après le pétrolel' h ydro- · méthodologie en synthèse organique, catalyse asymétrique,...

Aprèsle pétrole...

l ' H 2 ydro-gène ?

vecteur des énergies de demain

• Synthèse de molécules à activité thérapeutique

Précipitat ion d'un complexe

Spectromètre de masse

Spectromètre PRESalle de dist illat ion

I nst itutde Chimie M oléculaireet des M atér iaux d'OrsayUM R8182

Contact :Jean-Jacques GIRERD - Directeur

Tél : 01 69 15 78 [email protected]

287 personnesdont 106 étudiants

www.icmo.u-psud.fr

OBJECTIFS

• Architectures moléculaires complexesMéthodologie en synthèse organique, catalyse asymétrique, chiralité

• Chimie-BiologieChimie biologique des sucres, rôle des métaux dans le monde vivant,

synthèse de molécules d'intérêt thérapeutique

• Matériaux et nanochimieOxydes métalliques à propriétés remarquables, métaux, biomatériaux,

nanomatériaux, surfaces, couches minces

• EnvironnementChimie verte, chimie organique dans l'eau, dépollution, photosynthèse,

hydrogène, catalyse biomimétique

• CalculSimulation numérique, modélisation moléculaire, chimie quantique


Contact :P. MILLET - Université Paris-sud, ICMMO, Bât. 410, 91405 - Orsay cedex

Tél : 01 69 15 48 [email protected]

• Émission de gaz à effet de serre

• Modifications climatiques

• Réchauffement de la planète

• Réserves limitées

• Conflits pour le contrôle des réserves

Aprèsle pétrole...

l ' H 2 ydrogène ?

H 2 : vecteur des énergies de demain

Pile à Combustible Électrolyseur CellulesEau

Stockage H2H2

H2

Éolienne

Eau

O2O2

Pile à combustible Électrolyseur Cellulesphotovoltaïques

EauStockage H2H2

H2

Éolienne

Eau

O2O2

Énergie du vent

Énergie des vagues

Énergie solaire

Énergie des vagues

Énergiesolaire

Énergiedu vent

Production/Stockage d’hydrogène

Énergies fossiles

=sources de pollutions

Un cycle écologiquement propre

stockage des énergies renouvelables

grâce à l'eau décomposée en hydrogène (H2)

et oxygène (O2)

L'eau consomméeest intégralement restituée

Une chaîne technologiquemaîtrisée...

• systèmes éoliens, photo-voltaïques

• production d'hydrogène par électrolyse

• transport et stockage

• utilisation : piles à combustible

... à optimiser

Jules Verne, l'Île mystérieuse

« Oui mes amis, je crois que l'eau sera un jour employée comme combustible, que l'hydrogène et l'oxygène...

fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisable et d'une intensité que la houille ne saurait avoir. »

Cyrus Smith


Production d'hydrogènepar électrolyse de l'eausur membrane polymère acide ( PEM )

OBJECTIFS

• Développer un électrolyseur du type GenHy®1000• Production d'H2 : 1000 L/h• Production d' O2 : 500 L/h

PROGRAMME DE RECHERCHE

• Projet européen GenHy®PEM• 10/2005 - 10/2008 ; budget : 2,2 millions d'euros• Soutien région Île-de-France

C. Puyenchet1, C. Etievant1, A. Deschamps1, P. Millet2

1- CETH, Innov'Valley Entreprises, Route de Nozay, 91460 Marcoussis, France; Tél : +33-1.6963.6857, e-mail : [email protected]

2- Université Paris-sud, ICMMO, Bâtiment 410, 91405 Orsay Cedex, France; Tél : +33-1.6915.4812, e-mail : [email protected]

Figure 1 : Schéma d’une installation permettant de capter les énergiesrenouvelables pour satisfaire les besoins énergétiques domestiques

Figure 2: Maquette illustrant le cycle des énergies renouvelableset le rôle de l’hydrogène comme vecteur énergétique

Figure 1 : Schéma d’une installation permettant de capter les énergiesrenouvelables pour satisfaire les besoins énergétiques domestiques

Figure 2 : Maquette illustrant le cycle des énergies renouvelableset le rôle de l’hydrogène comme vecteur énergétique

Figure 5 : Mono- Figure 7 : Electrolyseur PEM de classe GenHy®1000 pour desapplications résidentielles

cellule de 250 cm² en test

Figure 6 : Electrolyseur PEM de classe GenHy®100 pour desapplications en laboratoire

