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Effet de serre et piles à combustible



  1. #1
    patrick999

    Effet de serre et piles à combustible


    ------

    Je laisse nos charmants modérateurs replacer ce fil où il devrait si d'aventure il était mal positionné.

    Vous connaissez le principe de la pile à combustible (PAC) qui permet de créer une force électromotrice dans un circuit externe au couple cathode/anode lorsqu'on amène à l'une de l'oxygène et à l'autre de l'hydrogène pour les recombiner en formant de l'eau. La technologie est encore en développement surtout pour les piles à combustibles solides très prometteuses. La difficulté se trouve en particulier dans l'étanchéité de la membrane qui doit laisser seulement passer les protons entre anode et cathode, mais ceci est un autre débat.

    Avantage des PAC (envisagées par ex. pour la motricité de nos véhicules du futur), la génération d'électicité ne s'accompagne pas de combustion et surtout pas de génération de gaz à effet de serre et pourtant...
    Ma question aujourd'hui concerne la production de CO2 pour le fonctionnement global de ces systèmes PAC. En effet, amener de l'oxygène est facile, l'air en contient beaucoup, par contre amener de l'hydrogène est plus délicat et parmi les solutions envisagées on pense à fabriquer l'hydrogène directement au niveau de la pile par réformage de gaz tel le gaz naturel ou les gaz issus de la biomasse.

    Lors du réformage les produits de la réaction sont de l'hydrogène (ça tombe bien c'est ce qu'on veut) et hélas du CO2 (gaz à effet de serre par excellence). Donc, notre PAC a besoin de produire du CO2 pour fabriquer de l'hydrogène pour finalement fabriquer de l'électricité propre. Alors, on peut se demander, où est l'avantage de ces PAC si elles produisent aussi du CO2 comme les moteurs à combustion interne de nos chères (sans jeu de mot) automobiles?

    J'ai deux éléments de réponses dont j'aimerais discuter ici car je ne sais pas s'ils sont suffisants à justifier l'engouement pour les PAC et surtout l'argent investi dans les études actuelles sur le sujet:

    - le rendement des PAC est bien meilleur (50% à 60 % je crois) que celui des moteurs à combustion interne (30% sans turbo) et donc pour une production donnée de puissance motrice (si on considère un véhicule) on génère moins de CO2 avec des PAC. C'est donc un avantage par rapport aux moteurs à combustion interne mais hélas on génère du CO2 quand même. Cet argument me paraît donc être insuffisant pour nous prétéger des gaz à effet de serre quand on considère l'accroissement prévu pour le parc mondial automobile dans 50 ans. A défaut d'autres solutions c'est tout de même mieux que de garder seulement les moteurs à combustion interne.

    - On peut utiliser comme gaz à réformer du gaz issu de la biomasse donc du gaz produit avec un effet neutre du point de vue de la production des gaz à effet de serre. En effet, durant la vie des végétaux ceux-ci recyclent du CO2 pour vivre mais hélas en produisent aussi (enfin il me semble car là je n'y connais rien). Lorsqu'on décide de réformer ces gaz pour fabriquer de l'H2 on fabrique du CO2 à partir de végétaux qui ont absorbé du CO2 et continuent de le faire, si bien sûr on pense au cycle végétal où en replante de façon intelligente les végétaux au fur et à mesure qu'ils sont consommés pour produire du H2. Là-dessus, je ne sais pas à quel point on peut considérer la vie des végétaux et le réformage pour fabrication d'H2 comme un processus neutre en ce qui concerne la fabrication du CO2? Bien sûr, ça dépend du cycle de vie des végétaux, peut-être exploités pour autre chose durant leur vue (fruits, céréales,...), du temps optimal avant de pouvoir exploiter une nouvelle génération de végétaux, ... bref, sur ce point je suis très flou car je ne sais pas. Il y a certainement ici des gens plus connaissant en biomasse en ce qui concerne le bilan net en production de CO2 si on veut fabriquer de l'hydrogène? Comment minimiser la production de CO2 pour disons une production donnée d'hydrogène à partir d'une masse donnée de végétaux?
    Si je ne suis pas clair n'hésitez pas à me demander de reformuler.

    A mon avis cette question de production nette de CO2 est essentielle si on veut juger de l'intérêt des PAC pour produire de l'électricité et donc réduire notre production de gaz à effet de serre.

    -----

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  3. #2
    Ferdi*

    Re : Effet de serre et piles à combustible

    Le but ultime de la pile à combustible est d'utiliser de l'hydrogène produit à partir d'énergies renouvelable.
    La création d'un marché pour pile à combustible passe par des gros investissements dans les moyens de stockage et de distribution de l'hydrogène. La production d'hydrogène par réformage permet cette étape. Une fois que l'infrastructure pour l'hydrogène sera présente, le cout d'investissment pour la production par énergie renouvelabe s'en trouvera diminué.

    Mais il reste encore des gros problème à résoudres: la PAC nécessite une grande quantité des métaux rares (je ne sais plus si c'est du platine ou du paladium) qui rend son coût prohibitif.

