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Première pile à combustible à base d'acide formique

Un nouveau moyen de fournir de l'énergie renouvelable

Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

Orbe (CH), 19 mars 2018 - D'ici 20201, l'énergie propre coûtera l'équivalent, voire moins que les combustibles fossiles, tandis que les sources d'énergies renouvelables répondront à 40% de la demande d'énergie globale d'ici 2040. Mais comme l'énergie renouvelable dépend du soleil et du vent, elle reste très peu fiable. C'est pourquoi la voie à suivre consiste à développer de nouvelles méthodes pour stocker l'énergie renouvelable d'une manière qui permette de l'utiliser en fonction des besoins.

C'est là l'obstacle que la machine «HYFORM-PEMFC» vise à surmonter. Le projet est réalisé par GRT Group, une société qui se concentre sur la transition énergétique avec des solutions dans le développement du stockage de l'énergie2, et le groupe du recherche du professeur Gabor Laurenczy à l'EPFL , qui a développé une pile à combustible nouvelle et intégrée à acide formique - hydrogène.3,4

La machine HYFORM-PEMFC utilise l'acide formique pour stocker l'hydrogène, et peut s'utiliser aussi bien dans des applications domestiques qu'industrielles. Comparée à des appareils qui n'utilisent que de l'hydrogène, la HYFORM-PEMFC a été conçue pour assurer un bénéfice substantiel en termes de taille (un litre d'acide formique transporte 590 litres d'hydrogène), de facilité de transport, de sécurité et de coûts d'exploitation, tout en étant pleinement durable sur le plan de l'environnement.

Parmi les utilisateurs potentiels de HYFORM-PEMFC il y a, entre autres, les personnes qui se trouvent dans des régions n'offrant qu'un accès limité, ou inexistant, au réseau électrique, et celles qui développent des systèmes de transport d'hydrogène. L'unité est capable de fournir chaleur et électricité à un chalet alpin, avec un réapprovisionnement respectueux de l'environnement. La technologie peut également être transposée à plus grande échelle pour répondre aux besoins en électricité d'installations plus grandes, telles que des structures industrielles.

«Il s'agit d'une étape importante dans notre plan stratégique de développement des applications de stockage d'énergie,» dit le CEO de GRT Group, Luca del Fabbro. «GRT Group veut soutenir la transition vers une offre d'énergie entièrement renouvelable, et répondre ainsi au défi global consistant à réduire les émissions de CO2.»

Pour GRT Group, la prochaine étape consiste à développer un système complet et intégré destiné à stocker l'énergie renouvelable, par exemple l'électricité solaire excédentaire produite en été, qui pourrait ensuite être utilisée pour produire de l'électricité et de la chaleur à la demande en hiver, rendant ainsi les bâtiments autonomes sur le plan énergétique. Ce projet va démontrer les bénéfices économiques du concept et son potentiel réel au sein d'un système de stockage d'énergie intégré.

CONTEXTE TECHNOLOGIQUE

S'agissant de solutions de stockage de l'énergie renouvelable, l'hydrogène apparaît comme l'un des vecteurs d'énergie les plus prometteurs. Utiliser de l'hydrogène pour produire de la chaleur ou de l'électricité n'engendre pas d'émissions de carbone ou de particules, ce qui signifie qu'il n'a pas d'impact négatif sur l'environnement.

Le problème est que l'hydrogène offre une teneur en énergie très faible en volume. Il s'ensuit qu'il est très difficile à stocker et à transporter sous sa forme naturelle gazeuse, ou alors qu'il exige des pressions très élevées, des températures très basses et des infrastructures coûteuses, toutes choses qui ont un impact négatif en termes de sécurité et de coûts.

La solution alternative consiste à utiliser un porteur d'hydrogène tel que l'acide formique, qui constitue la combinaison la plus simple d'hydrogène et de CO2. L'acide formique est liquide en conditions normales, facile à stocker, transporter et manipuler, et il est déjà produit à partir de sources renouvelables par centaines de milliers de tonnes: il est déjà largement utilisé dans l'agriculture, l'industrie du cuir, celle du caoutchouc, et les industries chimiques et pharmaceutiques.

Le défi, dès lors, est de récupérer l'hydrogène stocké dans l'acide formique d'une manière efficace du point de vue énergétique. C'est là que les catalyseurs entrent en jeu. Il s'agit de composés qui facilitent l'extraction de l'hydrogène de l'acide formique de manière à ce qu'il puisse être ensuite converti en électricité au moyen d'une pile à combustible.

LE PROJET

L'appareil est constitué de deux parties principales, un reformeur d'hydrogène (HYFORM) et une pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC). Le reformeur HYFORM utilise un catalyseur à base de ruthénium pour extraire l'hydrogène, bien que les scientifiques développent en ce moment des catalyseurs basés sur des matériaux encore meilleur marché.

L'unité HYFORM-PEMFC peut produire 7000 kWh par an, et sa puissance nominale est de 800 watts - à peu près l'équivalent de 200 smartphones en charge simultanément. Son efficience électrique est actuellement d'au moins 45%. Tant que l'acide formique utilisé est produit de manière durable, la pile à combustible est favorable à l'environnement et permet le stockage à long terme d'énergie renouvelable. Elle est silencieuse, émet un gaz propre, affiche un taux d'émission de dioxyde de carbone nul, et ne produit ni particules ni oxydes d'azote.

En même temps, la HYFORM-PEMFC demande peu d'entretien et assure une performance du catalyseur stable et de longue durée. Sa technologie peut être démultipliée, et peut donc être utilisée aussi bien dans les ménages que dans les installations industrielles. Puisqu'elle n'a besoin d'être alimentée qu'en acide formique, le système ne requiert pas de connexion aux réseaux électriques, ce qui la rend idéale pour des régions retirées ou inaccessibles.

«La transformation chimique du CO2, un gaz à effet de serre, en des produits utiles devient de plus en plus importante puisque ses niveaux dans l'atmosphère continuent à s'élever à cause des activités humaines,» dit Gabor Laurenczy. «C'est pourquoi produire de l'acide formique de manière durable - en utilisant le CO2 comme vecteur d'énergie de l'hydrogène - est très important. La demande mondiale d'acide formique est en hausse, particulièrement dans le contexte des énergies renouvelables. Les porteurs d'hydrogène, et leur production à partir du CO2, soit par hydrogénation, par bio-déchets ou par biomasse, sont considérablement plus durables que les pratiques existantes.»

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La HYFORM-PEMFC est le résultat d'un projet co-financé par l'Office fédéral de l'énergie et GRT Group.

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