L’hydrogène dans les moteurs à combustion interne

Patrick Schnell

Directeur Développement durable / Nouvelles énergies, Total

L´hydrogène dans les moteursà combustion

Patrick SchnellResponsable Nouvelles Énergies / Développement DurableTOTAL Deutschland GmbH

Lille, 24.9.2007

2

HyFLEET:CUTE

Projet européen du 6 éme PCRD de la commission européenne

31 partenaires représentant 12 pays européens

Budget total 40 Mio € / Subvention de l’UE 19,7 Mio €

Budget total Berlin: 17 Mio € / Subvention de l’UE 7,2 Mio €

Début du projet: Janvier 2006

Durée: 44 mois

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HyFLEET:CUTEBerlin:

Opération de la station hydrogène TOTAL Installation du reformeur, du compresseur ionique, ainsi que de deux piles à combustibles

Conception et opération de 14 bus H2 ICE de MAN

Études de l’Université Technique de Berlin Analyse scientifique des piles à combustibles Analyse de l’usage de Bio-DME Analyse de la capture CO2 Étude public sur l´acceptabilité de l’hydrogène en tant que carburant

Développement d’un système de sécurité pour les stations hydrogènes

Ancien programme CUTE:Opération des bus pile à combustible de DC dans 7 villes européennes ainsiqu’à Pékin et PerthConception d’un bus hybride pile à combustible de nouvelle génération parDC

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La station hydrogène de Berlin, Heerstraße

5

La station service de Berlin, Heerstraße

Piles à combustibles

Zone hydrogène

Stationconventionnelle

6

La station hydrogène de Berlin, Heerstraße

Compresseur

Reformeur GPL

ÉvaporateurRéservoir LH2

Pompe cryogénique

Pompes à hydrogène publique(LH2 + GH2)

Pompes à hydrogène pour laBVG

(LH2 + GH2)Réservoir GH2

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Les technologies (1)

LH2Approvisionnement par Linde,Stockage dans un réservoircryogénique (max. 1,3 t)

Deux pompes à LH2 – une sur le sitepublic et une sur le site privé de laBVGProduction sur site d´hydrogènegazeux via l´évaporisation de LH2

GH2Deux pompes à GH2 – une sur le sitepublic et une sur le site de la BVGCompresseur GH2 jusqu`à 450 bar(240 Nm³/h)

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Les technologies (2)

Installation d’un reformeur GPL (Juin 06) Production sur site de l’hydrogène gazeux (100

Nm³/h H2) Coopération avec Linde

Installation de deux piles à combustibles(Mars 06) Production de chaleur et d’électricité pour le

bâtiment de la station Coopération avec Vattenfall Europe Berlin et

l’Université Technique de Berlin

Installation d’un compresseur ionique(Automne 07) Permet la compression jusqu’à 450 bar Débit de 540 Nm³/ h

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Green Goal

TOTAL était partenaire de l’initiative Green Goal de la FIFA

Pour la première fois déploiement de bus H2 pendant une coupe dumonde

Opération de deux bus pendant la coupe du monde en Allemagne à Berlin Km parcourus: 8533 km Quantité d’hydrogène utilisée: 1169 kg GH2

Les bus hydrogène deHyFLEET:CUTE

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MAN

Bus avec moteur à combustion (CGH2)

12

DaimlerChrysler

Bus Citaro équipés de piles à combustible (CGH2)

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DaimlerChryslerPrototype de bus hybride équipé de piles àcombustible

Système PAC•Utilisation de la nouvellegénération de PAC•Installation sur le toît

Reservoir 350 Bar: Reduction du nb de réservoir du fait de l´hybridisation du bus

Système de refroidissement• Reduction de la taille du module du faitde l´hybridisation

14

MAN/ BVG

Opération de 14 bus à Berlin Juin 06: 2 bus de 150 kW ICE Octobre 06: 2 bus supplémentaires de 150 kW ICE Fin 2007: 9 bus supplémentaires se 200 kW ICE Début 2008: 1 bus supplémentaire de 200 kW avec une piles à

combustible comme Auxilliary Power Unit (APU)

