L Hydrogène à l aube de son développement

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1 L Hydrogène à l aube de son développement Paul Lucchese Directeur des Nouvelles technologies de l Energie, CEA Paul.lucchese@cea.fr EcoTechnologies Lille 10 juin

2 Le véhicule Pile à combustible est un véhicule électrique! Moteur Moteur thermique thermique Hybride thermique / batteries Stop & Start / Mild (CIVIC) / Full (PRIUS) Hybride Hybride thermique thermique rechargeable rechargeable Biocarburant 1 ère G Biocarburant 2 ème G Véhicule Véhicule tout tout électrique électrique Démonstration hybride batteries + PAC / niches Electique urbain Partenaires industriels Degré d hybridation PAC/batterie En fonction progrès des deux filières techno EcoTechnologies Lille 10 juin

3 Des progrès spectaculaires sur les systèmes Necar 1 (1994) PEMFC de 50 kw (12 modules), alimentation H 2 Location Honda 2008 $600/mois, Southern California 780 km range (Toyota) 2300 mile road trip, Alaska-California Flottes véhicules 100(GM) CA, NY, DC 1000 vehicles by l/100 km estimated (Daimler) 300 km/h record de vitesse avec zéro émission EcoTechnologies Lille 10 juin

4 Autoroutes de l hydrogène: Canada, Californie, Norvège Projet HyNor Infrastructure hydrogène entre Stavanger à Oslo (580 km) Stations de remplissage station à Stavanger en 2006 Véhicules Voitures (20 Toyota H2 Prius + H2 TH!INK en 2007, 40 Mazda RX-8 Hydrogen RE en 2008), Autobus, Taxis Leasing : 400 /mois Coût du véhicule : 800 k Coût H 2 : 3,6 /kg (1,2 /kg en 2010) Puissance : 80 kw (PEMFC 86 kw) Vmax = 150 km/h Réservoir : 3,75 kg H 2 (350 bars) Autonomie : 300 km km 170 véhicules légers en circulation > km parcourus 24 stations services opérationnelles 15 en projet 9 bus en service > km parcourus EcoTechnologies Lille 10 juin

5 40 Initiatives regroupant 60 bus et + de 200 dans les deux années EcoTechnologies Lille 10 juin

6 GM ET DAIMLER: des stratégies bien établies Programme»Classe B» Quelques centaines de voitures Pac Testées en conditions réelles EcoTechnologies Lille 10 juin

7 Produire massivement de l Hydrogène avec des ENR ARGENTINE MAROC Développement de l énergie solaire Un câble électrique reliera l Algérie à l Allemagne 6000MW Clean power from desert» est le nom du mégaprojet que compte lancer la société New Energy Algeria (Neal) ALGERIE EcoTechnologies Lille 10 juin

8 Le pré-déploiement ploiement des piles Résidentielles au Japon METI NEDO Subsidy Application Application for installation NEF Energy suppliers Residences Subsidy Fuel SFC Gain de 15,3 % sur l energie primaire Gain de 846 Kg/site/an CO Soit -28% Hot Wat ert ank Data Web site: Cost of selected BOPs [x 10 4 yen] Dat a \410000/kW Cost at beginning Hot water for Bath, Heating \120000/kW Tokyo Gas Osaka Gas Nippon Oil Japan Energy Idemitsu Kyushu Oil Taiyo Oil Toho Gas Saibu Gas Iwatani Cosmo Oil Total Kyushu 34 sites Kamata (LemonGas) Showa Shell Sekiyu Chugoku 13 sites Hokkaido 3 sites Demonstration Project Site 30 en 2005, 500(2005) 2000(2007) Kinki 76 sites target(fy2008) Chubu Shikoku EcoTechnologies Lille 10 juin sites 8 13 sites expectation('07) othe rvalve sensor rotating machinery \80000/kW Tohoku 2 sites Kanto 307 sites

9 Energies renouvelables intermittentes: l Hydrogène améliore leur efficacité Utsira, Norway NORVEGE FRANCE CORSE GRECE EcoTechnologies Lille 10 juin

10 L hydrogène une passerelle entre le nucléaire, les carburants fossiles, les ENR les biocarburants Extraire Extraire Carburants fossiles Produire H 2 réaliser concevoir Produire Distribuer Distribuer Electricité Sidérurgie, Cimenteries Efficacité ENR intermittentes Efficacité masse énergie des biocarburants EcoTechnologies Lille 10 juin

11 Axes de R&D EcoTechnologies Lille 10 juin

12 Stockage Haute pression Capacité massique accrue si utilisation de composite légers avec un liner plastique Capacité volumique accrue si élevation de la pression (700 bars) 6,3 MJ/kg system ( 5,2 %) 2,3 MJ/L system Ullit 22l, 350 bars Etat de l art Type IV (plastic liner) Quantum, CEA, Air Liquide 5 kg of Hydrogen Dynetek, CEA Composites Aquitaines, 3 l, 300 bars Type III (aluminium liner) Type I (acier) Liner : H 2 barrier Composite : pressure Mass of storage tank (Kg) EcoTechnologies Lille 10 juin

