Cellules à combustible

Les Fuel Cells représentent le défi du siècle dans le cadre d’un développement rationnel durable des sources d’énergie, en diminuant les consommations des sources fossiles et la pollution, et en répondant au mieux à la demande croissante d’énergie.

Au cours des 40 dernières années, les efforts conjugués des entreprises et des centres de recherche ont produit de nombreuses variantes (piles PEM, FAFC, MCFC, SOFC), mais sans atteindre les objectifs recherchés en matière d’efficience et de coût qui s’avéraient nécessaires pour le développement commercial de la technologie Fuel Cell.

Les conditions actuelles du marché exigent un produit qui soit en mesure d’atteindre un degré d’efficience de la conversion de l’énergie chimique en énergie électrique dépassant 60 %, avec des coûts techniques inférieurs à 1.000 €/kW.

La solution proposée par Genio Srl : Boosted Fuel Cell

La technologie BFC a été créée pour surmonter les limites d'utilisation commerciale des piles à hydrogène PEM, en termes de rendement énergétique comme de coûts. Avant la BFC, aucune pile n'était en effet en mesure de transformer l'énergie chimique en énergie électrique avec un rendement supérieur à 40%. Cette limite technique, associée au coût de production élevé des piles, rendait la plupart de leurs applications trop onéreuses pour être véritablement intéressantes.

Genio srl a résolu le problème en développant une nouvelle technologie, la « Pile à combustible haut rendement » (Boosted Fuel Cell - BFC), dont l'entreprise détient les droits de propriété intellectuelle.

BFC est l'évolution de la pile à électrolyte polymère, également nommée PEMFC (pile à combustible à membrane échangeuse de protons), fortement optimisée jusqu'à atteindre un rendement électrique de 92% au lieu des 40% actuels !

En règle générale, la technologie PEM permet l’oxydoréduction contrôlée de l'hydrogène et de l'oxygène dans des compartiments séparés, en vue de la production d'énergie électrique sous forme de courant continu.

Mais c'est uniquement grâce aux importantes innovations méthodologiques développées par BFC, liées aux modalités de gestion des gaz, que les piles PEM ont pu améliorer considérablement leurs performances, tant en termes de rendement que de durée, et devenir un allié précieux en vue de la réduction des coûts énergétiques et des émissions de CO2 dans l'atmosphère.

La BFC est alimentée avec l'hydrogène provenant du processus de reformage du gaz méthane. Le reformeur utilisé à ces fins est dimensionné en fonction des besoins de processus (généralement compris entre 1,2 et 12 Nm3 de H2 /heure) et peut être alimenté avec du gaz méthane ainsi qu’avec d'autres combustibles tels que biogaz, GPL, propane, méthanol, DME (diméthyléther).

Le processus de reformage prévoit deux phases en séquence, réunies dans le même appareil.

  1. 1.La première consiste dans le reformage du méthane proprement dit et est basée sur la technologie de reformage à la vapeur (Steam Reforming Technology - SR).
  2. 2.La seconde prévoit en revanche le processus de purification du monoxyde de carbone (CO Clean-up) et peut utiliser deux technologies alternatives, la conversion du gaz à l'eau (WGS) ou la méthanisation sélective (SMET).

La purification du monoxyde de carbone permet de réduire le monoxyde de carbone à une valeur maximum de 10 ppmv.
Si nécessaire, le processus de reformage peut être précédé de la désulfuration du méthane, effectuée par une unité spéciale.

Module de traitement du combustible

Capacité en hydrogène

12,0 Nm 3 /h

Espace total

580 x 450 x 1,200 mm (L x I x H)

Poids

140 Kg

Combustible

Gaz naturel (20 mbar)

Demande d'énergie électrique

< 140 W

Reformeur

Dimension

1,100 x 450 mm (h x p)

Rendement

82 %

Composition du gaz reformé

78% H2, <10 ppm CO, < 2% CH4 150 mbar, 200°C

Plage de charge

1:3

Suivi de charge

30 - 100% en 120 sec

Cycle de vie

> 15 000 h (conçu pour 80 000 h)

Balance-of-plant (bop)

Désulfuration

Délai d'échange env. 5 000 h

Alimentation en eau

Pompe à eau 24 VCC/0-10 V

Alimentation d'air brûleur

Insufflation d'air, 24 VCC / 0-10 V - Électrovanne, 1 x 24 VCC, < 10 Watt - Interface : commande brûleur/système
Alimentation en combustible

3 électrovannes 24 VCC, < 10 Watt

La technologie utilisée pour le «reformage à la vapeur» se caractérise par une oxydation sans flamme permettant d'utiliser une structure extrêmement compacte à haute densité de combustion et haute vitesse de transport thermique. Elle se traduit par de très faibles émissions de NOx et par un fonctionnement stable, même avec utilisation de gaz à faible capacité calorifique.
Le reformeur est équipé d'un échangeur de chaleur assurant la récupération de l'énergie thermique dérivant de la combustion. Cette dernière est en effet réutilisée pour réchauffer le méthane en entrée et refroidir simultanément les gaz de synthèse en sortie.