Production d’Hydrogène et Gestion des Énergies Renouvelables

Le projet PH2GENER porte sur le développement de dispositifs de stockage d’énergie (énergie chimique stockée dans les liaisons de la molécule H₂) ou d’éco-mobilité par conversion directe de l’énergie chimique des molécules issues de la biomasse (alcools, sucres) en énergie électrique.

D’une durée de 3 ans, PH2GENER est porté par l’Institut IC2MP de l’Université de Poitiers dans le cadre du programme TRANSPORTS ; ce projet s’inscrit dans le thème 2.2a (Optimisation des systèmes de conversion de l’énergie et de la propulsion – Combustion conventionnelle et nouveaux concepts).

PH2GENER vise à développer la production du dihydrogène comme vecteur énergétique sobre en carbone, alternatif aux énergies fossiles, pour des applications en stockage d’énergie et d’éco-mobilité.

 

L’IC2MP s’est doté, en complément d’un électrolyseur de production de dihydrogène (H₂), d’un banc test de pile à combustible. Bien que des molécules issues de la biomasse (alcools et sucres) pourront être étudiées sur ce banc comme combustibles de faible puissance alternatifs aux énergies fossiles, le principal combustible sera le dihydrogène. Sa densité de puissance élevée (32.7 kWh kg^-1 versus 10.5 kWh kg^-1 pour l’essence), est à l’heure actuelle le vecteur énergétique décarboné le plus prometteur pour le développement futur d’applications mobiles (véhicule, train, vélo,…) et stationnaires. Il est envisagé dans ce projet de produire le dihydrogène de façon durable en alimentant l’électrolyseur par une source d’énergie intermittente (par ex., un panneau solaire). Ce combustible « propre, décarboné et pur » sera utilisé comme source d’alimentation de la pile à combustible afin de démontrer dans nos études un cycle vertueux, respectueux de l’environnement, puisque le seul produit final de la réaction dans une pile à hydrogène n’est autre que l’eau (H₂O).

Une stratégie d’utilisation de molécules de la biomasse comme combustible peut se réaliser par voie de cogénération, c’est-à-dire procéder à une oxydation partielle (et non au stade ultime de CO₂) pour produire directement de l’énergie électrique, et obtenir sélectivement des molécules plateforme ou à haute valeur ajoutée. Dans le cas du combustible glucose, il requiert d’identifier tous les produits qui en résultent lors du fonctionnement. En effet, l’utilisation de catalyseurs actifs et sélectifs permet de valoriser cette molécule issue de la biomasse en des synthons tels que les acides gluconique, glucuronique et glucarique. Ces composés organiques seront analysés et identifiés en sortie de pile grâce à ce spectromètre de masse dédié.

 

Le projet PH2GENER du programme TRANSPORTS est focalisé sur le développement de dispositifs de stockage d’énergie (énergie chimique stockée dans les liaisons de la molécule H₂) ou d’éco-mobilité par conversion directe de l’énergie chimique des molécules issues de la biomasse (alcools, sucres) en énergie électrique. Cette thématique implique qu’il faille repenser les procédés actuels pour les adapter à :

• la décomposition de l’eau en ces deux gaz (combustible H₂ et comburant O₂) sans polluants tels que CO et CO₂. La principale voie actuelle (reformage catalytique d’un hydrocarbure) nécessite une étape de purification pour éliminer les espèces carbonées avant l’alimentation d’une pile à combustible.
• la diminution des matériaux catalytiques à base de métaux précieux très peu abondants sur l’écorce terrestre. Des métaux de transition plus abondants sur la croûte terrestre peuvent composer de nouveaux types de catalyseurs actifs catalytiquement et stables thermodynamiquement, soit pour la réduction de l’eau en H₂, soit pour son oxydation en O₂.
• la co-génération de molécules à valeur ajoutée issues de l’utilisation de molécules de la biomasse comme combustibles. Dans ce cas, la pile à combustible produit, outre énergie électrique et chaleur, sélectivement des synthons. Le développement de nouvelles techniques d’analyses permet de caractériser, en temps quasi réel et de manière très fine, d’une part les matériaux d’électrode synthétisés et les processus électrocatalytiques ayant lieu à leurs surfaces, et d’autre part, les produits réactionnels. Les compositions d’électrodes les plus performantes électriquement seront préparées en grande quantité pour élaborer de grandes surfaces de catalyseurs et feront l’objet de caractérisations physicochimiques sur des techniques avancées disponibles à l’Institut IC2MP avant une mise en forme en Assemblage-Membrane-Électrode (AME).