Transition écologique et énergétique

La pile à combustible : subvenir aux enjeux énergétiques ?

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La société met la pression sur les fournisseurs d’énergie ! En plus d’une population croissante toujours plus connectée et des industriels exigeant un réseau sans faille, les fournisseurs doivent faire face à un challenge environnemental poussé par les gouvernements depuis la COP21. Comment produire une énergie constante pour tous, sans interruption et sans émission de gaz à effet de serre ? Parmi les énergies alternatives, la pile à combustible se profile comme un véritable phénomène. Pour en savoir plus, nous avons rencontré Rami Reshef, expert en pile à combustible qui, après des années de recherche, a lancé GenCell (1), des solutions d’alimentation basées sur cette énergie propre. Ce dernier nous explique comment la pile à combustible peut révolutionner notre monde 4.0.
 
Rami Reshef
 
La technologie des piles à combustible à base d’hydrogène semble être un sujet en vogue à l’heure actuelle, notamment sur le marché automobile. Quels sont vos sentiments à cet égard ?
 
Il est vrai que l’industrie automobile perçoit un énorme potentiel dans les piles à combustible. Il ne fait aucun doute que ceci découle des inquiétudes grandissantes des consommateurs quant à l’impact environnemental des émissions de gaz d’échappement.
Les transports représentent 12 % des émissions de dioxyde de carbone en Europe et plus de 20 % aux États-Unis. De ce fait, les gouvernements aspirent à réduire ces chiffres, en faisant pression sur les constructeurs pour qu’ils investissent dans des technologies alternatives aux combustibles fossiles. Le système de piles à combustible à base d’hydrogène est devenu un moyen d’atteindre cet objectif.
L’industrie automobile a certes de nouveau propulsé les piles à combustible sur le devant de la scène, ce qui est très bien, mais il ne s’agit pas d’une nouvelle technologie.
Les piles à combustible sont utilisées sur d’autres marchés, avec un grand succès, depuis de nombreuses années. Par exemple la NASA a été l’une des premières à utiliser des piles à combustible alcalines dans son programme Apollo dans les années 60. Elle les a utilisées pour fournir l’éclairage et le chauffage indispensables, ainsi que l’électricité, pour alimenter d’autres équipements embarqués sur chaque navette spatiale. Elle a choisi cette technologie car elle avait besoin d’une fiabilité extrême – les batteries étaient tout simplement trop lourdes et n’offraient également pas la durée de vie prolongée nécessaire.
Cette technologie spatiale éprouvée a ainsi amélioré et validé la qualité et la résistance des piles à combustible qui allaient par la suite être utilisées pour de nombreuses autres applications commerciales.
 
S’il ne s’agit pas d’une nouvelle technologie, qu’est-ce qui a empêché l’adoption à plus grande échelle des piles à combustible sur d’autres marchés ?
 
Au tout début du développement des piles à combustible, les promesses de cette technologie étaient énormes et une multitude d’entreprises ont été séduites par ses nombreux avantages. Or lorsque les scientifiques ont essayé de la commercialiser, des problèmes de modularité et de fabricabilité sont survenus.
Les premiers adeptes n’ont alors pas bénéficié des avantages promis, ce qui a terni la réputation des piles à combustible en tant qu’énergie alternative viable. Mais, comme pour la plupart des nouvelles technologies, cette dernière a depuis été reconçue, affinée et les problèmes initiaux ont été résolus – leur permettant désormais de concurrencer des technologies plus conventionnelles comme les groupes électrogènes diesel.
Les fabricants de piles à combustible comme nous remportent aujourd’hui un franc succès avec cette technologie sur plusieurs marchés. Mais du point de vue de la réputation, nous nous efforçons tous de rétablir la confiance des marchés en cette technologie, en nous appuyant sur des arguments probants importants et le témoignage de clients pour prouver son succès.
 
Quels obstacles les fabricants de piles à combustible ont-ils donc dû surmonter pour rendre la technologie commerciale et vendable ?
 
Au fil des ans, de nombreuses entreprises ont investi énormément de temps et d’argent pour tenter de faire tomber les deux principales barrières à l’utilisation des piles à combustible, à savoir les coûts d’investissement et d’exploitation.
Je ne peux pas parler pour les autres mais, dans notre cas, nous avons travaillé d’arrache-pied pendant six années pour relever ce défi. Nous avons réussi à développer un certain nombre de solutions brevetées qui nous ont permis de réduire nos coûts d’investissement et d’exploitation, y compris l’utilisation d’un catalyseur sans platine, ainsi que des mécanismes pour utiliser l’air ambiant comme oxydant et de l’hydrogène de qualité industrielle à plus bas coût comme combustible.
L’un des facteurs clés concernant les coûts d’exploitation des piles à combustible se rapporte au coût de l’hydrogène. Alors que les coûts de production de l’hydrogène ont toujours été plus bas que ceux de l’essence ou du méthane, le coût actuel de distribution le rend plus cher que l’essence ou le méthane pour un usage commercial. Heureusement, grâce à l’envergure que prend l’énergie durable et la demande grandissante en hydrogène, de nouveaux systèmes de distribution d’hydrogène ont été déployés dans des régions comme au Japon, en Californie et dans d’autres États américains, qui devraient tôt ou tard contribuer à résoudre ce problème.
« GenCell 5Kw fuel cell stack », modèle de pile à combustible de GenCell
 
En outre, il existe également de nouvelles méthodes de production d’hydrogène qui utilisent l’énergie éolienne, solaire, géothermique et hydroélectrique pour décomposer l’eau. Le potentiel des méthodes les plus récentes et respectueuses de l’environnement, associé aux nouveaux circuits de distribution, contribuera à rendre l’hydrogène de plus en plus économique au fur et à mesure de la réalisation de nouvelles économies d’échelle.
 
