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La pile à combustible, solution de micro-cogénération efficace

Alors que la réglementation sur l’autoconsommation se développe, et que la loi sur la transition énergétique exige des appareils toujours plus performants, est apparue sur le marché depuis quelques années une nouvelle technologie : la pile à combustible. Quel est son principe ? Pour quelles utilisations ? Quels avantages offre-t-elle ?

Principe et fonctionnement de la pile à combustible

La pile à combustible est un générateur d’énergie dont le principe est simple. Il s’agit de transformer, par réaction chimique, le gaz naturel en électricité et en chaleur. Le module est constitué de 2 électrodes (une anode et une cathode) qui sont séparées par un électrolyte.

Ainsi la production d’électricité se fait par oxydation sur une électrode (anode) d’un combustible, généralement le dihydrogène (H2) du gaz naturel, couplé à la réduction sur l’autre électrode (cathode) d’un oxydant, le dioxygène (O2) contenu dans l’air ambiant. Cette réaction d’oxydation de l’hydrogène, qui permet l’apparition d’une tension entre les deux électrodes, va être accélérée par un catalyseur.

Le double avantage de la pile à combustible est que si la réaction d’oxydo-réduction permet de produire de l’électricité, elle produit également de la chaleur qui va pouvoir être récupéré par un échangeur.

Pas d’inquiétude concernant l’hydrogène produit, il est immédiatement réutilisé dans le système, donc il n’est pas stocké en pression.

Voici une vidéo explicative de la pile à combustible par Vaillant:

Les différentes technologies sur le marché : SOFC et PEM

Deux types de pile à combustible sont possibles :

  • SOFC (Solid Oxyd Fuel Cell)
    Fonctionnement de la pile à combustible céramique

    qui est une pile à combustible à oxyde solide. Le cœur de la pile est en céramique (qui est une matière inerte) et qui, montée en plaque va servir de catalyseur. Il s’agit là d’une réaction d’électrolyse, qui fonctionne à haute température, entre 600 et 800°C. C’est la technologie utilisée par Vaillant qui va délivrer environ 1 kW d’énergie électrique et 1.8 kW d’énergie thermique.

 

  • PEM (Proton Exchange Membran). Cette réaction est basée sur le principe inverse de l’électrolyse. Le système fonctionnera durant 20h et va se régénérer en 4h.C’est la technologie utilisée par Viessmann qui elle va délivrer environ 750 W en production électrique et 1 kW en production thermique.

La micro-génération pour l’autoconsommation

La pile à combustible est un bon moyen de favoriser l’autoconsommation dans les maisons individuelles, que cela soit en neuf ou en rénovation.

Vitovalor 300-P Viessmann
Vitovalor 300-P Viessmann

En effet, ce système de micro-cogénération permet à la fois de produire de l’électricité pour couvrir les besoins de bases de la maison, et également de produire de la chaleur pour le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire (ECS). Pour cela, la chaleur produite par la pile va être accumulée dans un ballon de stockage qui va pouvoir servir au chauffage et à l’ECS. Le système est également couplé à une chaudière à condensation pour pouvoir prendre le relais en cas de très forte consommation. La pile à combustible est en fonctionnement continu par une régulation intelligente afin d’optimiser ses performances. 80% de l’électricité produite sera ainsi utilisée directement en autoconsommation.

 

Enfin, le développement de la pile à combustible va de pair avec le développement du biométhane. En effet, la source de combustible de la pile à combustible est le gaz naturel. L’injection de biométhane dans le réseau, qui devrait atteindre 50% des consommations en gaz naturel en 2050 selon l’ADEME, permet de diminuer encore plus l’impact des consommations sur l’environnement.

Un atout pour l’environnement

Une telle technologie possède plusieurs avantages, pour l’environnement comme pour l’utilisateur.

La production d’électricité se fait directement chez le consommateur, évitant les pertes lors du transport par le réseau. Cette électricité est produite au moment où nous en avons le plus besoin et notamment pendant les pics de consommation en période hivernale. Cela induit ainsi une diminution des émissions de gaz à effet de serre (GES). Par rapport à une chaudière classique, les émissions de CO2 sont diminuées de 50%. Autre avantage et non des moindre pour la qualité de l’air intérieur des habitants, la pile à combustible ne fait pas de combustion, ne produisant ainsi ni Oxyde d’azote (Nox), ni particules. Seule de la vapeur d’eau s’en dégage.

Au niveau de la performance de ce type de production, une pile combustible a un rendement électrique entre 30 et 60% en moyenne. En plus de cela, l’utilisation d’une pile à combustible permet d’utiliser jusqu’à 25% de gaz naturel en moins.

Très peu encombrant (0.65 m² pour le système Viessmann par exemple), une pile à combustible à une durée de vie comprise entre 12 et 15 ans, avec un entretien limité puisque seul le filtre à eau est à changer tous les 2 ans ainsi que la sonde. Enfin, ne possédant pas de pièce en mouvement, la pile à combustibles fonctionne de manière totalement silencieuse.

 

Très répandue au Japon, la pile à combustible commence à faire ses preuves dans l’hexagone et est déjà bien développée en Allemagne. Véritable générateur multi énergie, elle s’inscrit parfaitement dans la future réglementation thermique ou dans les exigences des maisons BEPOS.

Source: Jean-François Moreau, J3E

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