Journée CNRS - GAT12 - 20 Janvier 2005 1 La dynamique de la filière Hydrogène Energie 1. La dynamique technico-économique 2. La dynamique européenne et

1Journeacutee CNRS - GAT12 - 20 Janvier 2005

La dynamique de la filiegravereHydrogegravene Energie

1 La dynamique technico-eacuteconomique

2 La dynamique europeacuteenne et internationale

Jean-Marc AgatorCEA-DRT


La filiegravere Hydrogegravene Conversion

(combustioneacutelectrochimie)

UtilisationApplication (chaleur eacutelectriciteacute)

Production

Transport

Stockage

Distribution

Pile agrave combustibleMoteurs Turbines


Lrsquoassociation Hydrogegraveneet Pile agrave combustible

Economies drsquoeacutenergie Rendement eacuteleveacute (Reacutelec gt 40)

Reacuteduction des eacutemissions locales des eacutemissions de CO2 Lrsquoeau est le seul rejet si H2 pur

Faibles eacutemissions sonores

Diversification eacutenergeacutetique La PAC nrsquoest pas lieacutee agrave une source drsquoeacutenergie primaire

Construction modulaire

Chaleur

Eau

Electriciteacute


hellip

Les PAC sont candidates sur plusieurs grands marcheacutes - Transports

- Applications stationnaires (eacutelectriciteacute chaleur)

- Applications portables



1048715Lrsquohydrogegravene vecteur eacutenergeacutetique de lrsquoavenir

Un carburant qui pourrait peu agrave peu srsquoimposer en particulier pour les transports (piles agrave combustible) pour lutter contre lrsquoeffet de serre

Il faut privileacutegier dans sa production les meacutethodes ne produisant pas de gaz agrave effet de serre

Il est pratiquement ineacutepuisable (durabiliteacute de lrsquoapprovisionnement) Un processus long terme (eacutecheacuteance 2030-2050) qursquoil faut deacutemarrer maintenant pour lever les barriegraveres

- Comment le produire massivement - Comment le stocker et le distribuer (infrastructure) - Comment lrsquoutiliser

Tout en reacuteduisant les eacutemissions de CO2 les coucircts et en maintenant les performances et la seacutecuriteacute de la filiegravere


Coucirct de lrsquohydrogegravene deacutelivreacute agrave la pompe

Figure 2 - Coucircts de lhydrogegravene distribueacuteen station-service (eurolitre eacutequiv essence)

Source SFA Pacific 2002

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Distribution

Transport

Production

Le transport drsquoH2 et sa distribution en station-service ont un impact fort

sur le coucirct final agrave la pompe(facteur 3 agrave 5)

Projet HyWays (HyFrance)

Roadmap europeacuteennetechnico et socio-eacuteconomique

de lhydrogegravene eacutenergie(en cours)

Essence hors taxes

Objectif 2010 du DOE (via SMR)

Chaque solution doit ecirctre eacutetudieacutee du puits agrave la roue ou

de la source agrave lrsquoutilisation sur lrsquoensemble des critegraveres


HyWaysHyFrance deacuteveloppement de la roadmapde lrsquohydrogegravene eacutenergie

1egravere phase (18 mois) D F GR I N NL

Projet HyFrance ( 01042004 18 mois)

Application franccedilaise des meacutethodes et outils de HyWays

eacutelaboration des donneacutees franccedilaises neacutecessaires agrave HyWays

expertise des meacutethodes et outils de HyWays

expertise et exploitation des reacutesultats franccedilais de HyWays

Coordinateur de HyFrance et point de contact national de HyWays CEA

14 partenaires franccedilais du CEA

Industriels

Ministegraveres (Industrie Recherche)

Organismes de recherchepublique

Associations

Roadmap franccedilaise

Projet Europeacuteen HyWays( 01042004 36 mois)

Analyse quantitative deacutetailleacutee des conditions neacutecessaires pour introduire lhydrogegravene eacutenergie dici 2050 en Europe en srsquoappuyant sur les situations nationales

chaicircnes de lhydrogegravene de la source agrave lutilisation (transports stationnaire)

sceacutenarios de peacuteneacutetration des technologies de lhydrogegravene (haut bas)

analyse des systegravemes eacutenergeacutetiques (modegravele Markal)

impacts sectoriels analyse macro-eacuteconomique (eacutequilibre geacuteneacuteral)

Synthegravese roadmap europeacuteenne

Recherche du consensus entre les33 partenaires du consortium

Industriels (automobile eacutenergiegaz industrielshellip)


Eacutetats membres


Production drsquohydrogegraveneLe deacutefi eacutenergeacutetique

Pour la production massive drsquohydrogegravene il faut privileacutegier les proceacutedeacutes agrave haute tempeacuterature permettant drsquoaugmenter le rendement

Source agrave Haute Tempeacuterature

nucleacuteaire solaire geacuteothermie

Electrolyse agrave basse tempeacuterature Rendement eacutenergie primaire 20-25

Electrolyse agrave haute tempeacuteratureGain de 10 agrave 30

Cycles thermochimiques Rendements espeacutereacutes 50 eacutenergie primaire (chaleur)


Lrsquoameacutelioration du transport de lrsquohydrogegravene passe par le stockage

Solide Liquide Gazeux

Cahier des charges des constructeurs automobiles stocker environ 5 kg drsquoH2 pour une autonomie de 500 km

Capaciteacute massique de stockage gt 5 (gt 15 kWhkg)

