Les premières expérimentations de piles à combustible en résidentiel

摘要

La pile à combustible est un système convertissant directement l'énergie chimique d'un gaz (combustible) en électricité et chaleur. Des produits utilisant le gaz naturel ont été introduits avec succès sur le marché japonais. Les premières expérimentations de ces "fuel cells" dans le secteur résidentiel ont été lancées en Europe. De manière générale, on désigne par le terme pile à combustible, un système convertissant directement, via une réaction électrochimique, l'énergie chimique d'un gaz (combustible) en électricité et chaleur. Cette réaction se produit au sein de cellules élémentaires constituées chacune de deux électrodes séparées par un électrolyte. ＞ Figure 1 Classiquement, une cellule permet de générer une tension de l'ordre de 1 V, et un courant proportionnel à la surface de la cellule (entre 0,1 et 1 A/cm~2). Afin d'obtenir la puissance désirée, on réalise un empilement de ces cellules (cellules en série) afin d'augmenter la tension et la puissance. On appelle cet empilement le cœur de pile. L'électricité est produite sous forme de courant continu, qu'il faut redresser en courant alternatif compatible avec les besoins de l'application via. un onduleur. Le combustible de référence est l'hydrogène. Cependant, certains systèmes à piles à combustible peuvent fonctionner au gaz naturel, car ce dernier peut être transformé en un gaz riche en hydrogène (réaction de reformage). Toutes les technologies de piles à combustible peuvent être expliquées simplement quand on considère un fonctionnement à l'hydrogène et à l'oxygène (contenu dans l'air). La réaction globale est identique à celle d'une combustion: H_2 + 1/2 O_2 - ＞ H_2O. La différence par rapport à une combustion, réside dans le fait que l'hydrogène et l'oxygène ne peuvent se rencontrer directement, séparés par l'électrolyte. Ce dernier peut être comparé à une vitre, à travers laquelle l'hydrogène et l'oxygène peuvent se voir sans se toucher. De fait, l'hydrogène se dissocie en protons et électrons pour que ces derniers empruntent un chemin externe pour contourner la vitre et rejoindre l'oxygène. Les protons quant à eux peuvent traverser la vitre. Ainsi protons, électrons et oxygène forment à la cathode de l'eau. En somme, à la différence d'une combustion où toute l'énergie chimique est transformée en chaleur, une partie de l'énergie chimique est convertie à la fois en électricité (électrons) et en chaleur. Ce type de "cogénération" se caractérise par un ratio "E/C" ou "Électricité/ Chaleur" élevé: jusqu'à 2, soit une production d'électricité double de celle de chaleur ou un rendement électrique de 60%. A titre de comparaison, un moteur à combustion interne présente un ratio de 0,5 à 0,8 et un rendement de 37 %.