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EcoTechnologies Lille 10 juin 2008 11
L’Hydrogène à
l’aube de son développement
Paul LuccheseDirecteur des Nouvelles technologies de l’Energie, CEA
EcoTechnologies Lille 10 juin 2008 22
2010-15 2020-2030
Véhicule tout électrique
Véhicule tout électrique
Degré d’hybridation PAC/batterieEn fonction progrès des deux filières techno
Electique urbain
Hybride thermique / batteries
Démonstration hybride batteries + PAC / niches
Hybride thermique rechargeable
Hybride thermique rechargeable
Moteur thermique
Moteur thermique
Stop & Start / Mild (CIVIC) / Full (PRIUS)
Partenaires industriels
2008
Biocarburant 1ère G Biocarburant 2ème G
Le véhicule Pile à combustible est un véhicule électrique!
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Des progrès spectaculaires sur les systèmes
• 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 2010-2012
• 3l/100 km estimated (Daimler)• 300 km/h record de vitesse avec zéro
émission
NecarNecar 11 (1994)(1994)PEMFC de 50 kW (12 modules), PEMFC de 50 kW (12 modules), alimentation Halimentation H22
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170 véhicules légers en circulation
> 1 600 000 km parcourus
9 bus en service> 265 000 km parcourus
24 stations services opérationnelles15 en projet
1 300 km
Autoroutes de l’hydrogène: Canada, Californie, Norvège
Leasing : 400 €/moisCoût du véhicule : 800 k€Coût H2 : 3,6 €/kg (1,2 €/kg en 2010)Puissance : 80 kW (PEMFC 86 kW)Vmax = 150 km/hRéservoir : 3,75 kg H2 (350 bars)Autonomie : 300 km
Projet HyNorInfrastructure hydrogène entre Stavanger à Oslo (580 km) Stations de remplissage
station à Stavanger en 2006Véhicules
Voitures (20 Toyota H2 Prius + H2 TH!INK en 2007, 40 Mazda RX-8 Hydrogen RE en 2008), Autobus, Taxis
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40 Initiatives regroupant 60 bus et + de 200 dans les deux années
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GM ET DAIMLER: des stratégies bien établies
Programme »Classe B »Quelques centaines de voitures PacTestées en conditions réelles
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ARGENTINE
MAROC
Produire massivement de l’Hydrogène avec des ENR
ALGERIE
Développement de l’énergie solaire Un câble électrique reliera l’Algérie à l’Allemagne 6000MWClean power from desert » est le nom du mégaprojet que compte lancer la société New Energy Algeria (Neal)
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ApplicationSubsidy
NEF Energy suppliers ResidencesMETI∙NEDO
Application for installation
Web site: http://happyfc.nef.or.jp
Le Le prpréé--ddééploiementploiement des piles des piles RRéésidentiellessidentielles au au JaponJapon
Subsidy
Hokkaido3 sites
Tohoku2 sites
Kanto307 sitesChubu
32 sites
Kinki76 sites
Shikoku13 sites
Chugoku13 sites
Kyushu34 sites
Total
Tokyo Gas
Osaka Gas
Nippon Oil
Japan Energy
Idemitsu
Kyushu Oil
Taiyo Oil
Toho Gas
Saibu Gas
Iwatani
Cosmo Oil
Showa Shell Sekiyu
Kamata (LemonGas)
30 en 2005, 30 en 2005, 500(2005)500(2005)2000(2007)2000(2007)
Gain de 15,3 % sur l’energie primaireGain de 846 Kg/site/an COSoit -28%
Demonstration Project Site
Hot water for Bath, Heating
SFC
Hot Wat erT ank
Dat a
Data
Fuel
0
10
20
30
40
50
expectation('07) target(FY2008)
Cos
t of s
elec
ted
BOPs
[x 1
04ye
n]
othe
rvalvesensorrotating machinery
\410000/ｋW
\120000/kW\80000/ｋW
Cost atbeginning
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Energies renouvelables intermittentes: l’Hydrogène améliore leur efficacité
Utsira, Norway
GRECE
NORVEGE
FRANCECORSE
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Carburants fossiles
Extraire
réaliser
concevoir
Produire
Distribuer
Extraire
réaliser
concevoir
réaliser
concevoir
Produire
Distribuer
Produire
DistribuerElectricité
Produire
Distribuer
Extraire
ProduireProduire
DistribuerDistribuer
Extraire
L’hydrogène une passerelle entre le nucléaire, les carburants fossiles, les ENR les biocarburants
H2
Efficacité
ENR intermittentes Efficacité
masse énergie des biocarburants
Sidérurgie, Cimenteries…
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Axes de R&D
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0 50 100 150 200 250 300 350 400
Mass of storage tank (Kg)
Type I (acier)
Type III (aluminium liner)
Type IV(plastic liner)
Stockage Haute pressionStockage Haute pression
Capacité massique accrue si utilisation de composite légers avec un liner plastiqueCapacité volumique accrue si élevation de la pression (700 bars)
5 kg of Hydrogen
EtatEtat
de de ll’’artartQuantum, CEA, Air Liquide
Dynetek, CEA
Composites Aquitaines, 3 l, 300 bars
Ullit 22l, 350 bars
Liner Liner : H: H22
barrierbarrier
CompositeComposite :: pressure pressure
6,3 MJ/kg system ( 5,2 %)2,3 MJ/L system
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Des progrès constants et spectaculaires depuis 7 années
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Pile CEA PSA
2006 : validation de la pile sur banc
2007 : validation de la pile dans son système
Pile de 80 kWassemblée au CEA
Puissance nette de 31 kW atteinte le 29/08/2007P ile de 37 kW)Fonctionnement conforme aux attentes, Rendement système de 45 % atteint
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
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Cycles Thermochimiques
Avantages
PrincipeDissocier la molécule d’eau à haute température en utilisant des cycles chimiques (Iode-Soufre étant le plus étudié).
