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Matériaux de la filière hydrogène - Production et conversion| Réf : N1206 v1
Auteur(s) : Florence LEFEBVRE-JOUD, Laurent BRIOTTET, Olivier GILLIA, Fabien Nony
Date de publication : 10 avr. 2010
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Afin de se concentrer sur les mises en œuvre spécifiques de la filière hydrogène, on ne reprendra pas dans ce document la description des procédés traditionnels de mises en œuvre des alliages métalliques. Seules les mises en œuvre d'hydrures métalliques et les élaborations des composites étanches à l'hydrogène pour les réservoirs hyperbares seront détaillés.
3.1 Mise en œuvre des hydrures
La mise en œuvre des hydrures nécessite la maîtrise de deux phénomènes particulièrement contraignants. La réaction est exothermique dans le sens d'une absorption de l'hydrogène et endothermique dans l'autre sens. La quantité d'énergie calorifique générée pendant la réaction, directement proportionnelle à l'enthalpie de réaction n'est pas négligeable : pour un hydrure de type TiFe (capacité réversible de 1,5 % en masse, ΔH = – 28,1 kJ/mol), elle correspond par exemple à 12 % de l'énergie contenue dans l'hydrogène stocké. Si l'on veut charger rapidement une grande quantité d'hydrure, il faut évacuer la chaleur produite. Dans le cas contraire, la pression d'équilibre vient rapidement égaler la pression de chargement d'hydrogène (si la température augmente, la pression d'équilibre augmente), bloquant tout chargement par l'hydrogène. De même, lors de la désorption, si la chaleur apportée n'est pas suffisante, la pression d'équilibre devient inférieure à la pression requise en sortie de réservoir et le débit de désorption s'arrête.
En pratique, il faut donc introduire les hydrures dans un échangeur de chaleur performant (figure 4). Par exemple, pour remplir un réservoir de TiFe avec 1 kg d'hydrogène en 15 minutes, il faut évacuer une énergie de 3,9 kWh en 15 minutes, soit une puissance thermique de 15,5 kW.
Par ailleurs, les performances pourront être améliorées si la conductivité de l'hydrure est améliorée. La conductivité de l'hydrure est généralement basse car souvent le matériau lui-même n'est pas bon conducteur et, de plus, il se présente sous forme pulvérulente. La conductivité est améliorée par mélange et cocompaction avec du carbone ...
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MATÉRIAUX FONCTIONNELS
(1) - ELANM (C.C.), GREGROIRE PADRO (C.E.), SANDROCK (G.), LUZZI (A.), LINDBLAD (P.), FJERMESTAD HAGEN (E.) - Realizing the hydrogen future : the International Energy Agency's efforts to advance hydrogen energy technologies. - International Journal of Hydrogen Energy, vol. 28, no 6, p. 601 (2003).
(2) - CASTELLO (P.), TZIMAS (E.), MORETTA (P.), PETEVES (D.) - Techno-economic assessment of hydrogen transmission and distribution systems in Europe in the medium and long term. - European Commission, Directorate General Joint Research Centre (2005).
(3) - SOJKA (J.) - Fragilisation par l'hydrogène d'aciers faiblement alliés dans l'industrie nucléaire – Rôle de la microstructure et de l'état inclusionnaire. - Thèse de doctorat École centrale, Paris, juil. 1997.
(4) - STERN (S.A.) - Polymers for gas separations : the next decade. - J. of Memb. Sci., 94, p. 1-65 (1994).
(5) - NAITO (Y.), MIZOGUSHI (K.) et al - * - J. Pol. Sci, Polym. Phys., 29, p. 457-462 (1991).
...
Base de données sur les hydrures http://hydpark.ca.sandia.gov/
Groupement de recherche Acthyf http://www.gdr-acthyf.cnrs.fr
Projet européen STORHY http://www.storhy.net
Projet européen NESSHY http://www.nesshy.net
Base de données matériaux hydrures http://hydpark.ca.sandia.gov/DBFrame.html
Department of Energy (DOE) aux USA http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/storage/metal_hydrides.html
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