Une pile à combustible utilisant le bois comme moteur

Une équipe de recherche de l’Institut des Matériaux de Nantes (IMN – Université de Nantes-CNRS) Jean Rouxel coordonne actuellement un projet réunissant des industriels locaux et internationaux (1) pour la mise au point d’un système basé sur une nouvelle pile à combustible utilisant l’hydrogène issu d’un gazogène alimenté par du bois pour produire de l’électricité. Un prototype devrait voir le jour en 2015 ouvrant déjà la voie à l’utilisation d’autres ressources biologiques dans la production d’électricité.

Fabriquer de l’électricité à partir d’un morceau de bois, les prochaines piles à combustible (PAC) en seront demain capables. Et tout cela à partir d’un simple élément chimique présent dans la combustion incomplète du bois : l’hydrogène.

« L’hydrogène n’est pas présent dans la nature et sa production actuelle utilise du gaz-naturel ce qui coûte relativement cher et contribue encore à la diminution des énergies fossiles », explique Olivier Joubert, membre de l’équipe Stockage et transformation électrochimiques de l’énergie (ST2E) de l’Institut des matériaux (IMN) Jean Rouxel. « C’est pourquoi les déchets naturels, comme le bois, peuvent être la solution. Le bois a cet avantage d’être une ressource d’énergie renouvelable « bio », accessible et nonpolluante permettant d’être facilement réutilisable ».

Si l’idée d’une pile à combustible n’est bien sûr pas nouvelle, l’utilisation du bois comme « moteur » en est une. Depuis septembre 2012, l’équipe de recherche ST2E de l’IMN en a fait le pari en associant plusieurs partenaires autour d’un projet (ValorPAC) dédié à l’élaboration d’un nouveau modèle de pile dont les performances seraient égales aux piles actuelles. »Aujourd’hui,les groupes électrogènes permettent un rendement électrique de 25% seulement alors que les piles peuvent en offrir 50 à 60 % voire beaucoup plus si on récupère la chaleur », souligne Olivier Joubert.

  • De nouveaux matériaux pour optimiser la pile

Coordinateur du projet, l’Institut des Matériaux Jean Rouxel en est également l’un des piliers en participant activement au processus de fabrication de ce prototype. Depuis plusieurs semaines déjà, l’équipe « piles à combustible » (2) étudie les propriétés physiques et chimiques de tous les matériaux qui pourraient composer la pile et surtout en optimiser le rendement.

« L’objectif du projet n’est pas de créer un simple support mais d’imaginer et de concevoir les matériaux les plus adaptés qui permettront d’améliorer de manière significative la résistance et la tenue de la pile », rappelle Olivier Joubert.

Un défi pour une équipe nantaise devenue depuis plusieurs années un acteur incontournable dans le domaine de la science des matériaux, et notamment dans l’élaboration de matériaux dits « fonctionnels » comme les piles à combustible par exemple. Mais pour réussir complètement sonpari, l’équipe ST2E devra cependant composer avec les contraintes apportées par la combustion du bois. « Le gaz combustible issu du gazogène contient non seulement de l’hydrogène mais aussi des impuretés qui peuvent altérer la tenue de la pile. Les matériaux imaginés dans notre laboratoire devront pouvoir y répondre ».

  • Bientôt de nouveaux « déchets » utilisés ?

Programmé sur trois ans, le projet ValorPAC aboutira à la présentation d’un premier système de production d’électricité incorporant un gazogène et un prototype de pile à combustible en 2015. Mais le bois ne sera peut-être qu’un début dans la démarche de valorisation d’autres déchets « bio ». « Plus globalement, on peut imaginer à l’avenir utiliser tous les déchets naturels contenant de l’hydrogène comme le carton, le papier… pour fabriquer de l’électricité » explique Olivier Joubert. « Les déchets alimentaires pourraient également être utilisés. » Il se dit même que certaines piles à combustible pourraient même un jour fonctionner à partir de micro-organismes tels que les micro-algues.

Notes :

  • (1) Le projet « Intégration d’une pile à combustible dans une chaîne de valorisation de déchets (VALORPAC) », financé par l’ADEME, associe l’Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN), les sociétés S3D, Syngas et Fiaxell (société suisse basée à Lausanne)
  • (2) L’équipe est composée d’Annie Le Galla Sallé, chargée de Recherche au CNRS, coordinatrice du projet VALORPAC, Eric Quarez, chargé de Recherche au CNRS, Philippe Leone, Maître de Conférences à l’Université de Nantes et Olivier Joubert, Professeur à Polytech Nantes

Contact : Olivier Joubert
Institut des Materiaux Jean Rouxel (IMN)
Equipe ST2E, 2, rue de la Houssinière
BP 32229
44322 NANTES CEDEX 3
Tél. labo. : 02 40 37 39 36

Courriels : Olivier.Joubert@cnrs-imn.fr ou Olivier.Joubert@univ-nantes.fr
www.cnrs-imn.fr 

2 réponses
  1. jojo dit :

    Réponse à Energie+:
    L’électrolyse de l’eau consomme de l’électricité pour produire de l’hydrogène. C’est l’inverse de ce que fait le système présenté ci-dessus. Par ailleurs, les piles à combustibles conventionnelles utilisent du gaz naturel comme combustible (qui est transformé en hydrogène via un reformeur). L’innovation proposée dans ce projet consiste à combiner la gazéification de biomasse et la décomposition de l’hydrogène dans une pile. C’est un sujet sur lequel pas mal d’industriels se sont déja cassé les dents. Bonne chance à ce consortium: s’ils réussissent, ce sera un beau produit.

  2. Energie+ dit :

    Très Intéressant pour certaines applications mais il faudrait peut-être que l’équipe concernée précise les avantages de ce processus par rapport à l’électrolyse de l’eau, notamment par voie protonique etc avec laquelle on obtient d’excellents et meilleurs rendements. Par ailleurs on voit mal l’avantage de traiter ce qui ne constitue pas des déchets ultimes : à savoir, « papiers, cartons, déchets alimentaires » etc qui peuvent être recyclés, au bénéfice d’un moindre prélèvement sur les forêts pour les premiers et de la fertilisation des sols après extraction du biogaz pour les seconds. On va manquer de phosphates et de phosphore que l’on importe à prix élevé ne l’oublions pas. En quoi la conversion des déchets organiques via ce processus de gazéification serait-il plus efficient que la production de biogaz directement utilisé via les réseaux, alors même qu’il n’y a plus guère production de fertilisants après gazéification mais en plus des émissions polluantes ? L’équipe aurait pu souligner les avantages et limites de son processus par rapport aux méthodes existantes pour affronter les réalités actuelles et à venir.