Pierre BEUZIT Président d ALPHEA Hydrogène Président d Ineva CNRT
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1 Président d ALPHEA Hydrogène Président d Ineva CNRT
2 Pourquoi remplacer le pétrole dans l automobile? L automobile est dépendante à 98% du pétrole (15% de la consommation de pétrole) CITA Sousse 27 avril 2007
3 Pourquoi remplacer le pétrole dans l automobile? L automobile est dépendante à 98% du pétrole Le pétrole est devenu une énergie chère
4 Pourquoi remplacer le pétrole dans l automobile? Effets sur l Economie: baril < $70 négligeable > $100 majeur Les alternatives deviennent compétitives ~ $80 et $100 le baril le prix du pétrole devrait rester durablement entre $70 et $100
5 Pourquoi remplacer le pétrole dans l automobile? L automobile est dépendante à 98% du pétrole Le pétrole est devenu une énergie chère Les besoins énergétiques augmentent
6 Evolution de la demande Mtoe Natural gas Oil Based on current trends global energy demand will rise by 52 % by 2030 Coal Other renewables Hydro power Nuclear power
7 Pourquoi remplacer le pétrole dans l automobile? L automobile est dépendante à 98% du pétrole Le pétrole est devenu une énergie chère Les besoins énergétiques augmentent Les réserves sont importantes
8 Réserves de pétrole et coûts Availability of oil resources as a function of economic price 750 Bt Source: IEA (2005)
9 Pourquoi remplacer le pétrole dans l automobile? L automobile est dépendante à 98% du pétrole Le pétrole est devenu une énergie chère Les besoins énergétiques augmentent Les réserves sont importantes Les carburants fossiles contribuent à l augmentation de l effet de serre
10 Les émissions anthropiques de gaz à effet de serre monde France 2003: émissions totales 54 Mrd teqco2 554 MteqCO2 émissions de CO2 25 Mrd t 389 Mt dont transports 23% 35% (soit 11% émissions de GES) La planète n absorbe que la moitié des émissions la concentration CO2
11 Evolution des émissions de carbone Giga-tonne 8 6 non - OECD 4 2 OECD Year 2050 Source :WBCSD
12 Pourquoi remplacer le pétrole dans l automobile? L automobile est dépendante à 98% du pétrole Le pétrole est devenu une énergie chère Les besoins énergétiques augmentent Les réserves sont importantes Les carburants fossiles contribuent à l augmentation de l effet de serre Les pays industrialisés sont de plus en plus dépendants des importations d énergie
13 Pourquoi remplacer le pétrole dans l automobile? Dépendance énergétique De 2003 à 2030 Europe : 52% to 70% USA: 35% to 50% Chine: 30% to 80% La sécurité d approvisionnement devient un souci majeur
14 Pourquoi remplacer le pétrole dans l automobile? L automobile est dépendante à 98% du pétrole Le pétrole est devenu une énergie chère Les besoins énergétiques augmentent Les réserves sont importantes Les carburants fossiles contribuent à l augmentation de l effet de serre Les pays industrialisés sont de plus en plus dépendants des importations d énergie L accroissement de la demande énergétique nécessite des investissements considérables
15 Pourquoi remplacer le pétrole dans l automobile? Les investissements (AIE) De 2003 à 2030 $ milliards: électricité: pétrole: 3100 gaz naturel: 3100 ½ pour les pays émergents (14% Chine) Les investissements vont commander la politique énergétique
16 Les enjeux pour l industrie automobile Élimination des polluants: 2005: Euro IV 2010: Euro V 2013?: «fuel neutral» Réduction des émissions de gaz à effet de serre: 2008: 140g/km (CE) 2012: 120g/km (CE) 2050: diviser par 4 les émissions de CO² (France) Introduction de carburants alternatifs: 2010: 5.75% (CE) (France = 2008) 2010: 7% (France) 2020: 20% (CE) Utilisation d énergies renouvelables (développement durable)
17 Réduction de la demande: changer les données de la mobilité Evolution du parc: M véhicules M véhicules Problème de la circulation en milieu urbain et péri urbain Gestion du trafic (systèmes de communication) Inter modalité (pb des infrastructures) Véhicules spécifiquement urbains petits véhicules électriques véhicules bi-modes
18 Réduction de la demande: les évolutions du véhicule Réduction des frottements Amélioration de l aérodynamique (sans contrainte design) aérodynamique active Réduction de la masse associée à: réduction des investissements réduction des coûts matériaux légers et résistants (nano matériaux) nouvelles technologies nouveau concept de véhicule
19 Les évolutions du moteur «Down sizing» gains attendus: de 5 à 15% exemple: 3l essence 1.8l + turbo -21% consommation «camless» pilotage des soupapes en temps et levée: gain possible ~ 5 à 10% Cylindrée variable «Stop and start» gain en ville ~ 15%; gain moyen ~ 5% (moteur essence)
20 Les biocarburants 1 ère génération Éthanol (betterave, céréales, maïs, canne à sucre, sorgho ) Rendements: blé: 1,2 tep/ha maïs: 1,8 tep/ha betterave: 3,8 tep/ha Investissements: 300 / 500 M$ / Mtep Coûts Europe: /GJ Biodiesel (huile végétale: soja, palme, colza, tournesol ) Rendements ~ 1 tep/ha Investissements ~ 150 M$ / Mtep Coûts Europe: /GJ Réduction des émissions de CO²: 30 à 50% France: surface utilisable = 2,2 Mha consommation globale = 50 Mtep 2,6 Mtep
21 Les biocarburants 2 ème génération Carburants de synthèse (BTL) Gazéification de la biomasse (H² + CO) + Fischer-Tropsch Tout hydrocarbure Rendement énergétique < 60% Investissement > 2 G$ / Mtep Coûts ~ 10 / 20 /GJ Intégration en raffinerie? (Total + Neste oil) Ethanol ligno-cellulosique Hydrolyse enzymatique + fermentation Investissement ~ 500 M$ / Mtep production envisageable ~ 2015 gain CO² > 85% potentiel évalué pour l Europe: 27 à 48% exploitable dans le monde entier
22 Possible answers of automotive industry Bilan énergie / émissions de CO² GHG g CO2eq/km WtW Diesel 2002 Diesel 2010 Diesel 2010 hyb Oilseeds Wood Syn Diesel 2002 Syn Diesel 2010 Syn Diesel 2010 hyb Syn Diesel 2010 hyb NG FAME 2002 FAME 2010 FAME 2010 hyb Syn Diesel Energy MJ/100km
23 La voiture électrique 3 voies: batteries «hybrides thermique / électrique» pile à combustible Batteries (2015 / 2020) Performances: 300 Wh/kg (120 Wh/kg) 5 kw/kg (2 kw/kg) 5000 heures (?) 200 /kwh Véhicules dédiés «Business model?»
