Intégration des paramètres spatio-temporels et des risques d ...

tel-00783708, version 1 - 1 Feb 2013
Intégration des paramètres spatio-temporels et des risques d'accident à l'Analyse du Cycle de Vie
le reformage externe : il s’agit d’un reformeur séparé de la pile et est utilisé pour les
piles dont la température de fonctionnement est inférieure à 650°C.
Dans l’optique de l’utilisation d’un Polymer Exchange Membran Fuel Cell (PEMFC) qui
est une pile à basse température, un reformage externe semble plus approprié. La principale
difficulté est de fournir un gaz relativement pur en hydrogène avec un taux de CO inférieur à
10 ppm [LAMY, 2004] puisque le monoxyde de carbone est un poison pour la PEMFC.
Divers procédés sont combinés pour satisfaire cette exigence de pureté, avec tout d’abord le
procédé de Water Gas Shift puis celui d’oxydation préférentielle (PrOx). Par ailleurs, dans
une logique de durabilité, le carburant reformé doit être renouvelable. Le bioéthanol pourrait
être un carburant prometteur pour cette technologie de reformage embarqué.
1.2.7.1 Le vaporeformage
Le vaporeformage catalytique est un système principalement utilisé pour les alcools ou le
gaz naturel. Le principe a été explicité précédemment (cf. § 1.2.3.1). A partir d’éthanol, les
réactions chimiques résultantes de ce procédé sont les suivantes :
C2H5OH + 3 H2O ↔ 2 CO + 4 H2 + 2 H2O
CO + 4 H2 + 2 H2O ↔ 2 CO2 + 6 H2 avec pour les deux reactions ∆H (298°C) =
170,4 kJ.mol-1
Il convient de la même façon que pour la filière hydrogène direct de faire diminuer le taux
de CO du gaz de synthèse. Cependant le degré de pureté requis pour l’hydrogène est moindre
puisqu’il n’y a pas d’étapes de stockage de l’hydrogène, étant donné qu’il est directement
utilisé dans la pile. Deux étapes de purification sont nécessaires le Water Gas Shift (WGS) et
l’oxydation préférentielle. L’étape de WGS a été explicitée précédemment (cf. § 1.2.3.1). La
PrOx est l’ultime étape de purification des gaz pour obtenir un taux de CO inférieur à 10 ppm.
Ce procédé consiste à oxyder préférentiellement le CO à l’aide d’un faible ajout d’oxygène.
La présence d’un catalyseur sélectif permet également d’oxyder préférentiellement le CO et
une faible quantité de H2. Les réactions sont les suivantes :
CO + ½ O2 ↔ CO2 avec ∆H (298°C) = -283 kJ.mol -1
H2 + ½ O2 ↔ H2O avec ∆H (298°C) = -242 kJ.mol -1
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