Quels sont donc les marchés et les applications les plus impactés par la technologie des piles à combustible ?
 
Les possibilités en matière d’applications des piles à combustible sont quasiment illimitées – à peu près tous les domaines où on utilise de l’énergie – mais il existe déjà quelques marchés clés où l’adoption et la maturité de cette technologie progressent très rapidement. Il s’agit notamment des secteurs du transport et de l’automobile, de la production industrielle d’énergie et de l’alimentation de secours pour les systèmes essentiels utilisés par les services publics, des télécommunications et bien d’autres domaines.
En effet, les défis que présentent le vieillissement de nos réseaux électriques dans de nombreuses régions de notre monde très connecté rendent impérative une alimentation continue en électricité. Pour de nombreuses industries, le coût d’une interruption des activités l’emporte sur le coût d’une solution de continuité des activités. Ceci est particulièrement vrai chez les opérateurs de télécommunications, où le modèle d’entreprise est un paiement à l’usage (communication). Pour eux, une indisponibilité du réseau entraîne un arrêt complet des rentrées d’argent et coûte extrêmement cher. Pour les fournisseurs d’électricité et autres entreprises de services publics, une indisponibilité du réseau électrique coûte également extrêmement cher – et pas uniquement aux entreprises de services publics. En 2015, il est estimé que les coupures du réseau électrique ont coûté 110 milliards de dollars à l’économie américaine.
 
Donc les technologies des piles à combustible sont-elles toutes applicables pour ces marchés ou existe-t-il des applications spécialisées pour chacun d’entre eux ?
 
Un large éventail de piles à combustible est disponible sur le marché et elles sont adaptées à des applications spécifiques.
Chaque pile à combustible offre ses propres avantages. Par exemple, la technologie la plus utilisée au sein de l’industrie automobile et des transports est la PEM (Membrane Électrolytique Polymère) – une pile à combustible à basse température fonctionnant entre 80 et 100 degrés Celsius. Grâce à leur petite taille et à leur poids léger, ces piles à combustibles PEM sont actuellement la source d’énergie privilégiée pour un éventail d’applications de manutention et de location de matériels, telles que chariots élévateurs à fourche, systèmes d’éclairage portatifs, et bien plus.
D’autres, comme les piles à combustible à carbonate fondu et à oxyde solide, fonctionnent respectivement à 650 et 1000 degrés et sont utilisées principalement pour une alimentation constante dans des applications de services publics à grande échelle.
GenCell utilise la technologie de piles à combustible alcalines (AFC), un autre type de pile à combustible à basse température. Ces piles sont extrêmement fiables et hautement efficaces, offrant en fait la meilleure efficacité énergétique de toutes les technologies de piles à combustible. En outre, elles sont hautement résistantes à des températures extrêmes, à l’humidité et à la salinité de l’air.
Ces atouts en font une technologie de piles à combustible idéale pour fournir une énergie de secours non-polluante en cas de panne d’électricité. Toutefois, à l’avenir, cette technologie offrira un potentiel encore plus important pour des usages supplémentaires au-delà des applications de secours.
 
De quelle manière ? Dans quel scénario les piles à combustible pourraient-elles être utilisées en dehors d’une application de secours ?
 
En deux mots, pour une alimentation continue. Lorsque le réseau électrique est indisponible, les options pour assurer une alimentation continue se limitent actuellement aux groupes électrogènes diesel et aux batteries. Par le passé, les piles à combustible étaient principalement utilisées pour des applications de secours, car il n’existait aucune solution pouvant rivaliser avec la fiabilité et les coûts d’utilisation de ces sources d’énergie alternatives. Mais la technologie des piles à combustible rattrape son retard.
Et s’il était possible de fournir cela à l’avenir, l’utilisation de la technologie des piles à combustible pour une alimentation continue suscite un intérêt certain. Pourquoi ? Parce que cela permettra de bénéficier des mêmes avantages que ceux offerts par les applications de secours : les piles à combustible n’émettent aucun gaz à effet de serre, elles nécessitent une maintenance minime et n’exigent pas de recharges régulières, elles sont quasi-silencieuses, sans vibration et sans odeur, elles peuvent fonctionner à des températures extrêmes et leurs seuls sous-produits sont l’eau et la chaleur.
Non seulement cette technologie offre l’opportunité de réduire massivement nos émissions de gaz à effet de serre, mais elle pourrait également être utilisée pour contribuer de manière significative au bien-être de la société.
 
