La problématique Hydrogène dans le domaine aérospatial

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1 La problématique Hydrogène dans le domaine aérospatial Après-midi Hydrogène Yann Barbaux, Directeur Executif EADS Innovation Works Palais du Luxembourg, le 19 décembre 2011

2 Sommaire Situation actuelle vis-à-vis de l utilisation de l hydrogène Quelles évolutions techniques font reconsidérer la situation? Les technologies de production et de stockage Les points critiques Les acteurs Le pôle Aerospace Valley Page 2

3 Situation actuelle Propulsion Fusée ARIANE 5 moteurs Vulcains Pas d application sur avion, mais des études: Sur la base de premières coopérations avec la Russie et le Canada, on notera le projet Cryoplane lancé en 2000 par Airbus. Plus récemment, étude d un concept de freighter pour le transport régional et les très longues missions (bi-carburants LH2 / Kérosène ou LH2 seul) Etudes d injection d H2 dans la chambre de combustion Energie à bord Travaux de Recherche en cours concernant l intégration d un système PAC multifonction pour la génération de puissance non propulsive La principale difficulté du remplacement de l APU sur un avion civil par un système PAC est la densité de puissance à respecter de l ordre de 0,5 kw/kg intérêt également pour des systèmes de production d énergie autonomes (stationnaire / mobiles). Quelques explorations en cours concernant des systèmes de génération et stockage «hybride» (utilisant solaire/éolien/genset diesel + stockage hydrogène et gestion dynamique de l énergie en fonction de la disponibilité et des besoins ).

4 L impact des évolutions techniques récentes Progrès sur le stockage (Pour le stockage solide, l utilisation de matériaux pyrotechniques visant à générer de l H2 pour PAC pourraient être utilisés dans des modes secours) Progrès sur le stockage solide: par exemple McPhy qui atteint des performance en densité de 106 KgH2/m3 (H2 liquide = 70); un disque de 15 cm x 1 cm d épaisseur permet de stocker 200l. Progrès sur la gestion de l H2 embarqué: essais en vol (DLR, Antares H3) Etudes sur des concepts de PAC réversible et applications sol en défense / sécurrité Application potentielle pour le transport supersonique (SST) ou, à plus court terme, sur des solutions de propulsion hybride

5 Technologies de production et de stockage L hydrogène est généralement produit par électrolyse de l eau => coût et bilan GES* qui peuvent être non favorables en fonction de la source d électricité. Quelques équipes dans le monde regardent la possibilité de produire de l hydrogène avec un meilleur bilan environnemental (microorganismes entre autres) Production d hydrogène par reformage de kéroséne pour les systèmes d Energie secondaire Stockage liquide, cryo-compressed, Stockage Solide : Hydropolysilane, Light Metal Hydrides (eg. Alanates), Intermetallic Hydrides (ex LaNià, Magnesium based hydrides, Ammonium Borohydrides) Applications communications portables Travaux de R&T menés au sein d EADS sur des nouveaux systèmes de stockage (stockage di-phasique liquide / gazeux proposé par BMW, stockage gazeux à très basse T et forte densité ) * GES = Gaz à Effet de Serre

6 Les points critiques Bilan GES très lié au mode de production: favorable en France car énergie nucléaire décarbonée mais pas pour des pays avec un mixte électrique non nucléaire Stockage : fuites et pénalités en masse, comportement au crash Réformage : complexité, pénalité en masse et maturité. Les technologies de réformage classiques d hydrocarbures comme le «steam reforming», l oxydation partielle, et le réformage autothermique ne sont pas réalisables à bord d un avion. On étudie plutôt le procédé de déhydrogénation partielle (PdH) du kérosène : le kérosène modifié par déhydrogénation est réinjecté dans le carburant. A ce jour, la présence de soufre et la formation de coke dans le carburant traité pose encore des problèmes de contamination des catalyseurs de piles. Technologie SOFC : rendement attendu et vérifié élevé (>50%) mais problème de durée de vie, et souplesse d utilisation des systèmes, coût abordable (pas de métaux précieux), tolérante au CO Technologie PEMC (<100 ) : plus mature mais rendement plus faible, coût élevé et nécessite de l H2 pur. Technologie PEMC HT (jusqu à 180 ) : faible maturité, tolérante au CO (2-3%) mais complexité système Acceptabilité du public. Nécessité de convaincre les politiques et de faire des démonstrateurs.

7 Les acteurs importants En France: Rescoll : impliqué dans le projet OSEO H2E (Horizon Hydrogène Energie) pour développer une filière H2 et PAC avec Air Liquide depuis 2008 Helion (Areva) développe la production d hydrogène par électrolyse de l eau et les piles à hydrogène de forte puissance. Poitiers (LMPM-LET), Pau (EPCP) et Bordeaux (LMPc et LGM2B) travaillent sur le stockage de l hydrogène dans des réservoirs fixes et mobiles. Axane (Air Liquide), Arcelor Mittal Stainless & Nickel Alloys et des laboratoires de Grenoble (LEPMI), Chambéry (LMOPS) et Nancy (LEMTA) travaillent sur les composants «cœurs de piles» et les piles à hydrogène de moyenne puissance afin d en réduire le coût. Plusieurs équipes du CEA, de l Institut de Soudure et d Air Liquide contribuent également à ces travaux. Air Liquide conçoit et met en place les infrastructures logistiques adaptées aux déploiements prévus chez les premiers clients et travaille avec INERIS et des laboratoires d Orléans (PRISME / LEES) et de Poitiers (LCD) pour l établissement de normes sécurité adaptées à ces nouveaux marchés En Allemagne: Jülich, DLR, ZAL Hamburg, l industrie automobile

8 Le pôle AESE Pas de projets labellisés AESE sur ce sujet à ce jour. L'hydrogène n'est pour l instant pas dans la feuille de route du pôle; néanmoins: Activités de Composites Aquitaine, programme H2E (pilote Air Liquide), visant au développement de 3 réservoirs de 20, 160 et 310 litres à 700 bars. En Midi Pyrénées, Airbus participe à l initiative «PHyrénées» 2010 soutenue par l Ademe dans le cadre de sa feuille de route Hydrogène, avec les priorités suivantes: la production d H2 vert (soutenu par l ADEME) à partir de biomasse et d énergie renouvelable électrique l électro-mobilité de seconde génération (eg : véhicule hybride, engins logistiques et infrastructure de remplissage associée) l alimentation des sites isolés

9 VoltAir: la vision d un avion silencieux et non polluant, propulsé par 2 moteurs supraconducteurs Performance: Haute densité d énergie par l utilisation de la supraconductivité Sécurité: 2 chaînes électriques indépendantes 2 systèmes de refroidissement indépendants Opérabilité: Batteries échangeables en zone cargo. Chargement au sol pour simplifier l architecture avion.