Production, distribution et stockage de l’hydrogène

Annick Percheron-Guégan

Présidente du Comité d’évaluation PAN-H

La production propre de l’hydrogène,le défi relevé par PAN-H

2005

2006

ELECTROLYSE BT

DEPEM HP

EOLHY

2007

Electrolyseur PEM

Système/couplage EnR

PEPITE

2008

AIRELLES-1*

Electrolyseur alcalinELECTROLYSE HT

SEMI EHT

CERAMET

CELEVA(protonique)

Cellules

Modélisation

Electrolyseur HT

Interconnecteurs

EVERESTE 1EMAIL

ICARE

MOISE

20% du budget PAN-H : un effort important de l’ANR

PRODHYGE

SEMIEHT – Stack Expérimentaux et Modules Innovants pour Électrolyse à Haute Température

Empilementde 4 cellules Φ120 mm

Faits marquants :• Fonctionnement d’un empilement de 4 cellules à800°C, avec une production de 2g/h de H2, avec joints métalliques, électrodes à air àbase de nickelates• Premier chiffrage du coût de production de H2 : 2€/kg

Objectifs :• Mettre en place à l’échelle française les compétences scientifiques et technologiques nécessairesà la filière EVEHT, des matériaux à l’empilement. • Innover sur les électrodes, les jointset l’empilement

Joint métallique

PRODHYGE – Production D’HYdroGEne

Label de

Résultats majeurs:- Cellule tubulaire de grande surface 600cm²- Essai échelle 1, 20 NL/h d’hydrogène produit à 850°C,- Redémarrage après un cycle thermique complet,- Faisabilité acquise

Performance au niveau de l’état de l’art de la technologie à électrolyte support. Première française

200 m

m

Φ100 mm

CEA, Areva,ArcelorMittal, SPCTS, LMP

Objectif :Faisabilité d’une architecture innovante pour l’EHT et la production massiveArchitecture coaxiale.Brevets CEA

Label du pôle

ViamecaObjectif : Production massive d’Hydrogène par Electrolyse de la vapeurd’eau entre 400 et 600°C :- faible consommation d’électricité- bonne tenue des matériaux

AREVA NP (NTCI-F), IEM, LADIR, LISE, ENSME, AREVA NP CT, SCT

Résultats majeurs:� Obtention d’un électrolyte à conduction protonique σ ≈ 10-2 S/cm à 600°C & P>10 bars :un Zirconate dopé� Synthèse des Electrodes sous forme decermet�Réalisation de cellules avec des procédésindustriels de brasage assurant l’étanchéité.� H2 produit à 600°C avec 80% de rendement

CELEVA – Assemblage électrode /électrolyte àconduction protonique avec réalisation d’une CElluled’éLEctrolyse de la VApeur prototype

DEPEM-HP - Développement d’un Électrolyseur PEM Haute Pression

Résultats marquants :

� Optimisation de la conception des empilements de cellules en vue réduction du coût de fabrication d’un facteur 10

� Développement (laboratoire) et qualification (industriels) de catalyseurs non nobles de type HétéroPolyAnions (HPA)

� Qualification, ex-situ et en conditions réelles d’électrolyse, de matériaux de plaques bipolaires alternatifs au titane massif

� Réalisation d’un système intégréd’électrolyse PEM.

Labels de

Système GenHY

Stack DEPEM

La distribution de l’hydrogène

2005

2006

2007

Matériaux acier

Modèle économique

Matériaux polymères

Perte de charge

CATHY GDF

RESEAUX TransportDistribution

POLHYTUBE

READY

ECOTRANSHY

2008

5% du budget PAN-H: suffisant ?

Objectifs

�Aptitude de tubes acier haute résistance pour le transport d’hydrogène gazeux à pression élevée

�Pratiques d’essais de laboratoire en hydrogène gazeux pressurisé

�Développement d’un outil expérimental pour l’étude du comportement de tubes endommagés sous pression hydrogène

Résultats

�Recommandation tubes acier nuance X80 pour transport H2: Facteur de charge maximal: 0.35

�Economie liée à l’achat de tubes nuance X80 : jusqu’à 30%

�Le banc sur virole

Φ 36’’ (914 mm)co-propriété GDF SUEZ-CNRS

CATHY-GDF - Caractérisation des Aciers pourle Transport de l'HYdrogène

Faits marquants :� Perméabilité à l'H2 de polymères sous différentes géométries, et au cours du vieillissement sous H2;

PE100 et PA11 : pas d'évolution après 12 mois�Caractérisation et développement de

matériaux ‘barrière’

