Après le pétrolel' H ydro- · Méthodologie en synthèse organique, catalyse asymétrique,...
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Aprèsle pétrole...
l ' H 2 ydro-gène ?
vecteur des énergies de demain
• Synthèse de molécules à activité thérapeutique
Précipitat ion d'un complexe
Spectromètre de masse
Spectromètre PRESalle de dist illat ion
I nst itutde Chimie M oléculaireet des M atér iaux d'OrsayUM R8182
Contact :Jean-Jacques GIRERD - Directeur
Tél : 01 69 15 78 [email protected]
287 personnesdont 106 étudiants
www.icmo.u-psud.fr
OBJECTIFS
• Architectures moléculaires complexesMéthodologie en synthèse organique, catalyse asymétrique, chiralité
• Chimie-BiologieChimie biologique des sucres, rôle des métaux dans le monde vivant,
synthèse de molécules d'intérêt thérapeutique
• Matériaux et nanochimieOxydes métalliques à propriétés remarquables, métaux, biomatériaux,
nanomatériaux, surfaces, couches minces
• EnvironnementChimie verte, chimie organique dans l'eau, dépollution, photosynthèse,
hydrogène, catalyse biomimétique
• CalculSimulation numérique, modélisation moléculaire, chimie quantique
• Synthèse de molécules à activité thérapeutique
Contact :P. MILLET - Université Paris-sud, ICMMO, Bât. 410, 91405 - Orsay cedex
Tél : 01 69 15 48 [email protected]
• Émission de gaz à effet de serre
• Modifications climatiques
• Réchauffement de la planète
• Réserves limitées
• Conflits pour le contrôle des réserves
Aprèsle pétrole...
l ' H 2 ydrogène ?
H 2 : vecteur des énergies de demain
Pile à Combustible Électrolyseur CellulesEau
Stockage H2H2
H2
Éolienne
Eau
O2O2
Pile à combustible Électrolyseur Cellulesphotovoltaïques
EauStockage H2H2
H2
Éolienne
Eau
O2O2
Énergie du vent
Énergie des vagues
Énergie solaire
Énergie des vagues
Énergiesolaire
Énergiedu vent
Production/Stockage d’hydrogène
Énergies fossiles
=sources de pollutions
Un cycle écologiquement propre
stockage des énergies renouvelables
grâce à l'eau décomposée en hydrogène (H2)
et oxygène (O2)
L'eau consomméeest intégralement restituée
Une chaîne technologiquemaîtrisée...
• systèmes éoliens, photo-voltaïques
• production d'hydrogène par électrolyse
• transport et stockage
• utilisation : piles à combustible
... à optimiser
Jules Verne, l'Île mystérieuse
« Oui mes amis, je crois que l'eau sera un jour employée comme combustible, que l'hydrogène et l'oxygène...
fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisable et d'une intensité que la houille ne saurait avoir. »
Cyrus Smith
• Synthèse de molécules à activité thérapeutique
Production d'hydrogènepar électrolyse de l'eausur membrane polymère acide ( PEM )
OBJECTIFS
• Développer un électrolyseur du type GenHy®1000• Production d'H2 : 1000 L/h• Production d' O2 : 500 L/h
PROGRAMME DE RECHERCHE
• Projet européen GenHy®PEM• 10/2005 - 10/2008 ; budget : 2,2 millions d'euros• Soutien région Île-de-France
C. Puyenchet1, C. Etievant1, A. Deschamps1, P. Millet2
1- CETH, Innov'Valley Entreprises, Route de Nozay, 91460 Marcoussis, France; Tél : +33-1.6963.6857, e-mail : [email protected]
2- Université Paris-sud, ICMMO, Bâtiment 410, 91405 Orsay Cedex, France; Tél : +33-1.6915.4812, e-mail : [email protected]
Figure 1 : Schéma d’une installation permettant de capter les énergiesrenouvelables pour satisfaire les besoins énergétiques domestiques
Figure 2: Maquette illustrant le cycle des énergies renouvelableset le rôle de l’hydrogène comme vecteur énergétique
Figure 1 : Schéma d’une installation permettant de capter les énergiesrenouvelables pour satisfaire les besoins énergétiques domestiques
Figure 2 : Maquette illustrant le cycle des énergies renouvelableset le rôle de l’hydrogène comme vecteur énergétique
Figure 5 : Mono- Figure 7 : Electrolyseur PEM de classe GenHy®1000 pour desapplications résidentielles
cellule de 250 cm² en test
Figure 6 : Electrolyseur PEM de classe GenHy®100 pour desapplications en laboratoire
Électrolyseur PEM : hydrogène 100L/hRéservoir d’eau pure
Figure 3 : Cellule d’électrolyse PEM Figure 4 : Microstructure du polymère(Nafion®) utilisé comme électrolyte solide
Membrane Electrolyte Polymère
Réaction de la cathode4H+ + 4e- 2 H2
4e-4e-
Cathode
Platine
Anode
Platine/Iridium
Réaction de l’anode2 H2O 4e- + 4H+ + O2
2 H2O
O2
2 H24H+
Figure 3 : Cellule d’électrolyse PEM Figure 4 : Microstructure du polymère(Nafion®) utilisé comme électrolyte solide
Membrane Electrolyte Polymère
Réaction de la cathode4H+ + 4e- 2 H2
4e-4e-
Cathode Anode
platine/iridium
Réaction de l’anode2 H2O 4e- + 4H+ + O2
2 H2O
O2
2 H24H+
Membrane Electrolyte Polymère
Réaction de la cathode4H+ + 4e- 2 H2
4e-4e-
Cathode
platine
Anode
Réaction de l’anode2 H2O 4e- + 4H+ + O2
2 H2O
O2
2 H24H+
Utilisat ion
des énergies renouvelables Pr incipe de l'electrolyseur PEM
Applicat ions industr ielles
Électrolyse
H2 O2H2O
Production d'hydrogènepar réformage de bio-éthanol.Pur if icat ion par perméation gazeuse.