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Performance des bus MAN

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

Jun

06

Jul

06

Aug

06

Sep

06

Oct

06

Nov

06

Dec

06

Jan

07

Feb

07

Mar

07

Apr

07

May

07

Jun

07

Jul

07

mo

ntl

y m

ileag

e [

km

]

A21-4364

A21-4362

A21-4363

A21-4361

2 bus en opération 4 bus en opération

16

Performance bus

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

Jun

06

Jul 06 Aug

06

Sep

06

Oct

06

Nov

06

Dec

06

Jan

07

Feb

07

Mar

07

Apr

07

May

07

Jun

07

Jul 07

tota

l m

ileag

e [

km

]

total mileage

A21-4361

A21-4362

A21-4363

A21-4364

100.000 km

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Comparaison technologies

Pile à combustible

Aucunes émissions émis parle bus

Bilan CO2W-T =X; T-W = 0

Moteur à combustion

NOx et particules émis par lebus; aucune émission de HCet COBilan CO2W-T = X; T-W = 0

H2 H2pile à combustible

électricitémoteur électrique

moteur à combustion

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Moteur turbo 200 kW

Concept du moteur• Combustion en mélange pauvre avec utilisation d’un turbo

et refroidissement intermédiaire

• Création du mélange hydrogène - air dans la chambre decombustion via des injecteurs à solénoïde

• Pression d’injection faible (3 à 10 bars)

• Démarrage de l’injection précoce

• Allumage par bougie

• Régulation de la puissance par une vanne papillon et unratio air/carburant variable (Lambda >2)

• Pas de traitement des gaz brûlés

• Pression d’injection faible, pas besoin d’un systèmecoûteux de traitement préalable du combustible

• Pas de retour de flammes possible

• ratios de compression moyen: 11:1

• Puissance spécifique plus grande que Lambda 1, moteur àaspiration naturelle

• Efficacité améliorée

Charger turbo

Refroidissement intermédiaire

injecteur

19

Moteur H2 « H 2876 LUH01 » avec turbo

20

Moteur H2 « H 2876 LUH01 » avec turbo

Les émissions PM, HC, NOx, CO

22

Résultat des émissions du cycle ESC

NOx: <0.13 g/kWh

CO: 0 g/kWh

HC: 0 g/kWh

23

Résultats des émissions du ESC-Cyclepour le moteur H2 « H 2876 UH01 »

ESC: European Stationary Cycle

2,00

0,25

1,50

0,200,13

0,00 0,000,05

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

NOx HC CO PM

Émis

sion

s [g

/kW

h]

EEV H 2876 UH01

Part

icul

es [g

/kW

h]

0,00

0,05

0,10

Les émissions CO2

25

Voies de production de l’hydrogène

26

Émission de CO2 par type de carburant

00 0,03

EtOHEtOH (Wood Residue) (Wood Residue)

FT-FT-Diesel (Wood Residue)Diesel (Wood Residue)

RMERMEEtOHEtOH ( (SugarSugar Beet) Beet)

MeOHMeOH (Wood Residue) (Wood Residue)

CGHCGH22 ((Wood Residue)Wood Residue)

CGHCGH22 (Wind) (Wind) LHLH22 (Wind) (Wind)

LHLH22 (SOT) (SOT)

Gasoline/DieselWithout Taxes

Gasoline/DieselWith Taxes

CMG (Biogas)CMG (Biogas)

Fuel Costs [EUR/km]

CO2-

Equi

vale

nt [g

/km

]

LHLH22 ( (Wood ResidueWood Residue))

FT-FT-Diesel (Short Rotation)Diesel (Short Rotation)

Rape Seed OilRape Seed Oil

CGH2, LH2: FCEthanol, Methanol: FPFC

Diesel, RME, Rape Seed Oil,FT-Diesel: ICE (Diesel)Gasoline, CMG: ICE (Otto cycle)

CGHCGH22 ( (NaturalNatural Gas) Gas)

CNGCNG

Quelle: L-B-Systemtechnik

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