La dynamique de la filière Hydrogène Energie 1. La dynamique technico-économique 2. La dynamique européenne et interna

1. La dynamique de la filièreHydrogène Energie 1. La dynamique technico-économique 2. La dynamique européenne et internationale Jean-Marc AgatorCEA-DRT

2. Stockage Transport Distribution La filière Hydrogène Conversion (combustion,électrochimie) Utilisation/Application (chaleur, électricité) Production Pile à combustible Moteurs Turbines

3. Eau Chaleur Electricité L’association Hydrogèneet Pile à combustible • Economies d’énergie Rendement élevé (Rélec > 40%) • Réduction des émissions locales, des émissions de CO2 L’eau est le seul rejet si H2 pur • Faibles émissions sonores • Diversification énergétique La PAC n’est pas liée à une source d’énergie primaire • Construction modulaire

4. Biogas, Methanol, Ethanol,... Biomass, … DMFC Reformer PAFC PEM H2 AFC MCFC SOFC PEM Coal, ... Portable Industry Stationary Transport Road Residential Maritime Air L’association Hydrogèneet Pile à combustible • Les PAC sont candidates sur plusieurs grands marchés : • - Transports • - Applications stationnaires (électricité, chaleur) • - Applications portables

5. 􀂋L’hydrogène, vecteur énergétique de l’avenir ? • Un carburant qui pourrait peu à peu s’imposer, en particulier pour les transports (piles à combustible), pour lutter contre l’effet de serre • Il faut privilégier dans sa production les méthodes ne produisant pas de gaz à effet de serre • Il est pratiquement inépuisable (durabilité de l’approvisionnement) • Un processus long terme (échéance 2030-2050) qu’il faut démarrer maintenant pour lever les barrières :-Comment le produire massivement ? - Comment le stocker et le distribuer (infrastructure) ? - Comment l’utiliser ? • Tout en réduisant les émissions de CO2, les coûts et en maintenant les performances et la sécurité de la filière

6. Essence hors taxes Objectif 2010 du DOE (via SMR) Coût de l’hydrogène délivré à la pompe Le transport d’H2 et sa distribution en station-service ont un impact fort sur le coût final à la pompe(facteur 3 à 5) Chaque solution doit être étudiée du puits à la roue ou de la source à l’utilisation sur l’ensemble des critères Projet HyWays (HyFrance) Roadmap européennetechnico et socio-économiquede l'hydrogène énergie(en cours)

7. Projet Européen HyWays( 01/04/2004 : 36 mois) • Analyse quantitative détaillée des conditions nécessaires pour introduire l'hydrogène énergie d'ici 2050 en Europe, en s’appuyant sur les situations nationales : • chaînes de l'hydrogène, de la source à l'utilisation (transports, stationnaire) • scénarios de pénétration des technologies de l'hydrogène (haut, bas) • analyse des systèmes énergétiques (modèle Markal) • impacts sectoriels, analyse macro-économique (équilibre général) Synthèse : roadmap européenne • Recherche du consensus entre les33 partenaires du consortium : • Industriels (automobile, énergie,gaz industriels…) • Organismes de recherchepublique • États membres • Projet HyFrance ( 01/04/2004 : 18 mois) • Application française des méthodes et outils de HyWays : • élaboration des données françaises nécessaires à HyWays • expertise des méthodes et outilsde HyWays • expertise et exploitation des résultats français de HyWays • Coordinateur de HyFrance et point de contact national de HyWays : CEA • 14 partenaires français du CEA : • Industriels • Ministères (Industrie, Recherche) • Organismes de recherchepublique • Associations Roadmap française 1ère phase (18 mois) :D F GR I N NL HyWays/HyFrance : développement de la "roadmap"de l’hydrogène énergie

8. Production d’hydrogèneLe défi énergétique • Pour la production massive d’hydrogène, il faut privilégier les procédés à haute température permettant d’augmenter le rendement • Source à Haute Température : • nucléaire, solaire, géothermie • Electrolyse à basse température • Rendement énergie primaire : 20-25 % • Electrolyse à haute température • Gain de 10 à 30 % • Cycles thermochimiques • Rendements espérés : 50 % / énergie primaire (chaleur)