13 Des progrès constants et spectaculaires depuis 7 années EcoTechnologies Lille 10 juin

14 Pile CEA PSA Pile de 80 kw assemblée au CEA 2007 : validation de la pile dans son système 2006 : validation de la pile sur banc Intégration d un système à pile à combustible de technologie GENEPAC dans un véhicule hybride de type «range extender» (Prototype EPURE de PSA). Etude de la fiabilité des piles de technologie GENEPAC sur banc d essais Puissance nette de 31 kw atteinte le 29/08/2007P ile de 37 kw) Fonctionnement conforme aux attentes, Rendement système de 45 % atteint EcoTechnologies Lille 10 juin

15 Vers une production propre de l hydrogène Décomposition de l eau à partir de sources énergétiques propres et bon marché Eau Source Electricité Eau Électrolyse à Haute Température (EHT) Principe Electrolyser l eau en remplaçant une partie de l énergie électrique par de l énergie thermique disponible et meilleur marché. Avantages On attend un gain de 10 à 17% d efficacité par rapport à l électrolyse alcaline C est un procédé utilisable à différentes échelles et couplable à différentes sources Verrous Technologie à haute température (plus chère) Durabilité des composants à démontrer Cycles Thermochimiques Principe Dissocier la molécule d eau à haute température en utilisant des cycles chimiques (Iode-Soufre étant le plus étudié). Avantages Procédés à très haut rendement (potentiellement 50%) Couplé à un réacteur nucléaire assure des productions massives (200T/jour) Verrous Usines chimiques de capacité rarement EcoTechnologies Lille 10 juin 2008 atteinte (démonstration de la faisabilité) 15 Technologies en environnement difficile

16 Les voies très innovantes: la photoelectrochimie et la biologie Photoproduction d hydrogène par les microorganismes photosynthétiques Microalgues Cyanobactéries Photosystèmes et chaîne photosynthétique Bactéries photosynthétiques Nouveaux catalyseurs bio-inspirés pour remplacer le platine 100mm x 100mm WO 3 photoanode tile sample by H 2 -Solar (UK), University of Geneva as well as Solaronix (both CH) Ingénierie et Biosynthèse des hydrogénases EcoTechnologies Lille 10 juin

17 Public funding to Hydrogen and Fuel cells Canada Federal Budget : 50 M /an States : 15 M /an UK Public funding 2006 :25-30M? Korea Budget R&D 2007 : 64 M Europe FP2 : 8 M FP6 : 315 M États-unis JTI : 940 M Fuel cell support from US Government ( ) DOE DOT DOD : Total Hydrogen Fuel Initiative (250 M /an) Freedom Car Programme (100 M /an) Solid State Energy Conversion Alliance (SECA) Programme (50 M /an) Hydrogen Fuel Initiative : 960 M ( ) Total funding 2007 : ~ 630 M$ World R&D Public > M /an Private : 3,5 G /an France Public funding 2006 : 45 M ANR Pan-H : 70 M ( ) A2I/Oseo : 67,6 M (project H2E, 7 year) ADEME : ~2,5 M (2007) Regional competitive clusters China 72 M Budget for Fuel cell vehicles Japan 28 years Programme ( ) Total budget: 2,4 G 2006 : 420 M Germany 2007 Federal level : ~ 110 M Lânders : ~ 25 M R&D : 500 M ( ) Infrastructure : 1 G ( ) India 5 M ( ) Italy R&D : 0,2 M National Budget: 45 M /an Infrastructure : 4,8 M EcoTechnologies Lille 10 juin Regional 2008 Budget: 10 M /an 17

18 Joint Technology Initiative («JTI) Hydrogène et Piles à combustibles: Acte de naissance Officiel: conseil européen 31 mai 2008 Un changement d approche Un modèle pour l organisation de l Europe de l Energie et de la recherche? EcoTechnologies Lille 10 juin

19 JTI: un partenariat Commission/Industrie/Recherche Joint Technology Initiative: 940 M sur 6 années L Industrie et la recherche se regroupent! INDUSTRIE: 45 compagnies ont signé la structure légale le 28 mars 2007!!! RECHERCHE: Mars 2008: 40 participants representants près de 1500 personnes SINT EF Center for Process Innovation Fundation ITMA Fundation Cidaut Univ. of Manchester Univ. of Hertfordshi re INASM CIDETEC INTA CIEM AT AVE RE VIT O Univ. of Turin CENER Univ. of Alicante E C N AFH2 CE A Univ. de Turino Politechnico ENEA Univ. of Aalborg RIS ØE ZBT Duisbourg FZJ DLR IM Mainz Z PSI S W Univ. of Roma CNR VTT REZ Pc Joanneum Research Technical Univ. of Graz CESI/ RICERCA Univ. of Bologna Univ. Of Perugia Univ. of Salerno Tubitak EcoTechnologies Lille 10 juin CRES

20 Les objectifs européen du programme pour 2020 Snapshot 2020 : Key assumptions on Hydrogen & Fuel Cell Applications for a 2020 Scenario EcoTechnologies Lille 10 juin