POLHYTUBE – Matériaux innovants pour les réseaux de distribution d'Hydrogène

Cellule de perméabilité sur tube

Objectifs :� Matériaux performants en termes de perméabilité et de tenue mécanique à long terme en présence d'H2, � Identification des éventuels problèmes posés par les fortes concentrations en H2

IFP, CEA, Air Liquide, Arkema, ENSMA, IMP/GEMPPM

Stockage de l’hydrogène

2005

2006

STOCKAGEGAZEUX HP

Polymères/fibres C/procédé

Polymères sans liner/fibres C/conformable

HYBOU

HYPE

2007

2008

Stockage tamponCYRANO-1

Endommagement

Hydrures complexes

STOCKAGE SOLIDE

Hydrures hybrides

CASTAFHYORSIPOPAC

H2 PAC

MATHYSSE

- hydrures chimiques

Réservoirs pour :

-intermétalliques

ENDEMAT

METALICA

ALHAMO

MODERNHY-T10% du budget PAN-H : suffisant ?

HyBou - Matériaux innovants pour Liners Polymères et Coques composites de Réservoirs de type IV

Faits marquants :

� Relations structures Polyuréthane et perméation H2 :

Performance = référence européenne

� Faisabilité du rotomoulage de matériaux thermo-durs : Réalisation de liners pour réservoirs H2Caractérisation en fatigue mécanique et thermomécanique des composites : Structures optimisées de réservoir 700 bar

� Essais rupture > 1700 bar

Développer des Matériaux & Procédés nouveaux pour� Performances et � Coût des réservoirs

Liners en PU rotomoulés

Coque composite

HYPE - réservoir HYdrogène haute PrEssion

� Objectifs : réduire les points durs du stockage compriméde l’hydrogène pour l’application automobile : le coût, l’encombrement et l’acceptabilité sociale.

� Livrable final : bouteille d’hydrogène compriméprésentant une capacité de stockage accrue à isoencombrement et iso coût, munie de sa protection incendie.

� Résultats majeurs :

1. Imprégnation des fibres de carbonehaute résistance par du nylon polyamide 6.

2. Tête de dépose du composite à renfort fibre de carbone et à matrice nylon 6

H2PAC - Générateur d’hydrogène, à hautes performances à base d’hydrure chimique

Objectif :

� Générateur H2, non rechargeable, basé sur

� l’hydrolyse du borohydrurede sodium, pour alimentation de dispositifs électroniques nomades.

Faits marquants :

� Conditions d’hydrolyse permettant d’atteindre un rendement en H2 de 9%

� Cartouche d’H2 produisantun débit à la demande sans dispositifs auxiliaires pour pile à c. miniature.

� Retombées industrielles potentielles importantes pour tél. portables

� 18 brevets déposés

Démonstrateur

IRCELYON, LMI, SNPE, Recupyl

�Données thermodynamiques, thermocinétiques, et de stabilité thermique relatives aux produits de l’hydrolyse, les métaborates hydratés�Mécanismes d’activation catalytique de la réaction d’hydrolyse de NaBH4

CASTAFHYOR – Catalyse et stabilitédes phases formées au cours de l‘hydrolyse des borohydrures CEA – IRCELYON – LMI - LHP – Air Liquide – PSA

2 verrous majeurs

Gestion de l’eauet des produits d’hydrolyse Catalyse de la réaction

NaBH4 + (2+ x) H2O NaBO2.xH2O + 4H2

catalyseur

2 verrous majeurs

Gestion de l’eauet des produits d’hydrolyse Catalyse de la réactionCatalyse de la réaction

NaBH4 + (2+ x) H2O NaBO2.xH2O + 4H2

catalyseur

Φ 55mm

1 mm

Couronne catalytique à base de borure de cobalt déposé sur mousse de nickel pour pile à c. miniature

Conclusions

� Production propre de l’hydrogène :� Mise en place des compétences et moyens

� Des performances au niveau international

� Une Recherche essentielle pour produire de l’hydrogène en quantité suffisante

Conclusions

� Distribution de l’hydrogène : � Pratique et moyens de tests en hydrogène acquis

� Des recommandations de dimensionnement émises

� Des matériaux polymères « barrière àl’hydrogène » identifiés

� Stockage tampon en canalisation associé aux EnR

Conclusions

� Stockage gazeux à haute pression� Des réservoirs en matériaux composites au niveau

international

� Réduction des coûts

� Stockage dans des matériaux solides� Des performances exceptionnelles pour la

production d’hydrogène

� Un démonstrateur abouti pour l’application nomade

� Un verrou important pour toutes les applications

Conclusions

� Développement remarquable de la communauté française PAN-H

� Collaborations fructueuses des partenaires académiques et industriels

� Niveau international des performances atteintes