Procédés à très haut rendement (potentiellement 50%)Couplé à un réacteur nucléaire assure des productions massives (200T/jour)
VerrousUsines chimiques de capacité rarement atteinte (démonstration de la faisabilité)Technologies en environnement difficile
Électrolyse à Haute Température (EHT)
Avantages
PrincipeElectrolyser l’eau en remplaçant une partie de l’énergie électrique par de l’énergie thermique disponible et meilleur marché.
On attend un gain de 10 à 17% d’efficacité par rapport à l’électrolyse alcalineC’est un procédé utilisable à différentes échelles et couplableà différentes sources
VerrousTechnologie à haute température (plus chère)Durabilité des composants à démontrer
Vers une production propre de l’hydrogèneDécomposition de l’eau à
partir de sources
énergétiques propres et bon marché
Eau
Eau
Electricité
Source
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Les voies très innovantes: la photoelectrochimie et la biologie
Photoproduction d’hydrogène par les microorganismes photosynthétiques
Bactéries photosynthétiques
Cyanobactéries
Microalgues
Nouveaux catalyseursbio-inspirés
pour remplacer le platine
Ingénierie et Biosynthèse des hydrogénases
Photosystèmes et chaîne photosynthétique
100mm x 100mm WO3 photoanode tile sample by H2 -Solar (UK), University of Geneva as well as Solaronix
(both CH)
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Public Public fundingfunding to to HydrogenHydrogen and Fuel and Fuel cellscells
États-unisFuel 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€ (2004-2008)Total funding 2007 : ~ 630 M$
Japan28 years Programme
(1993-2020) Total budget: 2,4 G€
2006 : 420 M€
EuropeFP2 : 8 M€FP6 : 315 M€JTI : 940 M€ (2008-2013)
FrancePublic funding 2006 : 45 M€
ANR Pan-H : 70 M€ (2005-2008)A2I/Oseo : 67,6 M€ (project H2E, 7
year)ADEME : ~2,5 M€ (2007)Regional competitive clusters
World R&DPublic > 1 000 M€/anPrivate : 3,5 G€/an
China72 M€ Budget for Fuel
cell vehicles
CanadaFederal Budget : 50 M€/an
States : 15 M€/an
Germany2007
Federal level : ~ 110 M€Lânders : ~ 25 M€
R&D : 500 M€ (2006- 2015)
Infrastructure :1 G€ (2006-2015) India
5 M€ (2006-2020)R&D : 0,2 M€Infrastructure : 4,8 M€
KoreaBudget R&D 2007 :
64 M€
ItalyNational Budget: 45 M€/anRegional Budget: 10 M€/an
UK Public funding 2006 :25-30M€?
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Joint Technology Initiative (« JTI)
Hydrogène et Piles à combustibles: Acte de naissance Officiel:
conseil européen 31 mai 2008
Un changement d’approcheUn modèle pour l’organisation de
l’Europe de l’Energie et de la recherche ?
EcoTechnologies Lille 10 juin 2008 1919
JTI: un partenariat Commission/Industrie/RechercheJoint Technology Initiative: 940 M€ sur 6 années
L‘Industrie et la recherche se regroupent!
Fundation ITMA
SINT EF
VTT
Tubitak
Univ. of Aalborg
Center for Process Innovation
Univ. of Manchester
Univ. of Hertfordshi
re
CE A
AFH2
CIDETECINASM ET
CENER
Univ. of Alicante
INTA
CIEM AT
Fundation Cidaut
RIS ØE
E C N ZBT
DuisbourgFZJ
DLRIM Mainz
REZ Pc
Technical Univ. of Graz
CRES
Univ. of SalernoUniv. of Roma
Univ. of BolognaUniv. Of Perugia
CNRENEA
PSI CESI/ RICERCA
VIT OAVE
RE
Univ. of Turin
Univ. Politechnicode Turino
Z S W
Joanneum Research
RECHERCHE:Mars 2008: 40 participants representants près de 1500 personnes
INDUSTRIE:45 compagnies ont signé la structure légale le 28 mars 2007 !!!
EcoTechnologies Lille 10 juin 2008 2020
Les objectifs européen du programme pour 2020
“Snapshot 2020”: Key assumptions on Hydrogen & Fuel Cell Applications for a 2020 Scenario