PROJET GREEN FAMILY
Pile à combustible

 
Bases scientifiques.

Le projet se situe dans le cadre du respect de la réduction du CO2, recommandée par le protocole pour la réduction des émissions des gaz à effet de serre qui a été adopté à Kyoto en décembre 1997. Il faut améliorer sensiblement le rendement énergétique de toute transformation d'énergie. Rendement limité par celui du cycle de Carnot la plupart du temps, là où une combustion doit intervenir. Le projet se focalise sur la production domestique de CO2 et tente de la réduire de 50 à 75%.
Au niveau d'un ménage moyen, sa consommation annuelle d'énergie provient principalement du chauffage (50%-60%), de l'électricité (10-15%) et de son transport en véhicule (25-40%). Le rendement des trois chaînes de transformation d'énergie est très variable : respectivement 85% (chaudière au mazout, gaz ou charbon vers de l'eau chaude), 30% (du combustible des centrales en électricité transportée et distribuée au consommateur) et 12 à 15% (du pétrole au km parcouru). Soit un rendement énergétique global pondéré d'environ 55%. Il en résulte une production de CO2 par ménage d'environ 15 à 20 tonnes/an. Seule un moyen de production sans combustion peut aider à réduire cette production tant au niveau du chauffage que du transport en véhicule. à ces trois sources de consommation énergétique dans le but de réduire de 50 à 75% les émissions de CO2 (tout en gardant une qualité de l'air remarquable). Il s'agit de cogénération domestique en utilisant une pile à combustible. Le transport par véhicule s'effectuant alors en véhicule électrique ou hybride, dont les batteries seraient chargées à partir de la pile statique.
En effet le rendement énergétique annoncé de pile à combustible atteint dans quelques installations prototypes les 90 (jusqu'à 96%) en cas de production combinée. La cogénération au niveau domestique nous paraît particulièrement utile là où l'eau chaude, en quantité raisonnable, serait disponible pour le chauffage et l'eau chaude requise pour d'autres usages, ceci avec des distances entre la production et l'utilisation suffisamment proches pour éviter les pertes dans le transport.
Le but de ce projet est, sur base d 'éléments existants, de construire et tester une telle installation de manière à pouvoir définir une politique de développement durable. Ce projet devrait naturellement déboucher sur plusieurs brevets et, après étude économique post-projet, sur une spin-off distribuant ce produit.

La justification économique et technologique

La pile devra être complétée d'un dispositif de stockage d'une partie de l'énergie pour subvenir aux pointes de demandes de l'utilisateur mais la puissance installée sera relativement modeste pour limiter les coûts (disons entre 3 et 10 kW). Toutefois la justification économique ne pourra avoir lieu que dans un cadre à plus long terme, une fois mieux connues les données relatives au vieillissement de ces installations ainsi que les paramètres de base participant au coût de la pile qui pourraient être adaptés pour en limiter le coût, à tout le moins lors de la production en masse de ce type d'installation. De plus il nous apparaît utile de définir le coût sociétal d'une telle installation, le gain pour l'environnement devant être récupérable (ou taxable pour les autres moyens de production) sous une forme permettant de définir un coût de kWh incluant tous ces facteurs.

Les étapes de développement du projet

1) État de l'art au niveau international et étude d'un site d'implantation
2) implantation de la pile, des interfaces
3) évaluation de l'utilisation et bilan des émissions
4) analyse technico-économique et rentabilité sociétale (coûts réels, impact environnementaux)

Ce projet, subsidié par la Région Wallonne (DGTRE) (convention 114824) a démarré en septembre 2002. Sa fin est prévue en 2006.
Nous collaborons, dans ce projet, avec le département de chimie industrielle de ULg qui a de nombreuses autres recherches dans le domaine des piles à combustible : http://www.ulg.ac.be/cior-fsa/activite/index.htm

Informations générales sur les piles à combustible - Cliquez ICI

Publication :
  • J.L. Lilien, S. Lerson, N. Pochet.
    System optimization for residential SOFC 5 kW heat and electricity management,
    6th European Solid Oxyde Fuel Cell Forum, Lucerne, July 2004.(10 pages).
  • J.L. Lilien, S. Lerson, N. Pochet, F. Marechal.
    A heat piloted 5 kW fuel cell.




    Pile PEM (proton exchange membrane) Pile SOFC (solid oxyde fuel cell)


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