Pile à combustible : Hydrogène vs Méthanol

[Sci-G]

Bonjour à tous !

OK. Tout comme toi et les gens de l’IFP, je ne crois pas en la solution hydrogène avant longtemps. Mais il y a quiproquo : je ne propose pas une pile à combustible alimentée par hydrogène mais par méthane (pour la version domestique) et par alcool (pour la version embarquée). De ce point de vue, je persiste et je signe :
_les infrastructures actuelles (GDF) permettent d’alimenter toute la France, y compris les régions isolées, en méthane. Le passage à la pile à combustible nécessiterait quelques adaptations de montant limité mais rien de révolutionnaire.
_les infrastructures actuellement utilisées pour l’essence desservent aujourd’hui toute la France et peuvent être utilisée après nettoyage pour l’alcool sans coût supplémentaire.
_il n’y a pas de problème, ou de coût, de production, de transport et de stockage lié à l’hydrogène. Les structures existent sans problèmes majeurs.

La lutte contre la pollution s’effectue de 2 manières :
_le recyclage à grande échelle des déchets organiques. Elle existe déjà à un coût relativement modeste. 400 millions de tonnes de déchets organiques (bois, papiers, déjections animales, déchets des filières agroalimentaires, déchets verts….) potentiellement utilisables en France, cela ouvre tout de même des perspectives. Je reconnaît que, en l’état actuel des techniques, cela ne suffira pas. Néanmoins, ce n’est pas négligeable et ce qui proviendra de cette filière sera autant d’économisé comme pollution.
_la pile à combustible permet des économies d’énergie. Et ce de 3 manières :
_le rendement (même sans cogénération) est supérieur aux systèmes actuels.
_la pile à combustible domestique fonctionnera en permanence dans nos maisons, ne serait ce que pour alimenter le réfrigérateur. Elle dégage donc en permanence de la chaleur (60 ou 80 degrés pour cette version, je crois). La récupération de chaleur pour le chauffage et pour l’eau chaude va entraîner de très importantes économies d’énergie.
_l’utilisation de la pile à combustible implique une production d’électricité décentralisée. Or, chaque KM parcouru par l’électricité entraîne des déperditions d’énergie. La décentralisation via la pile à combustible réduit donc de manière considérable les pertes d’énergie liées au transport de l’électricité.

Au total, même si cela ne règle pas tout, c’est un progrès important.

Je persiste : dans le mesure où on peut obtenir du méthane à partir des déchets organiques, toute société à au moins une source, même si elle est insuffisante. Pour les sources fossile, il faut prendre en compte les réserves de pétrole et de charbon, à partir desquels on peut aussi obtenir du méthane (et du charbon, il y en a beaucoup). Les ressources en méthanes (directes ou indirectes) sont donc largement réparties (je n’ai pas dit également réparties ou suffisantes pour que tout le monde soit indépendant). Ca limite forcément les tensions politiques.

Le problème du coût est un faux problème. La plupart des produits finis industriels sont chers lorsqu’ils sont des prototypes, en petites quantités, où encore récents (pour amortir les coûts de R&D). La production à grande échelle pour le marché russe, européen, américain, chinois, indien… laisse entendre que les besoins sont immenses. A cette échelle, les prix seront forcément très largement inférieurs, notamment dans quelques années, lorsque seront amortis une bonne partie des investissements réalisés.

Pour le particulier, l’intérêt d’une pile est important : pas besoin de chaudière, économie de la facture de chauffage, électricité payée au prix du méthane, disponibilité 24h/24h et 7j/7, indépendance vis à vis du réseau (pratique en cas de tempête)….
Compte tenu de ses intérêts, dés qu’elle sera produite à grande échelle et donc à un prix acceptable, la pile à combustible s’imposera très rapidement (probablement d’ailleurs en moins de 10 ans, regarde ta facture de chauffage et imagine les gains possibles même si la chaudière est neuve). Même le solaire thermique n’apporte pas ces avantages. Le plus probable est que les vendeurs de chaudières proposeront de plus en plus de piles à combustibles jusqu’à ce qu’ils ne vendent plus que ça. La pile s’intégrera très facilement dans nos structures actuelles (quelque soit l’inertie des consommateurs), c’est là un de ses principaux avantages !

