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Combiner les piles à combustible pour un meilleur rendement
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Une équipe de chercheurs issus du Tokyo Institute of Technology (TITech), de Tokyo Gas et de Nippon Oil va coupler deux types de piles à combustible (PAC) de façon à augmenter le rendement énergétique global. Les expérimentations débuteront en 2009 sur le campus du TITech et dureront trois ans. Les PAC pourront fournir 10 kW sur les 900 kW nécessaires à l'alimentation d'un nouveau bâtiment. C'est la première fois qu'un système de circulation de combustible et de chaleur entre PAC différentes est mis en place au Japon. Les estimations montrent que le rendement global pourrait être multiplié par deux et atteindre les 60 %.
Les PAC utilisées seront de type SOFC (Solid Oxide Fuel Cell ou pile à combustible à oxyde solide) et de type PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell ou Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell ou pile à combustible à membrane d'échange de protons ou pile à combustible à membrane électrolyte polymère). Les SOFC utilisent directement le gaz de ville et ont un rendement d'environ 45 %. Mais leur température de fonctionnement (900°C) ainsi que leur puissance très stable ne conviennent pas à un usage domestique où les besoins fluctuent au cours de la journée. Les PEM fonctionnent à 80°C mais leur rendement est de 35 % environ et la chaleur résiduelle ne peut être utilisée que pour chauffer de l'eau à usage domestique. C'est pourquoi les chercheurs se sont intéressés à la possibilité de combiner ces deux types de PAC afin d'avoir un ensemble plus adapté aux besoins des consommateurs et ayant un meilleur rendement global.
Sur le dispositif expérimental, la SOFC utilisera tout d'abord l'hydrogène pour produire de l'électricité. L'hydrogène qui ne sera pas utilisé par la SOFC sera stocké et la chaleur résiduelle servira à réformer l'hydrogène. Puis cet hydrogène sera envoyé aux PEM installées dans les habitations en fonction des besoins du foyer. Ce système est donc particulièrement adapté à des lotissements ou à des villages. L'utilisation systématique de la chaleur résiduelle et la circulation de l'hydrogène entre les PAC en fonction des besoins permettront donc de rentabiliser ces équipements, aussi bien en termes d'énergie que de coût.
Les SOFC ne seront implantées sur le marché que dans les années 2020-2030 selon l'agence des ressources naturelles japonaise. Elles sont plus chères que les PEM et, bien que plus puissantes, elles ne seront avantageuses que si convenablement exploitées. Par ailleurs, une PAC d'1 kW suffirait à fournir 60 % des besoins énergétiques d'un foyer si la chaleur résiduelle est correctement utilisée pour chauffer l'eau.
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