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AUTomotive deRivative Energy system

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Les secteurs des transports et de la production d’électricité unissent leurs forces pour accélérer le développement des piles à combustible

La mise sur le marché d’un système efficace, durable et abordable pour les piles à combustible est un objectif commun à la filière automobile et aux industries stationnaires. Une initiative de l’UE a jeté les bases d’une nouvelle génération de systèmes de piles à combustible afin de réduire les émissions de CO2.

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La création de synergies entre ces deux marchés non concurrentiels présente des avantages en termes d’augmentation du volume de production et de réduction des coûts, afin de rendre les piles à combustible compétitives par rapport aux technologies actuelles. Le projet AutoRE, financé par l’UE, «a ouvert la voie aux systèmes de piles à combustible de prochaine génération destinés à la production combinée de chaleur et d’électricité dans les bâtiments commerciaux et industriels», déclare Greg Kelsall, coordinateur du projet.

Le premier prototype d’unité de pile à combustible à plage de puissance intermédiaire devient réalité

L’équipe d’AutoRE a construit et testé un prototype de pile à combustible de 50 kWe conçu pour la production combinée de chaleur et d’électricité. Il comprend un conteneur de pile à combustible qui renferme une pile à combustible à membrane échangeuse de protons dérivée de l’automobile, un conteneur de production d’hydrogène qui abrite des réacteurs de reformage du gaz naturel et des échangeurs de chaleur, ainsi qu’une unité d’absorption par inversion de pression et des réservoirs tampon de gaz résiduels/hydrogène. La phase de validation a démontré que le prototype n’était pas capable de fonctionner comme un système pleinement intégré. Par conséquent, le projet s’est concentré sur l’exploitation de plusieurs composants du système capables de réduire les coûts et d’accroître la durabilité et l’efficacité. Il s’agit du reformeur de gaz naturel, de la pile à combustible dérivée de l’automobile et du séparateur d’hydrogène à membrane. La mise à l’essai du prototype du système a néanmoins permis aux partenaires du projet de tirer quelques enseignements clés. Pour les conceptions futures, il serait préférable de réduire la pression de service du reformeur. Cela permettra d’utiliser des matériaux standards tout en évitant les problèmes de corrosion, puis de pressuriser le reformat à un stade du processus postérieur au passage dans le réacteur principal. Dans les systèmes futurs, si une méthode de nettoyage du reformat pouvait être mise en œuvre pour réduire considérablement les fluctuations de pression et éliminer le besoin de stocker l’hydrogène et le gaz de synthèse, le risque d’explosion pourrait alors être considérablement réduit. Cela simplifiera les exigences en matière de permis et de conformité réglementaire d’un site et réduira le risque d’explosion en retirant les réservoirs eux-mêmes et, surtout, en réduisant considérablement le volume de gaz stocké dans le système à tout moment. La suppression des charges associées à l’absorption par inversion de pression et aux vannes d’arrêt de sécurité sur chaque tuyauterie d’entrée et de sortie permettrait également de réduire les charges parasites sur le système. Ces vannes d’arrêt sont nécessaires pour empêcher les réservoirs de se vider en cas de fuite. Pour les conceptions futures, les partenaires recommandent également de réduire au strict minimum le stockage du gaz et d’utiliser, dans la mesure du possible, des raccords étanches durables.

La modélisation montre la voie à suivre

Les membres de l’équipe ont réalisé une modélisation complète du prototype afin d’améliorer le système à l’avenir. Cette étape a été effectuée pour la configuration de base et pour les améliorations futures, comme le remplacement de l’absorbeur par inversion de pression par un système sélectif à membrane. Sur la base de la modélisation, il est possible d’atteindre l’objectif de rendement électrique de 47 %. En effet, la réduction de la charge sur la pile à combustible à l’intérieur du système permet d’atteindre les objectifs de charge électrique et thermique de 90 % et 43 % respectivement. «Cette coopération, qui réunit pour la première fois en Europe des développeurs de systèmes automobiles et stationnaires de piles à combustible, accélérera encore le développement des piles à combustible», conclut M. Kelsall. «Il s’agit d’une situation gagnant-gagnant pour les piles à combustible automobiles.»

Mots‑clés

AutoRE, pile à combustible, automobile, système de pile à combustible, production combinée de chaleur et d’électricité, système de pile à combustible stationnaire

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