Cienciaes.com : Piles à combustible. Nous parlons avec Jesús Canales

Une pile à combustible est un dispositif qui convertit directement l’énergie chimique stockée dans un combustible en énergie électrique. Fondamentalement, elle a le même principe de fonctionnement qu’une pile électrique ou une batterie conventionnelle, la différence est que la pile à combustible est alimentée de l’extérieur en hydrogène ou en méthane et, tant que cet approvisionnement est maintenu, la pile produit de l’électricité. C’est une technologie plus propre (elle expulse l’eau) et plus efficace qu’un moteur à combustion mais, du moins pour l’instant, c’est une technologie coûteuse. Cependant, son développement connaît de grands progrès grâce aux efforts de groupes de recherche comme celui qui existe au Institut de recherche sur les énergies renouvelables depuis Albacete UCLM. Aujourd’hui, nous nous entretenons avec Jesús Canales Vázquez, professeur de technologie de l’hydrogène et de piles à combustible.

Piles électriques.

Une batterie électrique est un type de réservoir d’énergie qui produit de l’électricité. Dans sa forme la plus basique, il a la forme d’un cylindre dont les extrémités sont marquées par les signes « + » et « – », mais presque personne ne sait ce que ces cylindres contiennent à l’intérieur. Ce que nous savons, c’est que nous devons les placer correctement sur une lampe de poche, sur une montre ou sur un appareil radio pour que ces gadgets commencent à fonctionner. Fondamentalement, une réaction chimique se produit à l’intérieur de la batterie qui facilite la circulation des électrons, lorsque la batterie est correctement connectée à un circuit, en fournissant l’énergie électrique dont ils ont besoin pour fonctionner. Un inconvénient de la batterie électrique est qu’avec le temps, les réactions chimiques qui l’alimentent s’arrêtent et l’énergie qu’elle fournit s’épuise. Si la batterie électrique n’est pas rechargeable, on peut la jeter (bien sûr, pas n’importe où car les produits chimiques qu’elle contient sont très polluants), si elle est rechargeable, auquel cas on l’appelle batterie, il faut la connecter au réseau électrique pour inverser la réaction chimique et le recharger en énergie.

Efficacité des moteurs à combustion.

Les batteries de voiture sont une autre forme de batterie rechargeable, auquel cas c’est le moteur de la voiture qui doit fournir l’énergie nécessaire pour la charger. Le moteur à combustion brûle de l’essence ou du diesel et convertit son énergie chimique en chaleur et en mouvement. Le moteur est relié par une courroie à un alternateur électrique et le fait tourner. Lorsque l’alternateur tourne, il produit de l’électricité qui charge la batterie et alimente le reste des circuits électriques de la voiture. Le cycle est complexe et surtout inefficace. Malgré les années écoulées depuis son invention, les performances d’un moteur à combustion sont très faibles. Un moteur à essence a un rendement compris entre 20 et 30 %, dans le meilleur des cas, ce qui signifie que de toute l’énergie chimique contenue dans le carburant, plus de 70 % est gaspillée. Un moteur diesel a un rendement un peu plus élevé mais qui reste faible, entre 30 et 45 %.

Un moteur électrique, en revanche, a un rendement beaucoup plus élevé ; ceux qui équipent les voitures électriques profitent d’environ 90 % de l’énergie qui leur est fournie, voire plus dans certains cas. Bien sûr, si pour faire fonctionner une voiture électrique, nous devons extraire de l’énergie de l’essence ou du diesel avec un moteur à combustion, éteignez-le et c’est parti.

La pile à combustible.

Cela dit, il est logique de réfléchir à des moyens plus efficaces de convertir l’énergie chimique en énergie électrique sans passer par le goulot d’étranglement du moteur à combustion. C’est l’idée de la soi-disant « pile à combustible » dont nous parlons aujourd’hui avec Jesús Canales Vázquez, professeur de technologie de l’hydrogène et des piles à combustible à l’Institut de recherche sur les énergies renouvelables d’Albacete, qui appartient à l’Université de Castilla- La Tache.

Une pile à combustible est un dispositif qui convertit directement l’énergie chimique en énergie électrique, sans qu’elle ait besoin d’exister par combustion. Autrement dit, si l’on alimente cette cellule avec un combustible, généralement de l’hydrogène ou du gaz naturel, elle extrait des électrons sans les brûler. Ensuite, les électrons forment un courant électrique qui est utilisé pour alimenter un circuit et tout ce que nous y connectons. Ne pensez pas que je parle de science-fiction, les piles à combustible existent déjà aujourd’hui dans de nombreux endroits. Un bon exemple est la voiture Honda. FCX Clarity, lancée en 2005 et qui sera bientôt remplacée par une version améliorée, la Honda Véhicule à pile à combustible. Cette voiture utilise de l’hydrogène pour alimenter une pile à combustible qui, à son tour, génère l’électricité qui alimente le moteur électrique de la voiture.

La pile à combustible et les énergies renouvelables.

La voiture n’est qu’une des applications possibles des piles à combustible, comme nous le dit Jesús Canales lors de l’interview. En principe, il n’y a aucune limite à la construction de piles à combustible, quelle que soit leur taille et leur puissance. De plus, en tant que produit final du processus, la pile à combustible à hydrogène expulse de l’eau. Ne contamine pas. Bien que, pour être franc, comme l’hydrogène libre n’existe pas dans la nature, il doit être extrait d’une autre source. Si la source est du gaz naturel ou des combustibles fossiles, la seule chose que nous faisons est de déplacer la pollution. Il existe cependant une possibilité très intéressante pour un avenir dans lequel les combustibles fossiles ne seront plus aussi abondants. Les énergies renouvelables, telles que l’énergie éolienne ou photovoltaïque, peuvent être utilisées pour décomposer l’eau en hydrogène et oxygène. L’hydrogène ainsi obtenu pourrait être stocké pour être utilisé ultérieurement dans des piles à combustible. Dans ce cas, le cycle est exempt de contamination.

Logiquement, vous direz : si cette technologie est si merveilleuse, pourquoi n’est-elle pas déjà abondante sur le marché ? La réponse est très simple : à l’heure actuelle, cela coûte très cher. Comme toute pile électrique, la pile à combustible utilise deux électrodes pour favoriser la réaction chimique qui libère des électrons et ces électrodes sont actuellement constituées de métaux très coûteux, comme le platine. Cependant, avec l’investissement, la recherche et l’imagination, de meilleures solutions arriveront bientôt. À l’Institut de recherche sur les énergies renouvelables d’Albacete, qui appartient à l’Université de Castilla-La Mancha, des recherches sont menées sur les piles à combustible. Là, de nouveaux matériaux électrochimiques sont étudiés et le développement de dispositifs plus efficaces et plus durables avec une plus grande tolérance aux carburants est étudié dans un type de piles à combustible connues sous le nom de piles à oxyde solide (Pile à combustible à base de soufre).

Nous vous invitons à écouter l’interview de Jesús Canales Vázquez, professeur de technologie de l’hydrogène et des piles à combustible.

PLUS LOIN INFORMATION:

Piles à combustible à oxyde solide

Perturbation des défauts étendus dans les anodes de piles à combustible à oxyde solide pour l’oxydation du méthane. Juan Carlos Ruiz-Morales1, Jesús Canales-Vázquez1, Cristian Savaniu, David Marrero-López, Wuzong Zhou et John TS Irvine. Vol 439|2 février 2006|doi:10.1038/nature04438