Qu’est-ce qu’une pile à carburant ?

Les piles à carburant ne sont pas nouvelles. En fait, la première référence aux piles à hydrogène apparaît en 1838 dans le numéro de décembre de La revue et journal philosophiques De Londres et De l’Erdyse, et du Journal of Science. Près de 200 ans plus tard, le monde reconnaît les piles à carburant comme une technologie clé pour débloquer un avenir neutre en carbone.

Voici ce qu’ils sont, comment ils fonctionnent et deux types de piles à carburant que Cummins investit.

Qu’est-ce qu’une pile à carburant en termes simples ?

Comme les batteries, les piles à carburant sont des convertisseurs d’énergie – ils utilisent une réaction électrochimique pour prendre l’énergie chimique stockée dans une source de carburant et la convertir en électricité. Contrairement aux batteries, qui contiennent un approvisionnement fixe en énergie, les piles à carburant ne nécessitent pas de rechargement. Tant que du carburant est continuellement fourni à la pile à carburant, de l’électricité, de l’eau et de la chaleur seront produites.

Comment fonctionne une pile à carburant?

Une pile à carburant est composée de deux électrodes et d’une membrane d’électrolyte. Les électrodes sont appelées une cathode et une anode, et elles sandwich la membrane d’électrolyte entre eux. Dans ce système, une série de réactions chimiques se produisent pour séparer les électrons des molécules de carburant pour créer de l’énergie.

Le carburant, généralement de l’hydrogène, est alimenté dans l’anode d’un côté tandis que l’oxygène est alimenté dans la cathode de l’autre. À l’anode, les molécules de carburant à hydrogène sont séparées en protons et en électrons qui se déplacent différents chemins vers la cathode. Les électrons traversent le circuit électrique, créant le débit d’électricité. Les protons se déplacent à travers l’électrolyte jusqu’à la cathode. Une fois à la cathode, les molécules d’oxygène réagissent avec les électrons et avec les protons pour créer des molécules d’eau.

Une pile à carburant est une source d’énergie propre avec les seuls sous-produits étant l’électricité , la chaleur et l’eau. Une seule pile à carburant ne produit que quelques watts de puissance ; par conséquent, plusieurs piles à carburant peuvent être empilées pour créer une pile de piles à carburant. Lorsqu’elles sont combinées en piles, la puissance des piles à carburant peut varier grandement, de seulement quelques kilowatts d’électricité aux installations de plusieurs mégawatts.

Quels carburants peuvent être utilisés dans les piles à carburant?

Les piles à carburant offrent une flexibilité dans le type de carburant qui peut être utilisé. Bien que l’hydrogène soit la source de carburant la plus commune pour les piles à carburant (d’où le nom commun, les piles à hydrogène), les carburants riches en hydrogène comme le gaz naturel et l’ammoniac sont également des sources de carburant viables.

hydrogène : Lorsqu’il est produit à l’aide d’une électricité renouvelable - comme le solaire, l’éolien et l’hydroélectricité -, l’hydrogène est entièrement décarboné et produit des émissions nulles. Les piles à hydrogène (c.-à-d. les piles à carburant alimentées par de l’hydrogène) produisent de la puissance, de la chaleur et de l’eau et ne libèrent pas de dioxyde de carbone ni d’autres polluants dans l’air.

gaz naturel : Comme la production généralisée d’hydrogène vert est toujours en cours, le gaz naturel est actuellement le carburant le plus utilisé pour alimenter les piles à carburant. Dans ce cas, les piles à carburant ne sont pas entièrement exempts d’émissions, mais elles offrent des émissions nettement inférieures à celles des autres carburants, comme l’huile et le charbon.

Ammonia : L’ammoniac est le plus utilisé dans l’agriculture comme engrais. Cependant, au cours des dernières années, plusieurs entreprises ont travaillé à la l’ammoniac vert. L’ammoniac vert est fait avec de l’hydrogène provenant d’électrolyse de l’eau alimentée par une énergie de remplacement, ce qui en fait une autre option pour un carburant à faible teneur en carbone.

Dans quels types de piles à carburant Cummins investit-elle?

Il existe six types de piles à carburant en cours de développement, chacune principalement classifiée par le type d’électrolyte qu’elles emploient. Chaque type de pile à carburant a ses propres avantages, ses limites et ses applications potentielles. Sur les six, Cummins a reconnu le potentiel de deux types de piles à carburant - les piles à membrane échangeuse de protons et les piles à oxyde sold - et a investi dans la promotion de leurs technologies et de leur application.

piles à membrane d’échange de l’huile : Également appelés piles à membrane d’électrolyte polymère, ce type de pile à carburant utilise un électrolyte polymère et fonctionne à des températures inférieures d’environ 80 degrés Celsius. Les piles à combustible PEM sont plus adaptées aux applications d’alimentation mobile et de back-up en raison de leur densité de puissance élevée et de leurs capacités de démarrage et d’arrêt rapide.

piles à oxydes d’azote (SOFCs) : Les SOFCs utilisent un composé en céramique dur et non poreux comme électrolyte et fonctionnent à des températures élevées, jusqu’à 1 000 degrés Celsius.  Ce type de pile à carburant convient le mieux aux applications stationnaires parce qu’il est très efficace et flexible en carburant. De plus, la chaleur résiduée peut être exploitée et réutilisée pour augmenter l’efficacité globale du système.

Pourquoi investir dans les piles à carburant ?

Déjà les dirigeants des électrolyseurs PEM qui produisent de l’hydrogène vert par électrolyse, nous travaillons à rendre l’hydrogène vert plus facilement disponible pour une utilisation future dans les piles à carburant. Cummins a reçu a subvention du Department of Energy des É.-U. pour l’avancement des SOFCs et a vu nos piles à carburant soutenir avec succès l’exploitation de véhicules électriques à batterie.

Les piles à carburant ont peut-être prédate les débuts de Cummins, mais nous ne perdons pas de temps à découvrir comment faire progresser leur technologie afin de créer un avenir à émissions nulles.