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RÉSUMÉ
Les filières alcalines et à moyenne ou haute température (AFC, PAFC, MCFC, PCFC et SOFC) font l’objet du présent article. Bien que l’approche générale soit la même, chacun des systèmes met en jeu des aspects physicochimiques de transport et configurationnels très distincts.
La pression, la température et, par conséquent, le choix des matériaux constituent un enjeu particulier. Outre les systèmes basse (AFC) et moyenne température (PAFC), ceux à haute température sont aussi très variés, des électrolytes à sels fondus (MCFC) aux systèmes tous solides, à conduction protonique (PCFC) ou anionique (SOFC).
Dans un monde où énergie et ressources ont un caractère géostratégique très sensible, les piles à combustible offrent une grande gamme de solutions équilibrées et de perspectives dans le sens de la durabilité.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Michel CASSIR : Professeur émérite, Chimie ParisTech, université PSL, Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), France
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Daniel HISSEL : Professeur, université de Franche-Comté, Institut universitaire de France (IUF), FEMTO-ST, CNRS, - Directeur-adjoint Fédération nationale hydrogène du CNRS
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Claude LAMY : Professeur émérite, Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, université de Montpellier, - Membre de France Hydrogène, France
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Gilles TAILLADES : Professeur, directeur de la mention énergie, Institut Charles Gerhardt (ICGM), CNRS, université de Montpellier, France
INTRODUCTION
Depuis leur invention il y a un peu moins de deux cents ans, les perspectives d’un développement industriel et commercial et public des piles à combustible n’ont jamais été aussi bonnes, par suite des efforts de la recherche, de choix stratégiques tant de nombreux pays que de grands groupes industriels, de constructeurs automobiles et en réponse à un contexte environnemental, sociétal et politique en forte évolution.
Les filières de piles à combustible sont très variées et mettent en œuvre des matériaux, des conditions expérimentales (température, pression, atmosphères gazeuses) et des systèmes très variés. Elles ont des spécificités scientifiques et technologiques qui sont autant de perspectives d’application dans des domaines très larges.
Cet article, en complément aux trois articles auxquels il est associé, doit permettre de donner au technicien et à l’ingénieur les bases nécessaires sur divers dispositifs de piles à combustible (matériaux, fonctionnements, verrous industriels, applications de base et perspectives), des piles alcalines (AFC) à l’ensemble des piles à haute température (PAFC, MCFC, PCFC, SOFC).
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7. Aspects environnementaux
L’ensemble des piles à combustible et de la filière hydrogène doit contribuer de façon significative aux objectifs de la Stratégie nationale bas carbone (SNBC) visant la neutralité carbone à l’horizon 2050. La décarbonation progressive de la production énergétique et du transport aura un impact bénéfique sur la problématique environnementale et, en cela, le rôle des piles à combustible, à hauts rendements, sans émissions directes de gaz à effet de serre et à applications multiples, sera essentiel ; sans nier toutefois la complexité des procédés mis en jeu et, notamment, la production propre d’hydrogène qui est fortement conditionnée au développement industriel de l’électrolyse de l’eau alimentée par des énergies renouvelables (solaire, éolien, hydraulique, géothermie, etc.).
La contribution du nucléaire doit aussi être considérée surtout pour l’électrolyse haute température.
En bref, différentes approches doivent être mises en œuvre pour augmenter l’efficacité énergétique des procédés mentionnés et en abaisser les coûts : choix des matériaux et des dispositifs, évaluation de l’empreinte carbone, analyse du cycle de vie, recyclage des déchets, captage du dioxyde de carbone, etc. Ces différents aspects sont traités ou juste évoqués dans l’ensemble des quatre articles dédiés aux piles à combustible.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ADAMS (A.-M.), BACON (F.-T.), WATSON (R.-G.-H.) - Fuel Cells. - W. MITCHELL Jr. (Ed.), Academic Press, New York, pp. 129-192 (1964).
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(2) - WINSEL (A.) - The Eloflux Fuel Cell System. - Dechema Monogr., 92, p. 1983 (1985).
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(3) - - http://www.fujielectric.com/products/fuelcell/spec.html
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(4) - - http://www.fujielectric.com/products/fuelcell/
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(5) - - http://www.doosanfuelcell.com/en/
-
(6) - LIEBHFSKY (H.A.), CAIRNS (E.J.) - Fuel Cells and Fuel Batteries – A guide to their research and development - (Piles à Combustible et Batteries à Combustible – Un guide pour leur étude et développement), John Wiley & Sons, Inc., New York. pp. 692 (1968).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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GENEPAC : pile à combustible PEMFC issue du partenariat PSA Peugeot Citroën (Stellantis) et CEA.
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Principe des piles à combustible. Piles à membranes basse température.
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Piles à combustible PEMFC et SOFC – Description et gestion du système.
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Piles à combustible PEMFC et SOFC – Transferts de chaleur et de masse.
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Applications mobiles et stationnaires de l’hydrogène dans la transition énergétique.
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