Pile à combustible

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Les piles à combustibles sont basées sur le principe de la conversion de l'hydrogène en électricité. C'est en quelque sorte une pile électrique dont le combustible est l'hydrogène et dont le résidu (déchet) est l'eau.

Le principe

Une cellule élémentaire est constituée de 3 éléments :

• deux électrodes,
• un électrolyte.

Les deux électrodes sont séparées par l'électrolyte. A l'anode, on amène le combustible (le plus souvent de l'hydrogène, parfois du méthanol). La cathode est alimentée en oxygène(ou plus simplement en air, enrichi ou non en oxygène).

http://www.oser.net/images/pac.jpg

( Source : http://www.oser.net/pile_combustible.htm )

Avantages / Inconvénients

Avantages

• Un haut rendement énergétique : Il dépend du type de pile, mais varie entre 40 et 70%. En comparaison, un moteur thermique d'automobile a un rendement qui varie entre 25 % et 30%.
• Peu bruyante
• Compacité
• Émissions polluantes "quasiment" nulles
• Pas de vibration (pas de pièces tournantes)

Inconvénients

• Le coût : Les piles à combustibles utilisent des catalyseurs. Ce genre de catalyseurs (métaux précieux et/ou rares) ont deux défauts. Ils sont chers et présentent un risque d'empoisonnement (du catalyseur pas de l'utilisateur !) par des réactifs insuffisamment purs. C'est d'ailleurs pour permettre l'utilisation de pots catalytiques que l'on a fait des essences sans plomb (pas parce que le plomb pollue l'air mais parce qu'il pollue les catalyseurs !)
• Pollution : Une pile fonctionnant uniquement à l'hydrogène ne produit aucun polluant. Par contre les pile à combustibles utilisant de l'éthanol, du méthanol ou du methane rejettent ces gaz "CO₂, CH₄, CO, H₂" (en très faible quantité) qui sont soit des polluents toxiques le CO soit des gaz à fort effet de serre le CH₄. Pour info, une voiture à essence rejette en plus du SO₂. Cependant les pilles à combustibles ayant recour au reformage (craquage du carburant pour produire de l'Hydrogene) sont normalement munies d'un systeme de post combustion catalytique permetant d'eliminer les residus combustibles et de rejeter uniquement du CO₂ et de l'eau.
• Durée de vie : Aujourd'hui, elle n'est que de quelques milliers d'heures. Pour être intéressantes, les piles doivent atteindre une durée de vie de 20 000 à 40 000 heures (entre 2 et 5 ans).
• La disponibilité des combustibles de qualité adéquate : Qui dit nouveau carburant, dit nouveau réseau de distribution. Nous sommes actuellement équipés de pompes à essence. Si nous voulons mettre en service la distribution du méthanol, il suffira de supprimer une pompe de super 98+ et de la remplacer par une pompe méthanol. Il faut savoir également que la pile à hydrogène est fort exigeante quant à la qualité du combustible, trop d'impuretés rendraient le catalyseur inopérant.
• Quel carburant ? Même si à terme, c'est l'hydrogène qui s'imposera, la question est de savoir quand et sous quelle forme; et quel carburant servira d'intermédiaire dans les applications automobiles.
• Fabrication : les piles à combustibles sont un thème récurrent dont un des obstacles au développement est, outre les catalyseurs, toute l'infrastructure autour de la cellule d'électrolyse proprement dite. Ceci en interdit donc une réalisation domestique !
• Production d'hydrogène : Le problème réside (entre autres) dans la production d'hydrogène : si sa combustion est totalement non polluante, il n'en va pas de même pour sa production... Ainsi, par exemple dans le méthanol, il y a C et donc dioxyde à la sortie... A moins de le produire à partir d'eau par electrolyse (et de recuperer l'oxygene comme comburant) mais il faudrait alors de très grandes quantités d'électricité.

Remarques à vérifier

C'est une fausse idée que de croire qu'obtenir le méthanol à partir de la biomasse est peu coûteux.

Le plus simple (et quasi gratuit) sont les procédés industriels :

• l'oxydation du méthane en méthanol,
• la transformation du gaz industriel (CO + H₂) en méthanol (CH₃OH),

Par contre, l'obtention d'éthanol à partir de la biomasse est moins couteuse qu'à partir des sources fossiles. D'ailleurs les industriels abandonnent actuellement cette voie au profit de la biomasse. Cette tendance devrait se confirmer avec l'arrivée d'innovations telles que le fractionnement de la cellulose en sucres simples, qui permettra prochainement d'obtenir de l'éthanol à partir de bois ou de paille.

D'autre part, l'obtention de l'hydrogène et de l'alcool (méthanol ou éthanol) sont des processus polluants. Il convient donc pour juger de l'intérêt de chaque voie, de les étudier de façon impartiale et exhaustive. Une telle étude n'existe toujours pas à ma connaissance. L'une des difficultés tient aux énormes enjeux financiers. En effet il s'agit de savoir qui fournira l'energie des transports de demain. Chaque lobby (pétrole, nucléaire, biomasse etc..)cherche à se mettre en avant et à dénigrer les autres.

Pour générer de l'hydrogène il y a les réacteurs nucléaires de troisième génération qui sont en train de trouver des solutions envisageables industriellement par thermolyse.

L'aspect écologique de la pile à combustible se constate facilement dans son utilisation c'est un fait étbli. Mais sa fabrication, et son recyclage font appel aux industries les plus polluantes ce qui je pense en fait un produit extrêmement dangereux si son utilisation venait à se généraliser.

Conclusion

Voici donc une technologie prometteuse. Mais aussi une technologie jeune. Qui n'est pas parfaite: "Comment génerer de l'hydrogène sans polluer?". Donc en attendant qu'elle soit au point, il serait plus judicieux de se tourner vers d'autres énergies telles que l'air, l'eau, le soleil...

Webographie

les Piles à combustibles sur Wikipedia http://fr.wikipedia.org/wiki/Pile_%C3%A0_combustible. Pour ceux que cela interesse des details sur les deux categories de piles à combustibles (en Anglais):

• Membrane à echange de protons (PEMFC) http://en.wikipedia.org/wiki/PEMFC
• Plie à oxides solides (SOFC) http://en.wikipedia.org/wiki/SOFC