Électrolyseur PEM : hydrogène 100L/hRéservoir d’eau pure

Figure 3 : Cellule d’électrolyse PEM Figure 4 : Microstructure du polymère(Nafion®) utilisé comme électrolyte solide

Membrane Electrolyte Polymère

Réaction de la cathode4H+ + 4e- 2 H2

4e-4e-

Cathode

Platine

Anode

Platine/Iridium

Réaction de l’anode2 H2O 4e- + 4H+ + O2

2 H2O

O2

2 H24H+

Figure 3 : Cellule d’électrolyse PEM Figure 4 : Microstructure du polymère(Nafion®) utilisé comme électrolyte solide



4e-4e-

Cathode Anode

platine/iridium


2 H2O

O2

2 H24H+



4e-4e-

Cathode

platine

Anode


2 H2O

O2

2 H24H+

Utilisat ion

des énergies renouvelables Pr incipe de l'electrolyseur PEM

Applicat ions industr ielles

Électrolyse

H2 O2H2O

Production d'hydrogènepar réformage de bio-éthanol.Pur if icat ion par perméation gazeuse.

OBJECTIFS

• Production d'hydrogène par réformage de bio-carburant

• Production de H2 > 99,99999 % pour les applications pile à combustible

• Résistance aux cycles thermiques (25 - 700 °C)

APPLICATIONS

• Cogénération stationnaire

• Réformage embarqué pour transport

• Alimentations électriques de secours

Pr incipe du réformage d'éthanol

Pur if icat ion par perméation gazeuse à travers des feuilles de palladium

Banc test de réformage d'éthanol

Les bio-carburants : une façon commode de stocker l'hydrogène

E. Gernot1, F. Auprêtre1, A. Deschamps1, C. Etievant1, P. Millet2



Figure 4 : Perméation de H2 travers une membrane de palladium

(2) Dissociation(1) Absorption

(3) Diffusion

(4) Recombinaison (5) Désorption

Molécule d’hydrogène

Palladium

Figure 1 : Principe du réformage

Figure 2: Principe du micro -réformeur

H2 (99,99%)

Fumée d’échappementCO2, CO, CH4, H2

Bio-éthanolC2H5OH

Membrane en alliagede Pd

H2

H2

Catalyseur en métalnoble supporté

Laine de quartz

Réaction de vaporéformageC2H5OH + 3H2O 6H2 + 2CO2

H2

Fumée d’échappementCO2, CO, CH4, H2

C2H5OH

Membrane en alliagede Pd

H2

H2

Catalyseur en métalnoble supporté

Réaction deC2H5OH + 3H2O 6H2 + 2CO2

Figure 3 : Banc test

Pile àCombustible

Bio Ethanol

Réacteur

Catalytique

à Membrane(RMC)

H2ultrapur Applications

Hydrogène

Membrane métallique compositeElectricitéet chaleur

Température de600 à 750 °C

Pile àcombustible

Bio-éthanol

Réacteur

Catalytique

à Membrane(RMC)

H2ultrapur Applications

Hydrogène

Électricitéet chaleur

Température de

Mécanisme de perméation

1. Absorption du gaz à la surface du métal

2. Dissociation en hydrogène atomique :

H2 adsorbé 2 Had

3. Diffusion au sein de la membrane :

Had Hmétal

4. Recombinaison de H atomique en H moléculaire

2 Had H2ad

5. Désorption sur la face aval de la membrane

H2 adsorbé H2 (gaz)


Hydrogène et transpor t

L'HYDROGÈNE PEUT ÊTRE UTILISÉ POUR DES APPLICATIONS DE TRANSPORT• Véhicules non polluants

• Véhicules silencieux

• Applications urbaines

C. Puyenchet1, C. Etievant1, A. Deschamps1, P. Millet2



Pr incipe de la pile à combustible Structure d'une pile à combustible

Applicat ions potentielles : le transpor t urbain

Figure 4 : Modèle réduit de véhicule automobile àpile à combustible-électrolyseur intégré

Figure 3 : TrotHynet® à pile à combustible avec alimentation enhydrog ène par un réservoir d’hydrure métallique

Pile à combustible PEMFC de 250 W

Stockage d’hydrogène basse pression(hydrure métallique)

Tension de la pile: E = Ecathode – Eanode < 1,23 volt à 25 °C

Figure 1 : Principe d’une pile à combustible H 2/O2

avec le détail des réactions électrochimiquesFigure 2 : photographie d’une pile à combustible H2/O2

commerciale de 250 W

Hydrogène

CathodeAnode

Air

Air

+

Eau

après le pétrolel' h ydro- · méthodologie en synthèse organique, catalyse asymétrique,...

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