De quelle manière les piles à combustible pour une alimentation continue pourraient-elles offrir des bienfaits à la société ?
 
Imaginez, par exemple, une situation où des piles à combustible sont envoyées avec des équipes de premiers secours lors de catastrophes naturelles comme les séismes ou tsunamis. Elles pourraient fournir instantanément une alimentation salvatrice aux services d’urgence, une alimentation critique pour les installations médicales locales ou hôpitaux de campagne, les écoles, voire un système d’éclairage et de chauffage pour les camps de réfugiés.
De plus, cette même technologie de piles à combustible hautement fiable et à maintenance minime pourrait être installée sur n’importe quel site isolé hors réseau électrique à travers le monde. Pour certains, elle fournirait pour la première fois à des communautés une électricité qui leur changerait la vie, ou, pour d’autres, elle rendrait simplement l’alimentation continue plus fiable, plus accessible et plus facile à entretenir. 
Elle est également capable de décupler les communications dans ces régions. Dans les endroits isolés aux conditions climatiques extrêmes, comme au Brésil avec sa forte humidité ou au Canada avec son grand froid, les opérateurs de télécommunications éprouvent souvent des difficultés à offrir aux communautés un réseau de télécommunications fiable et continu. À l’avenir, les piles à combustible pourraient remédier à ce problème et révolutionner la fiabilité des pylônes de télécommunications.
En résumé, nous pensons que les piles à combustible alcalines deviendront une technologie de piles à combustible « de tous les jours ».
 
Dans ce cas, à quand une technologie de piles à combustible « de tous les jours » ?
 
C’est difficile à dire, mais j’estime que nous devrions voir ce type de technologie pénétrer le marché au cours des 12 à 24 prochains mois – en offrant, dans un premier temps, tous les avantages des piles à combustible, puis en générant des économies d’échelle qui lui procureront un argument de coût pour remplacer les groupes électrogènes diesel en matière d’énergie courante.
Nous ne devons toutefois pas laisser ces perspectives minimiser ce dont nous disposons aujourd’hui, car les marchés des piles à combustible arrivés à maturité offrent des opportunités considérables.
 
À ce stade, quels sont les obstacles au succès de l’adoption des piles à combustible à court terme ?
 
À notre avis, une éducation simple. Beaucoup de désinformations circulent autour de la technologie de piles à combustible moderne, et lorsqu’on s’adresse aux clients potentiels, notre première mission est souvent de corriger ce qu’ils pensent savoir.
Pour cela, nous expliquons ce que nous et d’autres avons fait pour repousser les limites technologiques que nous connaissions auparavant afin de faire des piles à combustible modernes l’une des sources d’énergie les plus propres, les plus fiables, les plus robustes, et les plus efficaces du marché.
Nous leur montrons ensuite comment cette technologie est adoptée par de nombreuses entreprises internationales leaders du marché, qui exécutent toutes leurs propres processus complets de diligence raisonnable pour approuver l’utilisation de piles à combustible au sein de leurs entreprises.
Notre deuxième mission consiste à leur parler de l’hydrogène en général, bon nombre d’entreprises n’étant pas familière avec le sujet. Nous expliquons qu’il s’agit de l’élément le plus léger et le plus abondant de l’univers, qu’il est considéré comme le combustible le plus respectueux de l’environnement et est aussi sûr, voire plus, que l’essence ou le gaz naturel (méthane). Nous les éduquons également sur l’approvisionnement en hydrogène et comparons leurs coûts à ceux d’autres alternatives énergétiques comme l’énergie solaire, éolienne, les batteries et le diesel.
Il ne fait aucun doute que c’est une caractéristique commune de l’ensemble des fabricants de piles à combustible à basse température du marché. La bonne nouvelle est que le dossier en faveur des piles à combustible est si attrayant que, pour peu qu’on prenne le temps de le comprendre, notamment au sein des entreprises de premier plan où les coûts d’une indisponibilité se chiffrent en millions, le coût d’une pile à combustible pour minimiser son impact devient un argument des plus évidents et sensés.
 
Entretien avec Rami Reshef, PDG de GenCell
 
(1) À propos de GenCell
GenCell fabrique et fournit des solutions complètes d’alimentation à base de piles à combustible qui offrent une source d’électricité de 5 kW fiable et modulable. Fonctionnant à l’hydrogène, l’énergie propre du futur, l’alimentation sans interruption (UPS) longue durée GenCell G5 offre une alimentation de secours pour les secteurs des télécommunications, de la sécurité intérieure, de la santé et les marchés industriels de niche. La solution d’alimentation de secours de services publics GenCell G5rx fait office de source directe d’alimentation de secours ou vient compléter les systèmes de batteries de secours qui fournissent seulement 6 à 8 heures d’électricité, et comprend un boîtier de protection résistant aux impulsions électromagnétiques et aux hautes tensions. GenCell, dont le siège social est sis en Israël, jouit d’une présence régionale et compte un réseau de distribution et d’assistance en Amérique du Nord, en Amérique latine et en Europe.

 

 

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