Réunion des experts internationaux des piles à combustible à Dübendorf
Les piles à combustible des sources délectricité efficaces
Les piles à combustible sont considérées comme les fournisseurs dénergie de lavenir; que ce soit pour les moteurs des véhicules, comme source de courant pour les ordinateurs ou les téléphones potables, les maisons locatives ou comme centrale électrique. ces piles écologiques peuvent sutiliser (au moins théoriquement) presque partout.
Les poudres céramiques développées à lEmpa sont utilisées pour former les anodes (noire), les cathodes (verte) et les électrolytes (blanche) nécessaires pour les des piles à combustibles. Pour cela il faut toutefois guérir les «maladies de jeunesse» de cette nouvelle technologie. Cest ainsi par exemple que la durée de vie et ainsi la rentabilité ainsi que le rendement des piles à combustible sont encore trop faibles. Cest aussi pourquoi les scientifiques de lEmpa développent de nouveaux matériaux plus résistants et évaluent différents systèmes de piles à combustible quant à leurs aptitudes pratiques. Les 16 et 17 mars ils accueilleront lors du «Fuel Cell Research Symposium», organisé sur linitiative de lOffice fédéral de lénergie (OFEN), des experts internationaux qui présenteront les développements les plus récents de la technologie des piles à combustible, cela principalement dans le domaine de la simulation et de la modélisation sur ordinateur. Les piles à combustible transforment directement lénergie chimique en électricité et en chaleur. Lidée ne date pas daujourdhui, une première version dune telle pile a été présentée au 19e siècle déjà. Le principe de fonctionnement et la structure sont demeurés pratiquement inchangés depuis: les piles à combustible sont constituées de chambres renfermant chacune deux électrodes, une anode et une cathode, entre lesquelles se trouve un «électrolyte» électroconducteur. A lune des électrode on amène le combustible, p. ex. de lhydrogène et à lautre loxygène nécessaire à la combustion. Au lieu de réagir brutalement comme le fait le gaz oxhydrique pour former de leau, dans la pile à combustible la réaction se déroule sur les deux électrodes séparées dans lespace. Lénergie libérée lors de la réaction produit de lélectricité et de la chaleur. Si cette réaction se déroule à des températures inférieures à 250°C, on parle de piles à combustible basse ou moyenne température. Ces piles à combustible exploitées avec de lhydrogène sont utilisées par exemple sur les voitures et les sous-marins. Miniaturisées, elles fournissent le courant nécessaire aux accumulateurs et aux batteries des appareils tels que téléphones ou ordinateurs mobiles.
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Certains laiment chaud Dans les centrales thermiques, on utilise par contre des piles à combustible haute température telles que celles que lEmpa elle aussi développe. Ces piles à combustible à oxyde solide (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) aiment quand ça chauffe; pour ce qui est du combustible, elles peuvent fonctionner au gaz naturel ou au pétrole mais aussi avec des combustibles renouvelables tels que le biogaz. Ces SOFC tolèrent mêmes les impuretés telles que le soufre ou lazote, ce qui rend superflu un raffinage coûteux des supports énergétiques.
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Les piles à combustible à haute température se prêtent avant tout à des utilisations dans les installations industrielles qui produisent de toute façon beaucoup de chaleur. Là la chaleur résiduelle peut être utilisée pour la production délectricité déclare lexpert en piles à combustible de lEmpa Peter Holtappels qui a organisé cette année le Fuel Cell-Symposium. Mais les SOFC entrent aussi en ligne de compte comme source de chaleur et de courant autonome décentralisée dans les bâtiments. De plus une SOFC comme toutes les piles à combustible ne dégage pas de gaz nocifs; exploitée avec d lhydrogène, elle ne dégage que de la vapeur deau. Si on utilise dautres combustibles, les SOFC ne dégagent en plus que du dioxyde de carbone et pas de fumée, pas de suie ni de gaz toxiques. | ||
Chauffer les immeubles et produire de lélectricité Pour optimiser les piles à combustible pour un «usage domestique», on utilise aussi la modélisation sur ordinateur. Dans le projet de lUE GenFC (Generic Fuel Cell Modelling Environment) la chercheuse de lEmpa Anne Haas développe des modèles qui permettent de vérifier les aptitudes des piles à combustible pour différentes utilisations. Des immeubles entiers ainsi que leurs installations - p. ex. chauffage et climatisation sont simulés sur ordinateur. «Ce qui nous intéresse avant tout cest le confort des habitants et les besoins dénergie que cela implique» déclare Haas. | ||
Les maladies denfance des piles à combustible à oxyde solide La technologie SOFC a toutefois encore quelques problèmes. Pour résister durant longtemps à de hautes températures sans se décomposer, fondre ou encore à réagir avec dautres matériaux ou dautres substances, les matériaux utilisés doivent être extrêmement résistants. Les matériaux «sur mesure» en céramiques technique ne bravent pas seulement les températures extrêmes, ils possèdent encore dautres propriétés utiles; cest ainsi que par exemple ils conduisent le courant électrique sous forme délectrons ou de ions et peuvent être utilisés comme électrolyte solide doù aussi la dénomination de piles à combustible à oxyde solide. «Malgré tout, la durée de vie des piles à combustible à oxyde solide demeure encore actuellement limitée à quelques mois», remarque Peter Holtappels. Un obstacle à la plus large diffusion de cette technologie. «Qui désire en effet remplacer son chauffage deux fois par année? De plus le coût de fabrication de lordre de 100 000 francs pour une unité de couplage force-chaleur dune maison unifamiliale est aussi trop élevé. | ||
Les pérovskites, un «matériau miracle» à lEmpa Pour que les piles à combustible haute température puissent simposer sur le marché, il est nécessaire daugmenter leur durée de vie et de réduire les coûts de matériaux et de fabrication. LEmpa développe pour cela des matériaux céramiques dun type nouveaux qui, transformés en anode, cathode ou en électrolyte, sont employés dans les piles à combustible. Par exemple différentes pérovskites, des matériaux qui possèdent une structure cristalline particulière, et qui sont entre autres des composants de la croûte terrestre. Les propriétés de ces «caméléons chimiques» peuvent être modifiées de manière ciblée en remplaçant par dautres certains éléments de leur grille cristalline. On obtient ainsi de nouveaux matériaux fonctionnels, par exemple des électrolytes solides à conduction ionique mais aussi des matériaux présentant des propriétés métalliques pour les électrodes. «Les pérovskites peuvent presque tout» déclare Anke Weidenkaff du Laboratoire Chimie du solide et catalyse. Son équipe développe et caractérise de nouvelles pérovskites qui ne sont pas uniquement utilisables dans les piles à combustible mais aussi dans lindustrie électronique et des semi-conducteurs. De plus Anke Weidenkaff a bonne confiance que les pérovskites puissent à lavenir venir remplacer des métaux précieux chers et rares dans les catalyseurs des véhicules automobiles. | ||
Pour plus dinformations: Dr. Peter Holtappels, Lab. Céramiques hautes performances, tél. +41 44 823 41 29, | ||
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