OBJECTIFS
• Production d'hydrogène par réformage de bio-carburant
• Production de H2 > 99,99999 % pour les applications pile à combustible
• Résistance aux cycles thermiques (25 - 700 °C)
APPLICATIONS
• Cogénération stationnaire
• Réformage embarqué pour transport
• Alimentations électriques de secours
Pr incipe du réformage d'éthanol
Pur if icat ion par perméation gazeuse à travers des feuilles de palladium
Banc test de réformage d'éthanol
Les bio-carburants : une façon commode de stocker l'hydrogène
E. Gernot1, F. Auprêtre1, A. Deschamps1, C. Etievant1, P. Millet2
1- CETH, Innov'Valley Entreprises, Route de Nozay, 91460 Marcoussis, France; Tél : +33-1.6963.6857, e-mail : [email protected]
2- Université Paris-sud, ICMMO, Bâtiment 410, 91405 Orsay Cedex, France; Tél : +33-1.6915.4812, e-mail : [email protected]
Figure 4 : Perméation de H2 travers une membrane de palladium
(2) Dissociation(1) Absorption
(3) Diffusion
(4) Recombinaison (5) Désorption
Molécule d’hydrogène
Palladium
Figure 1 : Principe du réformage
Figure 2: Principe du micro -réformeur
H2 (99,99%)
Fumée d’échappementCO2, CO, CH4, H2
Bio-éthanolC2H5OH
Membrane en alliagede Pd
H2
H2
Catalyseur en métalnoble supporté
Laine de quartz
Réaction de vaporéformageC2H5OH + 3H2O 6H2 + 2CO2
H2
Fumée d’échappementCO2, CO, CH4, H2
C2H5OH
Membrane en alliagede Pd
H2
H2
Catalyseur en métalnoble supporté
Réaction deC2H5OH + 3H2O 6H2 + 2CO2
Figure 3 : Banc test
Pile àCombustible
Bio Ethanol
Réacteur
Catalytique
à Membrane(RMC)
H2ultrapur Applications
Hydrogène
Membrane métallique compositeElectricitéet chaleur
Température de600 à 750 °C
Pile àcombustible
Bio-éthanol
Réacteur
Catalytique
à Membrane(RMC)
H2ultrapur Applications
Hydrogène
Électricitéet chaleur
Température de
Mécanisme de perméation
1. Absorption du gaz à la surface du métal
2. Dissociation en hydrogène atomique :
H2 adsorbé 2 Had
3. Diffusion au sein de la membrane :
Had Hmétal
4. Recombinaison de H atomique en H moléculaire
2 Had H2ad
5. Désorption sur la face aval de la membrane
H2 adsorbé H2 (gaz)
• Synthèse de molécules à activité thérapeutique
Hydrogène et transpor t
L'HYDROGÈNE PEUT ÊTRE UTILISÉ POUR DES APPLICATIONS DE TRANSPORT• Véhicules non polluants
• Véhicules silencieux
• Applications urbaines
C. Puyenchet1, C. Etievant1, A. Deschamps1, P. Millet2
1- CETH, Innov'Valley Entreprises, Route de Nozay, 91460 Marcoussis, France; Tél : +33-1.6963.6857, e-mail : [email protected]
2- Université Paris-sud, ICMMO, Bâtiment 410, 91405 Orsay Cedex, France; Tél : +33-1.6915.4812, e-mail : [email protected]
Pr incipe de la pile à combustible Structure d'une pile à combustible
Applicat ions potentielles : le transpor t urbain
Figure 4 : Modèle réduit de véhicule automobile àpile à combustible-électrolyseur intégré
Figure 3 : TrotHynet® à pile à combustible avec alimentation enhydrog ène par un réservoir d’hydrure métallique
Pile à combustible PEMFC de 250 W
Stockage d’hydrogène basse pression(hydrure métallique)
Tension de la pile: E = Ecathode – Eanode < 1,23 volt à 25 °C
Figure 1 : Principe d’une pile à combustible H 2/O2
avec le détail des réactions électrochimiquesFigure 2 : photographie d’une pile à combustible H2/O2
commerciale de 250 W
Hydrogène
CathodeAnode
Air
Air
+
Eau