Quant à la formation des chauffagistes, sur les 140 milliards de francs de budget annuels de formation professionnelle en France, on devrait bien dégager les sommes nécessaires pour former quelques milliers de chauffagistes.

Bien voilà pour les éclaircissements de mon point de vue. Je suis toujours amateurs de contre arguments.

Bonne journée à tous !

[Cécile]

Je reste sceptique, pour plusieurs raisons.

D'abord, je pense qu'avec le méthane, les avantages écologiques sont faibles voire nuls. Les déchets organiques ne sont qu'une goutte d'eau face aux besoins, et leur récupération n'est pas si facile (les pouvoirs publics encouragent depuis des années leur collecte sélective pour éviter de brûler stupidement un déchet aussi humide... les résultats sont très lents. Il ne faut pas sous-estimer la lenteur du changement de mentalité).

_le rendement (même sans cogénération) est supérieur aux systèmes actuels.

ce rendement supérieur de la pile est contre-balancé par l'énergie dépensée pour le réformage du méthane en hydrogène (aucune pile ne fonctionne directement au méthane)

_la pile à combustible domestique fonctionnera en permanence dans nos maisons, ne serait ce que pour alimenter le réfrigérateur. Elle dégage donc en permanence de la chaleur (60 ou 80 degrés pour cette version, je crois). La récupération de chaleur pour le chauffage et pour l’eau chaude va entraîner de très importantes économies d’énergie.

Et l'été, il faudra mettre plus de clim ? D'autre part, pour que ton idée fonctionne, il faut répartir cette chaleur. D'où tuyaux supplémentaires ... tu proposes en fait une cogénération sans utiliser le mot.

_l’utilisation de la pile à combustible implique une production d’électricité décentralisée. Or, chaque KM parcouru par l’électricité entraîne des déperditions d’énergie. La décentralisation via la pile à combustible réduit donc de manière considérable les pertes d’énergie liées au transport de l’électricité.

Et tu crois qu'il n'y a pas de perte de méthane dans les tuyaux ?

Pour les sources fossile, il faut prendre en compte les réserves de pétrole et de charbon, à partir desquels on peut aussi obtenir du méthane (et du charbon, il y en a beaucoup). Les ressources en méthanes (directes ou indirectes) sont donc largement réparties (je n’ai pas dit également réparties ou suffisantes pour que tout le monde soit indépendant). Ca limite forcément les tensions politiques.

Oui, mais la transformation du charbon en méthane coûte aussi de l'énergie. A chaque fois, tu réduis les rendements que tu récupères par ailleurs.
Mais surtout, tu oublies le problème du CO2 produit par le méthane, et surtout par le charbon. TU vas remplacer une électricité d'origine nucléaire, qui a plein de défauts mais qui ne produit pas de CO2, par une électricité d'origine fossile, très émettrice de CO2.

Le problème du coût est un faux problème. La plupart des produits finis industriels sont chers lorsqu’ils sont des prototypes, en petites quantités, où encore récents (pour amortir les coûts de R&D).

Oui, mais si personne ne se lance dans la production à grande échelle, c'est parce que les industriels savent que même ainsi, ce serait bien trop cher. A cause de la membrane, du platine, etc.

Même le solaire thermique n’apporte pas ces avantages.

Le solaire thermique encore mieux, puisque tu n'as pas à payer le méthane. Et c'est moins cher à l'achat.

Quant à la formation des chauffagistes, sur les 140 milliards de francs de budget annuels de formation professionnelle en France, on devrait bien dégager les sommes nécessaires pour former quelques milliers de chauffagistes.

Vu les difficultés qu'ont les gens à décrocher les formations, j'en doute

Les plus fervents défenseurs des piles à combustible eux-mêmes considèrent que le seul débouché vraiment intéressant (à condition de vaincre les nombreuses difficultés) est la voiture. Il n'y a pas besoin d'un système aussi sophistiqué que la pile à combustible pour chauffer les maisons. L'application dans les maisons n'est qu'un moyen de commencer par le moins difficile pour acquérir une maîtrise industrielle. Mais cela ne se justifie ni pour des raisons économiques, ni pour des raisons écologiques. Le seul industriel à avoir un point de vue différent est Gaz de France, qui est bien sûr enthousiaste pour la pile à combustible stationnaire, vu que ça lui permettrait de vendre plus de gaz naturel.

