Technologie de l’Hydrogène
Les technologies de l’Hydrogène : un nouveau vecteur d’énergie au service de la société du futur. Étude et compréhension des phénomènes de surface relatifs aux technologies de fabrication, transport, stockage et exploitation de l’hydrogène : électrolyse, compression, pile à combustible et moteur à hydrogène.
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Le saviez-vous ?
Dans le contexte de décarbonation de nos sociétés modernes, l’Hydrogène est l’une des solutions envisagées pour l’avenir énergétique de nos sociétés. Sujet de recherches depuis plusieurs décennies, l’utilisation de l’Hydrogène comme " vecteur énergétique " (c’est-à-dire qu’il doit d’abord être produit et stocké avant d’être utilisé), pourrait jouer un rôle important dans la transition énergétique impulsée aussi bien dans le domaine industriel que dans la mobilité.
Disponible en grande quantité et dont la combustion est exempte d’émissions de CO2 , le cycle de l’Hydrogène se sépare en plusieurs catégories : production, stockage, transport et utilisation dans différents domaines.
HEF intègre les enjeux environnementaux en se diversifiant dans les marchés liés aux énergies décarbonées dont l’Hydrogène : de l’amont via la production de l’Hydrogène à l’utilisation de l’Hydrogène pour la mobilité électrique ou thermique.
L’objectif d’HEF est de rendre disponible des solutions robustes, durables et économiquement compétitives pour 2025 dans l’optique d’un déploiement massif aux alentours de 2030.
Le principe d’une pile à combustible est l’inverse d’une électrolyse. La réaction chimique produite par la rencontre du dihydrogène et du dioxygène produit de l’eau, un peu de chaleur, mais surtout de l’électricité, qui peut être ensuite utilisée pour presque tous les usages.
Aujourd’hui, les piles à combustible sont utilisées, par exemple, dans le secteur de la mobilité pour alimenter de nouveaux types de voitures électriques (dites " voitures à pile à combustible à Hydrogène ").
D’autres moyens de transport peuvent bénéficier de la technologie à Hydrogène comme les bus, les trains ou les véhicules dits " à usage intensifs " comme les taxis, les flottes captives, les utilitaires, les chariots élévateurs électriques dont la recharge est bien plus rapide (quelques minutes) par rapport à des batteries électriques classiques.
L’Hydrogène possède une densité d’énergie très importante (1kg d’Hydrogène contient autant d’énergie que 3 à 4 kg de pétrole). Sa densité, à l’état naturel gazeux, étant très faible, il faut donc l’extraire et le compresser avant de pouvoir l’utiliser.
Il existe deux moyens principaux pour récupérer cette énergie :
– sous forme thermique par la combustion de l’Hydrogène avec l’Oxygène (combustion dont le résidu est seulement de l’eau, c’est ainsi que fonctionne le moteur Vulcain du lanceur européen Ariane)
– sous forme électrique, en utilisant des piles à combustible (aussi appelées piles à Hydrogène).
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Les technologies d’HEF permettent d’améliorer et/ou de créer de nouvelles propriétés de surface des plaques bipolaires, composants essentiels des piles à combustibles, qui doivent maintenir, voire améliorer leurs performances dans des environnements sévères sur le plan de la corrosion (température, acidité…).
HEF développe ainsi des revêtements de carbone uniques pour les plaques métalliques bipolaires (l’un des principaux composants des piles à combustible dites " à membrane échangeuse de protons " – PEMFC).
Ces revêtements protègent les pièces contre la corrosion tout en garantissant une conductivité électrique optimale sur des durées de fonctionnement de plusieurs milliers d’heures, avec de faibles niveaux d’émission de contaminants (effet barrière) .
Solutions de revêtements hautes performances pour les électrolyseurs
Avant une utilisation de l’Hydrogène, il faut d’abord le produire.
Aujourd’hui, 95 % du dihydrogène est produit par " vaporeformage " de combustibles fossiles : cette réaction chimique brise les molécules d’hydrocarbures en présence de vapeur d’eau, de chaleur et d’un catalyseur, pour en libérer l’Hydrogène. Mais cette méthode a l’inconvénient de produire du CO2.
L’Hydrogène peut aussi être produit par électrolyse à partir d’eau et d’électricité. Le principe est de casser la molécule d’eau en Hydrogène et en oxygène séparés. Même si la technique fait l’inverse de la pile à combustible, la technologie qui permet cette électrolyse y ressemble beaucoup : des " stacks " de monocellules électrochimiques de grande dimension, en série, vont permettre d’obtenir de l’Hydrogène à partir de l’eau.
Et comme la densité d’énergie dépend de la surface des éléments, HEF apporte là aussi ses compétences en terme de conception, création et design, avec un contrôle des états de surface descendant jusqu’à la dizaine de nanomètres.
Chaque cellule d’un électrolyseur contient des PTL (Porous Transport Layer ) et des plaques séparatrices bipolaires qui jouent un rôle essentiel dans la distribution du flux et la conduction du courant électrique mais opèrent dans un environnement corrosif.
La technologie de traitements de surface PVD/PECVD développée par HEF est essentielle pour optimiser leurs performances et garantir leur durabilité tout en réduisant au strict minimum les quantités de métaux précieux utilisés.
