De l'électricité respectueuse du climat produite à partir d'ammoniac
L'électricité et la chaleur sont produites dans un seul système compact, sans émissions de CO2 ni autres sous-produits nocifs.
L'utilisation de l'hydrogène pour produire de l'électricité n'entraîne pas d'émissions nuisibles au climat. Mais le stockage et le transport du gaz posent des problèmes techniques. C'est pourquoi les chercheurs du Fraunhofer utilisent l'Ammoniac, un dérivé de l'hydrogène plus facile à manipuler, comme matériau de départ. L'ammoniac est craqué dans une pile à combustible à haute température, et l'hydrogène produit au cours de ce processus est converti en électricité. La chaleur résiduelle peut être utilisée comme énergie thermique, par exemple.
Système de démonstration pour la production d'électricité sans carbone avec de l'ammoniac dans des piles à combustible à haute température (SOFC).
© Fraunhofer IKTS
L'hydrogène et ses dérivés suscitent de grands espoirs en tant que sources d'énergie. Ils jouent un rôle central dans le volet "transition énergétique" de la stratégie nationale pour l'hydrogène du gouvernement fédéral allemand. L'ammoniac (NH3) a été identifié comme ayant un potentiel particulièrement élevé, car l'hydrogène est plus facile à stocker et à transporter sous forme d'ammoniac.
Laura Nousch de l'Institut Fraunhofer pour les technologies et les systèmes céramiques IKTS de Dresde a mis au point un démonstrateur basé sur une pile à combustible à haute température (pile à combustible à oxyde solide, SOFC) qui peut utiliser l'ammoniac pour produire de l'électricité directement et avec un rendement élevé. L'électricité et la chaleur sont produites dans un seul système compact, sans émissions deCO2 ni autres sous-produits nocifs.
L'ammoniac devient de l'hydrogène, l'hydrogène devient de l'électricité
Laura Nousch, chercheuse au Fraunhofer, explique les avantages de cette méthode : "L'ammoniac est utilisé dans l'industrie chimique depuis des décennies, par exemple pour produire des engrais, et il existe donc des processus établis et familiers pour manipuler cette substance. Il existe donc des procédés bien établis et familiers pour manipuler cette substance. Cependant, elle doit toujours être traitée avec prudence. En tant que vecteur d'hydrogène, l'ammoniac offre une densité énergétique élevée, tout en étant relativement facile à stocker et à transporter. L'ammoniac est une matière première idéale pour la production d'électricité et d'énergie thermique respectueuse du climat".
Dans le processus, l'ammoniac est d'abord conditionné et introduit dans le craqueur, où il est chauffé à des températures de 300 degrés Celsius ou plus. Il se décompose alors en hydrogène (H2) et en azote (N2). À la fin du processus, l'azote peut simplement être libéré avec la vapeur d'eau sous forme de gaz d'échappement inoffensifs. L'hydrogène est ensuite introduit dans la pile à combustible à haute température. Dans l'électrolyte céramique, il s'écoule sur l'anode, tandis que les flux d'air passent par la cathode. La division de l'hydrogène libère des électrons qui se déplacent de l'anode à la cathode. C'est ainsi que l'électricité commence à circuler. Outre la vapeur d'eau, cette réaction électrochimique produit également de l'énergie thermique. La postcombustion génère également de la chaleur. "Cette chaleur est utilisée pour maintenir la température élevée à l'intérieur du craqueur et est également libérée sous forme de chaleur résiduelle. Cette dernière peut ensuite être utilisée à des fins telles que le chauffage des bâtiments", explique M. Nousch.
Un rendement élevé de 60
Lors de la conception du système, les chercheurs du Fraunhofer IKTS se sont appuyés sur leurs décennies d'expertise dans le domaine des piles à combustible en céramique. L'équipe a pu construire un démonstrateur de pile à combustible qui gère l'ensemble du processus de décomposition de l'ammoniac en hydrogène, puis de production d'électricité à partir de ce dernier, le tout en un seul dispositif. L'efficacité de cette méthode, tout comme celles basées sur le gaz naturel, est de 60 %, à la différence près que les systèmes SOFC à l'ammoniac sont comparativement simples et robustes dans leur structure.
Le système est parfait pour les petites entreprises industrielles qui souhaitent produire de l'électricité sans émissions de carbone mais qui ne sont pas connectées au futur réseau central d'hydrogène, ou pour les municipalités et les entreprises de services publics locales qui cherchent à fournir de la chaleur verte à leurs clients. Même les grands navires peuvent être équipés de cette manière de systèmes d'entraînement écologiques basés sur l'ammoniac/hydrogène.
Systèmes de piles à combustible sur mesure
Plus la température du craqueur est élevée, plus l'ammoniac est décomposé en hydrogène. En revanche, à des températures plus basses, c'est-à-dire légèrement supérieures à 400 degrés Celsius, une grande partie de l'ammoniac reste. "Cependant, nos tests ont montré que les molécules d'ammoniac se décomposent aussi complètement en hydrogène dans la pile à combustible à haute température. Cela peut même augmenter les performances globales du système", explique M. Nousch. Cela ouvre la voie à diverses options en matière de gestion thermique. "La conception ciblée et la gestion thermique intelligente sont combinées à d'autres modifications d'aspects tels que la puissance et la taille des piles à combustible. Nous sommes donc en mesure de concevoir des solutions personnalisées pour une production d'électricité et de chaleur respectueuse du climat, en particulier pour les petites et moyennes entreprises", explique-t-elle.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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