[Sci-G]

Bonjour à tous !

Petite liste non exhaustive des entreprises investissant dans les piles à combustibles :

Onsi, Fuji Electric, Ballard, Alstom, Siemens, Westinghouse,, Rolls Royce, Sulzen, MC Power, Ansaldo, MTU, Daimler Chrysler, Renault, Nissan, PSA, CEA, GDF, H Power Generation, Toyota, General Motors, BASF, BP, Statoil, Methanex, Exxon Mobil, TotalFinaElf, Air liquide, Valeo, Nissan, 3M, Dupont, Hyundai, Ford, Snecma, Delkia…
Renault à annoncé un plan de 1 milliard d’euros sur 5ans en 2001, DaimlerChrysler 1 milliards d’euros sur 10 ans…

Différents types de piles à combustible :

Pile à membranes échangeuses de proton. Basses températures. Applications : automobiles, production et cogénération résidentielle ou tertiaire, pile miniatures pour téléphones, portables, camescopes… Des exemplaires sont déjà en vente et d’autres sont en fonctionnement.

Piles à acide phosphorique. Températures moyennes. Applications : production et cogénération collectives, transport collectif. 200 unités en fonctionnement.

Piles à oxydes solides. Hautes températures. Applications : production d’électricité décentralisée et cogénération à plus grande échelle. Difficultés de fonctionnement.

Piles à carbonates fondus. Hautes températures. Applications : production d’électricité décentralisée et cogénération à plus grande échelle. En cours de recherche.

Carburant :

Toutes ces piles peuvent alimenter par : hydrogène, méthanol, éthanol, méthane, essence.

Dans le cas de l’utilisation d’un autre carburant que l’hydrogène, il existe 3 techniques de réformage embarqué : vaporeformage, réformage autothermique et oxydation partielle.

A titre d’exemple, Général Motors a présenté un réformeur autothermique 2 fois plus léger et plus petit que la génération précédente et dont le rendement atteint 80% avec le gaz naturel.

Les études montrent que si on considère la filière de carburant (uniquement dans le cas de réformeurs embarqués, donc pour les automobiles) dans son ensemble, la pollution atteint les niveaux suivants (dans l’ordre croissant) :
_bioéthanol (20g de CO2/Km par vaporéformage)
_gaz naturel (83g de CO2/Km par vaporéformage,)
_méthanol issu du gaz naturel (100g de CO2/Km par vaporéformage)
_essence (120g de CO2/KM par vaporéformage)

Pour comparaison le diesel (moins émetteur de CO2 que l'essence) produit 140g de CO2/KM.

La pile à combustible n'émet pas d'autres polluants, au contraire du moteur à explosion.

Conclusions :

Le transport automobile est très loin d’être la seule application sérieusement envisagé de la pile à combustible. D’ailleurs, sur 4 filières techniques, une seule peut être appliquée aux automobiles, ce qui exclut définitivement l’idée que leur application dans une maison soit un simple moyen pour acquérir une maîtrise industrielle.

Je tiens à rappeler que, même en France où a été fait le choix du nucléaire, nous utilisons beaucoup de centrale thermiques au gaz, et c’est encore plus le cas pour les pays qui n’ont pas fait le choix du nucléaire ou qui l’ont arrêté (la quasi-totalité des pays du monde, y compris les pays développés). Ces centrales émettent du CO2. Ce à quoi il faut rajouter les consommations de gaz ou de fioul pour le chauffage (elles aussi émettrices de CO2). L’avantage de la pile à combustible est le suivant : on supprime les émissions de CO2 pour le chauffage (par cogénération de la chaleur générée par la pile à combustible), et on divise les émissions CO2 par 10 pour produire le solde de l’électricité consommée (c’est ici le pire des cas, on peut aller jusqu’à diviser par 1000 pour d’anciennes centrales) en comparaison de centrales thermiques classiques. Ce qui n’exclut pas l’utilisation du nucléaire et de l’hydraulique afin d’assurer l’alimentation des industriels. A l’échelle de la planète, l’impact est énorme. L’intérêt écologique de la filière est donc évident même dans le cas de l’utilisation de méthane fossile.