    Ferdinand Marques Nunes

  4. #3
    sterfil

    Re : Effet de serre et piles à combustible

    Citation Envoyé par Ferdi*
    Le but ultime de la pile à combustible est d'utiliser de l'hydrogène produit à partir d'énergies renouvelable.
    La création d'un marché pour pile à combustible passe par des gros investissements dans les moyens de stockage et de distribution de l'hydrogène. La production d'hydrogène par réformage permet cette étape. Une fois que l'infrastructure pour l'hydrogène sera présente, le cout d'investissment pour la production par énergie renouvelabe s'en trouvera diminué.

    Mais il reste encore des gros problème à résoudres: la PAC nécessite une grande quantité des métaux rares (je ne sais plus si c'est du platine ou du paladium) qui rend son coût prohibitif.

    Ferdinand Marques Nunes
    J'ai ,travaillé pendant 40 ans dans l'industrie chimique et préparé des millions de tonnes d'hydrogène par diverses méthodes: reformage d'hydrocarbures, gaz à l'eau à partir de coke, et électrolyse de l'eau.
    Dans le meilleur des cas, on ne retrouve dans l'hydrog§ne produit que 70% de l'énergie que l'a a du consommer pour le fabriquer.
    Mais surtout, l'hydrogène est un gaz pratiquement inliquéfiable dans les conditions techniques actuelles et il est terriblement dangereux.
    Son seuil d'explosibilité dans l'air est compris entre 4 et 80%, auytrement dit la moindre fuite de gaz sous pression s'enflamme.
    Il corrode les aciers non alliés en désagrégeant le carbure de fer.

    A mon avios l'hydrogène est utilisable dans quelques cas très limités, mais croire que ce sera un carburant d'avenir c'est se mettre le doigt dans l'oeil.

  5. #4
    Ferdi*

    Re : Effet de serre et piles à combustible

    Citation Envoyé par sterfil
    Dans le meilleur des cas, on ne retrouve dans l'hydrog§ne produit que 70% de l'énergie que l'a a du consommer pour le fabriquer.
    En effet, mais s'il est produit à partir d'énergies renouvelables, le problème ne se pose pas. L'hydrogène comme carburant n'a aucun interêt économique et écologique s'il est produit à partir du gaz naturel ou d'autres combustibles fossiles.

    Citation Envoyé par sterfil
    Mais surtout, l'hydrogène est un gaz pratiquement inliquéfiable dans les conditions techniques actuelles et il est terriblement dangereux.
    Son seuil d'explosibilité dans l'air est compris entre 4 et 80%, auytrement dit la moindre fuite de gaz sous pression s'enflamme.
    Le gaz naturel n'est pas mieux lotis, seuil de 6% et il se dispèrse beaucoup moins facilement, pourtant il est largement distribué sans que ça ne pose de sérieux problèmes de sécurité. Question stockage, les nanotubes de carbones sont de sérieux candidats pour la rétention d'H2.

    Citation Envoyé par sterfil
    A mon avios l'hydrogène est utilisable dans quelques cas très limités, mais croire que ce sera un carburant d'avenir c'est se mettre le doigt dans l'oeil.
    On verra! En tout cas il existe déjà des prototypes qui fonctionnent et ce n'est que le début si on en juge par les montants investis dans la recherche.

    De toute façon nous n'avons pas le choix, il faudra bien un jour trouver une alternative au hydrocarbures fossile, l'hydrogène est le seul carburant totalement propre s'il est produit par l'intermédiare d'énergies renouvelables et utilisé dans une PAC(dans un moteur conventionel il a production d'oxyde d'azote).

    PS: Je le répète encore, l'hydrogène à déjà été utilisé dans le passé comme gaz de ville et remplacé aujourd'hui par le gaz naturel.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    patrick999

    Re : Effet de serre et piles à combustible

    Je vous remercie, mais vos réponses ne répondent que partiellement à mes questions. Je reformule donc:

    1. Admettons que le réformage soit fait au niveau de la PAC (pas de stockage d'hydrogène dans ce problème)

    2. Admettons que ce réformage soit fait à partir de gaz issus uniquement de la biomasse (gaz liquéfié par exemple)

    3. Admettons que cette PAC soit utilisée pour fournir toute l'énergie utile à une voiture moderne (énergie des auxiliaires et motricité)

    Question : A consommation identique (puissance nécessaire aux auxiliaires identique et puissance pour la motricité identique, on peut supposer ici que les 2 voitures ont le même poids ce qui est loin d'être sûr mais admettons) quelle est la différence en ce qui concerne la production de CO2 dans l'atmosphère entre la voiture alimentée par PAC et celle alimentée par un moteur à combustion interne fonctionnant à l'essence.

    En fait, la question revient en partie à évaluer le production nette de CO2 liée à la production de la biomasse puis à l'extraction du H2 à partir de celle-ci. Durant la croissance des végétaux quelle est la production/absorption en CO2 de la biomasse (j'imagine que ça dépend de l'état de maturation de la biomasse (sujet que je connais peu)?, du type de végétaux?)?
    A ce bilan en CO2 il faut rajouter la production de CO2 formé lors du réformage qui permet la production de H2.