Capaciteacute volumique de stockage gt 36 kg H2 m3 (gt12 kWhL)


Stockage drsquohydrogegravene

0

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0 5 10 20 25 30Volumetric Energy Density MJl

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g LH2 SysWt 42 CGH2

SysWt 37 700bar

AdvancedLH2 TankSysWt 82

HT+ MT- Metal HydridesSysWt 33 - 34

LT- Metal Hydride SysWt 12

15

DOE-Goal 2015SysWt 9

Performances des technologies actuelles par rapport agrave lrsquoobjectif 2015 du DOE

Gasoline

Besoins de RampD pour ameacuteliorer la capaciteacute des reacuteservoirs et baisser leur coucirct de fabrication (objectif systegraveme de stockage 2015 60 eurokg)


Technologies PEMFC et SOFC

Deux filiegraveres jugeacutees prometteuses

PEMFC (pile agrave membrane eacutechangeuse de protons) T ~ 80 degC cellules et stacks disponibles ex Ballard Plug Powerhellip

SOFC (pile agrave oxyde solide) T gt 700 degC piles tubulaires opeacuterationnelles piles planaires prototypes ex Siemens Westinghouse Sulzer Hexishellip

Elles offrent le meilleur potentiel pour leur densiteacute de puissance (compaciteacute) et leur simpliciteacute de mise en œuvre

Electrolyte Polymegravere Electrolyte Polymegravere SolideSolide

PlaquePlaquebipolairebipolaire

HH2 2 OO2 2

(air)(air)

AnodeAnodeCathodeCathode

HH++

CollecteurCollecteur de courantde courant

frac12 O2 + 2H+ + 2e- H2O H2 2H++ 2e-

e-


Les grands deacutefis technico-eacuteconomiques de la PAC

Stationnaire

Portable

Transport

Coucirct durabiliteacute fiabiliteacute inteacutegration sucircreteacute plus-value

Situation actuelle Coucirct de la PAC ~ 3000-5000 eurokW etdureacutee de vie systegraveme en conditions reacuteelles drsquoutilisation 500 agrave 2000 h

Les deacutefis - Endurance (40 000 h) - Coucirct viseacute lt 800-1500 eurokW- Infrastructure stockage H2 - Endurance (5 000 h veacutehicule particulier)- Coucirct viseacute lt 200 eurokW (transport urbain) 250 eurokW APU (voiture de luxe) 50 eurokW (veacutehicule particulier)- Infrastructure stockage H2

- Coucirct viseacute (05 euroWh)- Miniaturisation


Panorama en France

Public research organisationsPublic research organisationsCEA CNRS

IFP INRETS INERIS CSTB UTBM

Universities

Fuel cell makersFuel cell makers System IntegrationSystem Integration

Axane Helion SNECMA

Materials and componentsMaterials and componentsSNPE-SME

Saint-Gobain Ullit Composites Aquitaine

Energy suppliersEnergy suppliersEnergy servicesEnergy services

EDF Dalkia Alstom Areva

Fuel processor makersFuel processor makersN-GHY CETH

Oil companiesOil companiesGas suppliersGas suppliers

Air Liquide GDF Total

End UsersEnd UsersRenault PSA Irisbus Valeo

Schneider Thales

Governmental entitiesGovernmental entitiesMinistries Ademe

EuropeEuropeFP6

European Hydrogen Platform

InternationalInternationalIPHEIEA


Hydrogegravene et Piles agrave combustible en Europe

- FP 5 (1998-2002) 145 Meuro

- FP 6 (2003-2004) 100 Meuro (50Meuroan) plate-forme europeacuteenne

Total Europe 100-150 Meuroan

Aides publiques compareacutees

- 2002 creacuteation drsquoun High Level Group- Juin 2003 rapport sur la vision europeacuteenne H2ampPACconfeacuterence Bruxelles- Deacutecembre 2003 initiative de croissance europeacuteenne (projets phares)- Janvier 2004 lancement de la plate-forme europeacuteenne H2ampPAC (vision commune partageacutee strateacutegie coheacuterente)- Quick start program 28 Milliards euro sur 10 ans (2005-2015)


La plate-forme europeacuteenne


La vision europeacuteenne

market entry portable

market entry transport (fleets)

market entry stationary


Panorama 2004 de lrsquoinvestissement RampD publicpriveacute et de la collaboration internationale


La filiegravere Hydrogegravene Conversion

(combustioneacutelectrochimie)

UtilisationApplication (chaleur eacutelectriciteacute)

Production

Transport

Stockage

Distribution

Pile agrave combustibleMoteurs Turbines








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Portable

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- FP 5 (1998-2002) 145 Meuro





















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Transport

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Eacutetats membres

















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Panorama en France



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Axane Helion SNECMA









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- FP 5 (1998-2002) 145 Meuro
























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Eacutetats membres

















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Axane Helion SNECMA









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- FP 5 (1998-2002) 145 Meuro






















HH2 2 OO2 2

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HH++


frac12 O2 + 2H+ + 2e- H2O H2 2H++ 2e-

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Stationnaire

Portable

Transport






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Axane Helion SNECMA









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- FP 5 (1998-2002) 145 Meuro
















Stationnaire

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Axane Helion SNECMA









Schneider Thales


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- FP 5 (1998-2002) 145 Meuro















Panorama en France



Universities


Axane Helion SNECMA









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- FP 5 (1998-2002) 145 Meuro
















- FP 5 (1998-2002) 145 Meuro
































Documents

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