Le seul sérieux obstacle aujourd’hui à la production à grande échelle est le platine. Ce catalyseur est nécessaire pour les piles à basse température (dans le cas des hautes températures, on utilise du nickel). Le problème n’est pas le coût mais la rareté. Les réserves mondiales sont très largement insuffisantes. Ainsi, en 2001, utiliser la pile à combustible pour 5% du parc automobile (sans compter les autres applications) utiliserais 1/3 des réserves mondiales actuelles. En quelques années, les industriels ont déjà réussis à diviser par 30 la quantité de platine nécessaire pour une production donnée (je n’ai pas de données plus récentes). Et les possibilités ne sont pas encore toutes épuisées : d’où mon optimisme (et pas seulement le mien)… Mais, si on supprime à la fois les évaluations les plus pessimistes et les plus optimistes, on devrait voir des piles à combustible commercialisées à grande échelle aux environs de 2010. Au moins pour les transports collectifs et la cogénération décentralisée. On est tout de même loin de 20 ans d’attente.

La question du carburant en cas de réformage embarqué est certes aussi une question importante. Il faut qu’il soit abondant, facilement transportable et sans danger. Le méthanol n’est peut être pas la meilleure solution, même si DaimlerChrysler a parié sur pour son plan d’investissement d’1 milliard d’euros. J’ignorais une telle toxicité du méthanol. Néanmoins, je reste convaincu de l’existence de solutions complémentaires (additifs chimiques, comme DaimlerChrysler) ou alternatives (d’autres constructeurs). Cela peut repousser l’utilisation de la pile à combustible dans le secteur automobile de quelques années. Sans nécessairement remettre en cause l’horizon 2010 (tout dépends du résultat des recherches engagées).

Ma seule idée complémentaire faisait suite à la lecture des 2 éléments suivants :
_La France rejetterait chaque année prés de 400 millions de tonnes de déchets organiques. L’immense majorité n’est tout simplement pas récupérée.
_Il existe une filière de production de méthanol à partir de la biomasse : la fermentation méthanifère. Elle aurait un rendement de 50% et un coût de revient de 1,40 francs par litre.
L’association des 2 serait intéressante mais je n’ai pas recoupé mes informations. D’où mes questions…

Il peut aussi être intéressant d’ajouter les 1 500 000 hectares de terres agricoles actuellement mises en jachère en France (sur décision européenne pour limiter la surproduction). Avec la betterave, on peut obtenir 6 litres d’éthanol par hectares cultivées.. Les quantités sont conséquentes…

Pour ce qui est du solaire, lorsqu’il permettra d’utiliser mon réfrigérateur et chauffera mon eau 7j/7 et 24h/24, permettra la lumière et le chauffage la nuit et l’hiver… peut être que ce sera une solution susceptible d’être intéressante. Cette technologie ne peut être qu’une solution d’appoint limitée. Et à force de multiplier les solution renouvelables d’appoint, ça finit par coûter très cher. Parlons plutôt de l’éolien comme énergie renouvelable intéressante (même si elle restera elle aussi une solution d’appoint à grande échelle). Quoiqu’il en soit, solaire à grande échelle et éolien à grande échelle combinés, cela ne remets en aucun cas en cause la nécessité et l’intérêt écologique de la pile à combustible.

Quant à la formation des chauffagistes, ajoute la CA de la filière formation continue et le budget de l’éducation nationale. Il est évident que nous avons les moyens de former des techniciens pour entretenir les piles à combustible !!!! Même en étalant ces formations sur plusieurs années : la pile ne remplacera pas tout du jour au lendemain.

Bonne journée !

[Cécile]

L’avantage de la pile à combustible est le suivant : on supprime les émissions de CO2 pour le chauffage (par cogénération de la chaleur générée par la pile à combustible), et on divise les émissions CO2 par 10 pour produire le solde de l’électricité consommée (c’est ici le pire des cas, on peut aller jusqu’à diviser par 1000 pour d’anciennes centrales) en comparaison de centrales thermiques classiques.

C'est faux si tu ne précises pas d'où vient l'hydrogène que tu consommes. Or, la production renouvelable d'hydrogène restera très longtemps négligeable.

