Les piles à combustibles
 
 

Unité de Technologies et d’Economie des Energies Renouvelables
 TEER


Les piles à combustibles permettent par un moyen radicalement différent des systèmes conventionnels, de produire de l´électricité à partir d’une grande variété de combustibles.
Une pile à combustible convertit directement l’énergie chimique en énergie électrique par combinaison électrochimique du combustible avec un oxydant, sans passer par une conversion thermique du combustible puis mécanique et enfin électrique où le coefficient d´éfficacité est très limité par le facteur Carnot comme dans le cas des méthodes conventionnelles de production d’énerge.

En plus du haut coefficient d’éfficacité qui peut atteindre 60%, les piles à combustible ont des caractéristiques de compatibilité environnementale car les émissions telles que NOx ou SOx sont négligeables ou même indécelable pour le système piles à combustible, elles sont modulaires car leurs capacités peut être facilement modifiée de quelques kW jusqu'à des MW, elles présentent une grande flexibilité dans leurs utilisation que ce soit dans des lieux isolés du réseau électrique ou même dans des machines mobiles telles que les bus, les avions, ou des bateaux et même certains type de piles à combustibles à électrolyte solide fonctionnant à haute température sont capables d’utiliser des combustibles variés, et elles ont la capacité de réformation interne du combustible gaz à partir des hydrocarbures.
 
Les piles à combustibles à électrolyte solide fonctionnant à haute température sont connues sous le nom : 
SOFC ( Solide Oxyde Fuel Cell), l’utilisation des céramiques comme électrolyte limite les problèmes de corrosion des matériels posés par les autres types des piles et le fonctionnement à haute température de 600 à 1000°C  permet d’une part une réaction cinétique rapide, réformation des gaz combustibles et une production de chaleur souhaitable pour une cogénération avec laquelle la rentabilité de la pile est maximale et d’autre part exige l’utilisation des matériaux spécifiques.

Les piles à combustible à électrolyte solide ( SOFCs ) sont basées sur des réactions électrochimiques  de l´ion d’oxygène O2- et de l’ion d’hydrogène H+, d’où les électrolytes doivent présenter une bonne conductivité anionique dans un domaine de température ( 600 à 1000°C), la figure montre la réaction dans un conducteur anionique. En général les SOFCs sont constitués par des électrolytes solides type oxyde, électrode d’oxygène ou air (Cathode), électrode de combustible (anode) et des éléments d’interconnexions qui permettent de construire les empilement des piles, d’où on peut grouper les constituants d’une cellule en quatre familles :

Sitution industrielle
Développement potentiel du système SOFCs, lorsqu’on parle de l’énergie future, il faut considérer deux points indépendants. Premièrement, le présent état du développement de la technologie et le deuxième, le potentiel limité. Ce concept est très important pour les systèmes piles à combustible. Souvent, le système énergétique est jugé uniquement sur son état actuel et on ne prend pas en considération le potentiel qu’il aura dans le futur.

Actuellement, l’efficacité électrique des SOFCs est plus ou moins dans le même rang que les autres systèmes. Toutefois, les SOFCs ont quelques caractéristiques spéciales qui les rendent plus attractives, surtout de point de vue limitation du potentiel. La figure 6 montre clairement l’évolution des coefficients d’efficacité des différents systèmes en fonction de la dimension de puissance installée, jusqu'à 10 MW on trouve les piles à combustibles PAFC avec une bande s’étendant de 40 jusqu’à 45 % d’efficacité au dessous des moteurs et turbines à gaz. Les SOFCs à haute température quant à eux, atteignent un des plus hauts degrés d’efficacité de 45 à 53 % pour les installations allant jusqu'à 10MW de dimension et de 60 à 67 % au dessous 100 MW, en dépassant ainsi les turbines à gaz ( environs 33 % pour les installations de 50 MW), les turbines à vapeur (45 % pour les installations de 500 MW) ou les turbines à gaz combinées aux turbines à vapeur (50 % d’efficacité pour les installations de 200 MW par exemple).

Actuellement, le développement des SOFCs est orienté vers leur utilisation dans des centrales de production décentralisée allant de 100 kW jusqu'à 5 ou 10 MW. récemment  il y a un projet d´installation de 100kW par Siemens. Les dispositives de ce projet est basé sur les résultats des tests obtenues auparavant sur des installations de 20 - 50 kW. La réformation interne du gaz naturel est investie. Le coefficient net de production de l’électricité est environ 51 %, tandis que le coefficient total en incluant la combinaison de la chaleur pour la production d’électricité atteint les 93%.
 
 
pour plus de renseignement sur ce sujet, 
contacter R. Benchrifa
Centre National de Coordination et de Planification
 de la Recherche Scientifique et Technique

B.P. 8027 Agdal-Rabat  ( CNR )   Rabat - Maroc
Tél : 212 07 77 40 99   Fax : 212 07 77 12 88
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