devrait leur permettre de franchir le cap visé de 40000h dans un futur proche. Si on doit stocker de l’électricité sous forme de combustibles chimiques (méthane, H2, hydrocarbures), elles seront une voie royale de reconversion en électricité et chaleur (vu les rendements atteints et visés). Sinon la filière biogaz leur semble destinée.
Tout à f’d’ac avec vous. Voilà bien un usage où l’hydrogène (dangereux ?) pourrait avoir un usage EVIDENT: la cogèn et l’habitat. Une fois surmonté les limites inhérents à la « jeunesse » de la techno, les piles à combustibles trouveront une application parfaite: à la maison. Electricité (éclairage, électro-ménager, et même les batteries de la voiture !), chauffage et eau chaude sanitaire, produit localement, chez vous. Platine: la recherche, tant qu’elle n’est pas enterrée pour cause de facilité (charbon …), développe et trouve déjà des alernatives à ce métal. Patience, les solutions arrivent … Oups, j’allais oublier le principal: comment produire l’hydrogène qui alimentera nos piles à combustibles ? Nucléaire (mais faire de l’électricité pour en faire de l’hydrogène qui fera de l’électricité, ce serait stupide !), solaire (encore une fois, la techno progresse !), autre ?… LÀ est le problème.