_essence (120g de CO2/KM par vaporéformage)

La prius, véhicule hybride (moteur à essence classique + batteries qui prennent le relais lorsqu'on est au ralenti) en produit 104 g, et elle est déjà commerciale. Quel est l'avantage de la pile à combustible dans ce cas ?

[ArtAttack]

Salut.
Je n'écrirai pas de roman comme vous tous.
Juste pour dire que là où je bosse (ICMCB) y a une jolie pile à combustible qui fonctionne en permanence dans une vitrine. Une lampe éclaire des cellules photoélectriques, le courant produit électrolyse une solution et des bulles s'en échappent et suivent un circuit de tuyaux. Les gaz arrivent dans un mini réacteur dans lequel la réaction se produit. L'énergie récupérée fait tourner un petit moteur électrique.
Je me dis alors "chouette ça marche". J'en parle à un professeur qui s'écroule de rire en me disant "la lampe fournit 60W et le moteur en consomme 3..." Pourtant le système a été conçu pour minimiser les pertes...

[Sci-G]

Bonjour à tous !

L'intérêt n'est pas dans l'utilisation de l'essence, mais dans celle du méthanol (ou de l'éthanol). Si c'est pour continuer à utiliser l'essence, je suis s'accord, c'est pas terrible. Néanmoins, reconnait que pour le méthanol (ou l'éthanol) c'est intéressant. D'autant plus qu'il y a encore des marges de progrés pour les réformeurs. Et puis on peut faire une voiture hybride pile à combustible méthanol (ou éthanol) + batteries qui prennent le relais...

Pour ce qui est de la pollution en comparaison des centrales thermiques, je parle dans le cas de l'utilisation de méthane fossile.

Pour ce qui est d'ICMCB, je suis d'accord avec toi. Mais reconnait qu'il y a beaucoup de pertes naturelles dans le circuit. En tous cas, c'est sur, quelque soit le carburant utilisé, il y a perte d'énergie. L'intérêt de la pile à combustible se situe dans un rendement plus élevé que celui du moteur à explosion et à une moindre pollution.

Bonne soirée à tous !

[kyrilus]

Bonjour à tous

... me disant "la lampe fournit 60W et le moteur en consomme 3..."

Il faut utiliser une ampoule basse consommation et l'écart est moins grand

Sans rire, en mettant le système que tu decris à la lumière du jour en ayant des cellules photoélectriques un peu plus puissantes çà ne fonctionnerait pas ?

[Jeanpaul]

Le méthanol a un avantage dont on ne parle jamais. C'est une façon de valoriser le gaz naturel (CH4) qui s'échappe de nombreux puits pétroliers. Quand il y a relativement peu de gaz ou que c'est loin de l'utilisation, il n'est pas rentable de le liquéfier, faire venir un méthanier, etc... Alors on le brûle dans des torchères (CO2, effet de serre) ou bien ou le lâche dans l'air (CH4, effet de serre pire).
Fabriquer du méthanol avec le méthane serait une solution pour éviter ce gâchis, encore faut-il que le méthanol soit autorisé et là on tombe sur les problèmes de toxicité déjà évoqués.

[Cécile]

Fabriquer du méthanol avec le méthane serait une solution pour éviter ce gâchis, encore faut-il que le méthanol soit autorisé et là on tombe sur les problèmes de toxicité déjà évoqués.

Il y a peut-être aussi des problèmes d'investissement : quelle installation faut-il pour tranformer le méthane en méthanol de manière industrielle ? Est-ce possible si la production de méthane est faible, comme tu le soulignais ?

[Jeanpaul]

Le plus simple est de voir les multiples sites de la compagnie américaine Methanex (voir Google). On y voit par exemple que le méthanol est coté au Nasdaq. C'est d'eux que je tiens ces infos.