    Enfin, c'est mon avis mais j'aimerais le confronter avec d'autres. Je sais que le débat est théorique vu l'état d'avancement technologique des PAC mais en théorie, on peut aller chercher quel gain dans la réduction des gaz à effet de serre dans le meilleur cas (utilisation exclusive de la biomasse pour produire le H2).

    N'hésitez pas à me demander des précisions si je n'étais pas clair. Merci

  8. #6
    Cécile

    Re : Effet de serre et piles à combustible

    Bonjour,

    Patrick, tu as tout à fait raison : la pile à combustible ne résoud rien si l'hydrogène est produit à partir de gaz naturel. En fait, si la PAC s'impose, l'hydrogène sera d'abord produit à partir de gaz naturel car c'est le plus simple et le moins cher, et cette production sera petit à petit remplacée par d'autres.

    Citation Envoyé par Ferdi
    Le but ultime de la pile à combustible est d'utiliser de l'hydrogène produit à partir d'énergies renouvelable.
    Oui, mais je suis sceptique sur la capacité des énergies renouvelables à fournir autant d'hydrogène qu'on en a besoin pour nos transports. Déjà qu'on a beaucoup de mal à les développer pour le chauffage solaire, alors que c'est bien plus simple...

    Question stockage, les nanotubes de carbones sont de sérieux candidats pour la rétention d'H2
    Faux. C'était une piste parmi d'autres, pratiquement abandonnée aujourd'hui. Les pistes les plus prometteuses pour le stockage sont tout simplement des bonbonnes très renforcées. Mais 85 à 90 % du poids est pour la bonbonne, et 10 à 15 % pour l'hydrogène... pas terrible.

    Je pense qu'un des modes de production majeurs de l'hydrogène sera l'électricité, ou alors production directe via les réacteurs nucléaires de génération 4 (s'ils tiennent les promesses de leurs promotteurs). Mais pour l'instant, c'est plus cher. Et ça veut dire multiplier les centrales.

    Citation Envoyé par Sterfil
    A mon avis l'hydrogène est utilisable dans quelques cas très limités, mais croire que ce sera un carburant d'avenir c'est se mettre le doigt dans l'oeil.
    Je suis assez d'accord. L'hydrogène est séduisant parce que tout le monde se dit "chouette, avec ça, on va pouvoir rouler autant qu'avant sans polluer et sans effet de serre... donc pas besoin de changer nos modes de vie, de développer les transports en commun, de restreindre notre liberté de circuler". Mais c'est faux.
    A ce sujet, il y a un très bon article de Benjamin Dessus dans La Recherche d'octobre 2002. Il montre que si on regarde "du puit à la roue", les pertes lors de la fabrication, du transport et du stockage de l'hydrogène compensent les gains en rendement du moteur. ALors que les voitures hybrides font déjà de gros gains en consommation sans nécessiter de rupture technologique comme l'hydrogène.

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  10. #7
    [RV]

    Re : Effet de serre et piles à combustible

    Citation Envoyé par Cécile
    Je suis assez d'accord. L'hydrogène est séduisant parce que tout le monde se dit "chouette, avec ça, on va pouvoir rouler autant qu'avant sans polluer et sans effet de serre... donc pas besoin de changer nos modes de vie, de développer les transports en commun, de restreindre notre liberté de circuler". Mais c'est faux.
    lut

    au mondiale de l'auto, le construteur allemand BWM a dévoilé son bolide doté d'un moteur à l'hydrogène, la voiture a franchi les 300km/h. (Je vais aller prendre des photos samedi prochain)
    La voiture à l'hydrogène est certes écologique, mais les méthodes de production d'hydrogène les plus courantes font appel à des combustibles fossiles et génèrent de la pollution.
    Avant qu'ils commercialise la voiture , probablement dans le série 7, il faudra faire un réseau de distribution d'hydrogène.

    Est-ce le début d'une révolution des carburants ?

    ++

  11. #8
    patrick999

    Re : Effet de serre et piles à combustible

    Pour revenir à ma question initiale, personne n'a d'information sur la prduction de CO2 (ou d'autres gaz à effet de serre) à partir du réformage de biocarburant pour fournir l'hydrogène aux PAC? Je serais intéressé à connaître :

    - la production nette (production - absorption) du CO2 lors de la croissance, l'exploitation des végétaux et leur transformation en biocarburant. De quoi cela dépend t-il?

    +

    - la production de CO2 lors du réformage pour obtenir in situ l'hydrogène aux PAC

    A défaut de données mesurées qui n'existent peut-être pas (?), comment évaluer théoriquement la production nette de CO2 avec ce procédé (réformage des biocarburants obtenus eux-même à partir de la biomasse)?

    Merci

  12. #9
    GuiguiLeX

    Question TIPE : Effet de serre et piles à combustible

    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:
    ########################
    ########################


    merci bcp ...

    La charte du forum n'autorise pas les adresse mail dans le corps des messages.

    JOL, modérateur
    Dernière modification par JPL ; 13/01/2006 à 12h29.

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