24 Le véhicule hybride 3 niveaux: récupération de l énergie de freinage Gain ~ 5% difficulté: batterie de stockage aide au démarrage et à l accélération Gain cumulé ~ 15% difficulté: batterie de stockage et transmission fonctionnement en tout électrique Gain dépend de la capacité batterie(potentiel 30%) / système complexe 1 le système complet n est pas économiquement viable aujourd hui en Europe (coût ~ 200 / tco2évitée) 2 des recherches sont à faire dans le domaine des batteries, de l intégration de l électronique et de l adaptation du moteur thermique
25 La pile: le fonctionnement Bilan 2 H 2 + O 2 2 H 2 O + électricité. + Chaleur Electrolyte e - O 2 H 2 e - O 2- H + H 2 O Anode : oxydation Anode Chaleur Cathode Cathode : réduction 2 H 2 4 H e - 2 O 2-4 e - + O 2
26 Le stack
27 L hydrogène et la pile à combustible Hydrogène direct Production hydrogène: reformage des énergies fossiles (gaz naturel) Coût : 6$/kg objectif: 1,5$/kg biomasse (biocarburants de 2 ième génération) Gazéification + purification électrolyse de l eau Rendements: 75% thermochimie de l eau voie biologique (laboratoire) Production centralisée ou décentralisée
28 L hydrogène et la pile à combustible Production d hydrogène Gaz Naturel Pétrole Charbon Gazéification Reformage (SR, POx, ATR) Biomasse Alcools, Huiles déchets Voie biologique électrolyse Nucléaire Eau Dissociation thermique H 2
29 L hydrogène et la pile à combustible Le stockage à bord Gazeux: 700 bars 25litres/kg (rappel: 1kg H²= 100 km) énergie de compression = 18% du PCI liquide: -253 C 14litres/kg énergie de liquéfaction = 35% du PCI solide: adsorption dans un solide à P < 30 bars désorption à t < 100 C ratio masse H²/solide: objectif > 7%, actuel: < 2% Rendement objectif du système pile: 60% Solution long terme: +2020
30 L hydrogène et la pile à combustible Le stack: membrane «haute température» (aujourd hui 110 C) réduction de la quantité de catalyseur /10 (nano catalyse) plaques bipolaires métalliques (distribution homogène des gaz) Rendement objectif = 60% Coût du système = objectif x 2 La chaine électrique: onduleurs convertisseurs machines tournantes batteries Rendements et miniaturisation
31 L hydrogène et la pile à combustible Reformeur embarqué L alternative au stockage d hydrogène Production d hydrogène à bord du véhicule Reformage multi carburant (tout carburant distribué) Pas d infrastructure / Investissements limités Rendement ~ 80% coût de l hydrogène produit = 3,5$/kg coût du système = objectifx2 rendement global objectif = 45%
32 L hydrogène et la pile à combustible Reformeur Renault-Nuvera: 70kW / 80l
33 Distribution de l hydrogène
34 L hydrogène et la pile à combustible
35 Comparaison PEMFC-H 2 Vs. ICE-essence GM SEQUEL Masse: 2170 kg km/h: 9 s Consommation: 1,6 kg H2/100 km Soit : ~6 L eq. Essence/100 km BMW X5 3.0i (3.0d) Masse: 2070 kg (2170 kg) km/h: 8,8 s (8,8s) Consommation: 12,9 L/100 km (9,4)
36 Les prix de l énergie /kw Marché des piles à combustible Mobiles Telecoms outils résidentiel Bus ~ automobiles ~ 50 stationnaire ~ puissance 10W 100W 1kW 10kW 100kW 1000kW
37 La road map énergie transports routiers Biocarburants (biodiesel bioéthanol) 2007 Carburants issus de la biomasse (BTL) 2010 / 2015 Carburants de synthèse + combustion homogène Hybride essence économique 2008 / 2012 Hybride diesel 2010 / 2012 Pile à combustible avec reformeur Pile à combustible à hydrogène
38 Chevrolet Volt
39 Ford Airstream
40 Honda Puyo
41 Hyundai i-blue
42 SAIC Roewe 2
43 Merci de votre attention
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