Chapitre 3 - Université de Bourgogne

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Introduction Générale __________________________________________________________________________________________ Le gaz naturel est une source de plus en plus utilisée pour produire de l’électricité et de la chaleur par cogénération avec des rendements proche de 90%. La production de vecteurs énergétiques (hydrogène, électricité) est aujourd’hui bien maîtrisée et ce sont finalement le stockage (batteries) et la distribution qui constituent les défis scientifiques et technologiques. C’est pourquoi les projets de transformation sur site du GN en hydrocarbures liquides (procédé GTL - Gas To Liquid) fleurissent. Le complexe PEARL opéré par Shell au Qatar devrait produire d’ici 2011 environ 140 000 barils de carburant par jour qui seront ensuite acheminés par pipelines et pétroliers. Cependant, vu l’investissement colossal de telles installations (environ 6 milliards de $ pour PEARL), cette option ne peut s’appliquer qu’aux plus grands champs de GN. Se pose alors la question de l’exploitation des autres champs de GN moins conséquents qui ne peuvent pas être exploités de cette manière. Il en est de même pour la valorisation du biogaz dont la production sera très dispersée. La pile à combustible Solid Oxide Fuel Cell (PAC-SOFC) est un système énergétique « propre » qui permet de convertir de l’hydrogène en énergie électrique (jusqu’à une centaine de MW) en ne rejetant que de l’eau. La PAC est aujourd’hui présentée par certains comme LA solution miracle, le procédé énergétique du futur. Mais qu’en est-il réellement ? Pourquoi ce système découvert en 1839 par William R. Grove n’est-il pas pleinement déjà exploité ? Les principaux verrous sont technologiques. On peut citer son coût et sa faible durabilité due à une température de fonctionnement très élevée (≈1000°C). D’autre part, l’hydrogène utilisé en tant que combustible pose des problèmes de stockage (au sens énergétique). Les SOFCs font aujourd’hui l’objet de nombreuses recherches. Parmi les différents axes étudiés, la valorisation du méthane dans le système PAC-SOFC est envisageable par le couplage d’un pré-reformeur et d’une pile SOFC. Alimenté par un flux composé principalement d’hydrocarbure (propane ou méthane), le pré-reformeur produit les gaz de synthèse nécessaires au fonctionnement de la pile. Cependant, le pré-reformeur augmente l’encombrement, possède un rendement non optimal et implique la présence néfaste de méthane (par méthanation) au contact de la pile classique. Pour remédier à cela, un nouveau concept appelé « monochambre » ou « single-chamber » qui prévoit d’alimenter directement la pile par un mélange d’hydrocarbure et d’oxygène est intensément étudié depuis peu par de nombreuses équipes de recherche. Cette configuration prévoit d’abaisser la température de fonctionnement entre 400°C et 700°C. Cette gamme de température tout de même assez élevée va se révéler être un avantage considérable sur les autres systèmes de PAC fonctionnant à plus basse température. En effet, il semble envisageable d’alimenter la PAC ___________________________________________________________________________ - ii -
Introduction Générale __________________________________________________________________________________________ par du GN ou du biogaz et de produire de l’hydrogène par reformage interne. Cette nouvelle configuration de pile permettrait de diminuer les coûts de fabrication et l’encombrement, d’augmenter la durée de vie compte tenu de l’abaissement de température et d’utiliser le GN comme combustible. Le développement de cette configuration implique évidemment l’apparition d’un nouveau cahier des charges pour les matériaux. Les objectifs de ce travail sont donc de contribuer à l’évolution des PAC monochambre en développant de nouveaux matériaux d’électrodes adaptés à l’utilisation du méthane comme combustible (par le gaz naturel ou le biogaz) et ainsi de démontrer que cette alternative pourrait s’avérer être une solution viable pour la production d’électricité dans les années futures. ___________________________________________________________________________ - iii -
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Catalyseurs d’Anode : Elaboration
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