[Quisit]

perso ça fait un moment qu'on parle de la filière hydrogène et clairement le méthanol présente énormément d'avantage par rapport à l'hydrogène pur (risques en cas de surchauffe, pertes en compression, infrastructures, génération du H2 pur...)

le reformage n'est pas si glouton que ça (jusqu'a 80% de rendement)

- le méthanol peut etre facilement produit à partir d'une source agricole

- j'en ai déjà manipulé : je confirme l'odeur, ça s'évapore très vite aussi, et on a pas vraiment envie d'en boire

- ça se mélange à l'eau, mais ça s'évapore dans l'eau tiède comme l'alcool, ensuite très dilué les risques toxiques sont très très limités : et rigolo , l'antidote c'est ... une injection d'alcool. rien n'empèche sa diffusion avec un fort amérisant

- le méthanol contient 5 fois plus d'hydrogène que de carbone, c'est finalement un "vecteur d'hydrogène stabilisé"

- pour l'analogie de la lampe qui éclaire un dispositif PAC : si l'ampoule était à LED et si la totalité de la lumière était dirigée sur le panneau, on aurait pas un rendement 60/3 watts

- le surpoids des PAC dans les voitures : tout dépend de la techno , il y en a une qui sort pour ordi portable ds qq mois...

[Cécile]

le reformage n'est pas si glouton que ça (jusqu'a 80% de rendement)

Je ne dis pas que le reformage est glouton. Je dis que par nature, il produit du CO2.

- j'en ai déjà manipulé

Ce n'est pas parce que tu en as manipulé et que tu te portes bien que ce n'est pas toxique. Voir les fiches de sécurité de l'INRS (www.inrs.fr). Je cite : "danger d'effets irréversibles très grave par inhalation, par contact avec la peau et par ingestion".

je confirme l'odeur, ça s'évapore très vite aussi

Preuve qu'il est facile d'en inhaler (le méthanol est très volatile)

on a pas vraiment envie d'en boire

La plupart des intoxications sont dues à de l'alcool frelaté, très riche en méthanol, qui ont entraîné la mort ou des cécités irréversibles.

- ça se mélange à l'eau, mais ça s'évapore dans l'eau tiède comme l'alcool, ensuite très dilué les risques toxiques sont très très limités : et rigolo , l'antidote c'est ... une injection d'alcool. rien n'empèche sa diffusion avec un fort amérisant

Les risques toxiques aigus sont peut être limités quand c'est dilué. Mais tu oublies les risques chroniques. Quant à l'antidote, c'est valable quand tu es au courant que tu manipules du méthanol. Mais dans le cas d'une utilisation grand public dans les piles à combustible, ce n'est pas pareil.

- le méthanol contient 5 fois plus d'hydrogène que de carbone

Non, infiniment plus, puisqu'il n'y a pas d'hydrogène dans le carbone

[Quisit]

le reformage produit du CO², mais si ce C est obtenu à partir d'une source renouvellable ? no problem

"Non, infiniment plus, puisqu'il n'y a pas d'hydrogène dans le carbone"
là je ne comprend pas
au temps pour moi par contre, c'est 4H pour 1 c (CH3OH) e pas 5...
le méthanol reste bien un formidable véhicule de l'hydrogène

je ne sais pas si l'éthanol est plus facile à produire que le méthanol, je ne sais pas pourquoi le méthanol fait un tel "buzz" par rapport à l'éthanol, mais je suis persuadé que dans une filière "verte", utiliser du H2 pur c'est "pourquoi faire compliqué quand on peut faire simple" par rapport au couple methanol/ethanol.

je suis d'accord avec toi cécile sur le fait que si l'éthanol est aussi facile à prod. à partir des mêmes sources, aucun intêret d'utiliser du méthanol. Au passage il existe une micro PAC, achetable sur internet, qui tourne avec de l'alcool dilué dans de l'eau distillée

[GuiguiLeX]

Salutations à tous !
Dans le cadre des TIPE, nous recherchons des documents (interessants si possible) concernant les piles à combustibles, en particuliers les PEMFC.
Merci d'avance à tous ceux qui repondront, il y aura un cadeau BONUS ( ) pour ceux qui repondront avant la date de peremption (le 25/01/06).

Merci de nous faire parvenir les docs (ou liens) sur une de ces adresses: sos: :
bethlehem360@hotmail.fr
guiguibou@hotmail.fr

merci bcp ...

[moijdikssékool]

je me suis déjà amusé à calculer le rendement de la filière hydrogène pour le transport en France: http://forums.futura-sciences.com/post255092-499.html dans le fil (60pages) Quelles alternatives au pétrole?
ou suivre (4 pages)http://veille.reseaupaco.org/viewtop...pic=20&forum=1

tu peux t'immerger dans les chiffres (un peu vieux maintenant) et en en modifiant quelques-uns issus de tes sources