9. Solide Liquide Gazeux L’amélioration du transport de l’hydrogène passe par le stockage Cahier des charges des constructeurs automobiles : stocker environ 5 kg d’H2 pour une autonomie de 500 km Capacité massique de stockage > 5 % (> 1.5 kWh/kg) Capacité volumique de stockage > 36 kg H2 /m3 (>1.2 kWh/L)

10. 40 35 Advanced 30 LH2 Tank SysWt% 8.2 25 . LH2 DOE-Goal 2015: SysWt% 9 Gravimetric Energy Density MJ/kg 20 CGH2 SysWt% 3.7 700bar SysWt% 4.2 15 10 5 0 15 20 0 5 10 25 30 Volumetric Energy Density MJ/l LT- Metal HT+ MT- Metal Hydride Hydrides SysWt% 1.2 SysWt% 3.3 - 3.4 Stockage d’hydrogène Performances des technologies actuelles par rapport à l’objectif 2015 du DOE Gasoline Besoins de R&D pour améliorer la capacité des réservoirs et baisser leur coût de fabrication (objectif système de stockage 2015 : 60 €/kg)

11. Electrolyte Polymère Solide Anode Cathode O2 (air) H2 Plaque bipolaire H+ Collecteur de courant Technologies PEMFC et SOFC Deux filières jugées prometteuses • PEMFC (pile à membrane échangeuse de protons) T ~ 80 °C cellules et stacks disponibles ex : Ballard, Plug Power… • SOFC (pile à oxyde solide) T > 700 °C piles tubulaires opérationnelles, piles planaires prototypes ex : Siemens Westinghouse, Sulzer Hexis… Elles offrent le meilleur potentiel pour leur densité de puissance (compacité) et leur simplicité de mise en œuvre ½ O2 + 2H+ + 2e-  H2O H2 2H++ 2e- e-

12. Les grands défis technico-économiques de la PAC Coût, durabilité, fiabilité, intégration, sûreté, plus-value Situation actuelle : Coût de la PAC ~ 3000-5000 €/kW etdurée de vie système en conditions réelles d’utilisation : 500 à 2000 h Les défis - Endurance (40 000 h) - Coût visé : < 800-1500 €/kW - Infrastructure, stockage H2 Stationnaire - Endurance (5 000 h véhicule particulier) - Coût visé : < 200 €/kW (transport urbain) 250 €/kW APU (voiture de luxe) 50 €/kW (véhicule particulier) - Infrastructure, stockage H2 Transport - Coût visé (0,5 €/Wh) - Miniaturisation Portable

13. Fuel cell makers System Integration Axane, Helion, SNECMA Governmental entities Ministries, Ademe Energy suppliers Energy services EDF, Dalkia, Alstom, Areva Public research organisations CEA, CNRS, IFP, INRETS, INERIS, CSTB, UTBM, Universities, Materials and components SNPE-SME Saint-Gobain, Ullit, Composites Aquitaine Oil companies Gas suppliers Air Liquide, GDF, Total Fuel processor makers N-GHY, CETH End Users Renault, PSA, Irisbus, Valeo Schneider, Thales Europe FP6 European Hydrogen Platform International IPHE IEA Panorama en France

14. Hydrogène et Piles à combustible en Europe Aides publiques comparées • - FP 5 (1998-2002) : 145 M€ • - FP 6 (2003-2004) : 100 M€ (50M€/an) • plate-forme européenne : Total Europe : 100-150 M€/an • 2002 : création d’un High Level Group • Juin 2003 : rapport sur la vision européenne H2&PAC/conférence Bruxelles • Décembre 2003 : initiative de croissance européenne (projets phares) • Janvier 2004 : lancement de la plate-forme européenne H2&PAC (vision commune partagée, stratégie cohérente) • - Quick start program : 2.8 Milliards € sur 10 ans (2005-2015)

15. La plate-forme européenne

16. La vision européenne market entry transport (fleets) market entry stationary market entry portable

17. Panorama 2004 de l’investissement R&D public/privé et de la collaboration internationale