Déjà impliquées dans le Programme & Équipement Prioritaire de Recherche – Hydrogène décarboné (PEPR-H2) par l’intermédiaire de l’EquipPEX+ DurabilitHy et du projet PEMFC95, les équipes du Laboratoire Énergies et Mécanique Théorique et Appliquée (LEMTA) ont, cette année encore, répondu avec succès au dernier appel à projets 2021 : 4 projets déposés, 4 projets sélectionnés par l’ANR !
DAEMONHyC | Électrolyseur à membrane échangeuse d’anions durable pour la production d’hydrogène vert à grande échelle
[Durable Anion Exchange Membrane electrOlyzer for largescale greeN HYdrogen produCtion]
Les performances électrochimiques, et la stabilité des membranes et ionomères alcalins ont été grandement améliorées ces dernières années, ce qui ouvre la voie à des électrolyseurs de l’eau à membrane échangeuse d’anions (AEMWE). Ces systèmes combinent les avantages de l’électrolyse alcaline classique en termes de coût et ceux des électrolyseurs de l’eau fonctionnant avec une membrane échangeuse de protons. Grâce à un consortium multidisciplinaire, nous développerons des membranes, des ionomères et des catalyseurs sans métaux précieux stables et ultra-performants. Des méthodes de caractérisation in situ et operando associées à un modèle multi-échelles nous permettront d’obtenir des informations pertinentes à toutes les échelles du site catalytique jusqu’à la cellule élémentaire. La valorisation technologique des résultats (montée en TRL), sera rapide grâce à l’implication de deux industriels français dont les ambitions en matière de production d’hydrogène décarboné sont notables.
Porteur du projet : LEMTA - Gaël Maranzana, équipe « Hydrogène, systèmes électrochimiques »
Partenaires : ICPEES Strasbourg – IC Strasbourg – LPPI Cergy – LEPMI Grenoble – Air Liquide – Genhy
Durée : 48 mois | Financement obtenu : 1.5 M€
MATHyLDE | Matériaux pour la production d’hydrogène pour réduire notre dépendance à l’égard des matériaux existants
[Materials for hydrogen production to Lower our dependency on existing ones]
L’électrolyse de l’eau à membrane échangeuse de protons (PEMWE) offre l’avantage de pouvoir être couplée efficacement aux moyens de production d’énergies renouvelables et de produire du dihydrogène ultrapur, de façon pressurisée et sans étape de purification. Les matériaux sont au cœur de ces dispositifs :
- le chargement en iridium représente 6 % du coût de ces dispositifs et doit être abaissé,
- les membranes doivent posséder des conductivités ioniques élevées et, idéalement, intégrer des moyens de recombinaison de dihydrogène et dioxygène et,
- les couches de transport poreuses doivent minimiser les résistances de constriction tout en facilitant le transport des mélanges diphasiques.
La durabilité des matériaux doit également être améliorée et pour ce faire, nous utiliserons des méthodes de caractérisation avancées in situ. Enfin, une modélisation du transport de matière et des transferts de chaleur, d’électrons et d’ions permettra d’optimiser la mise en forme des matériaux et des conditions de fonctionnement des systèmes PEMWEs développés dans le cadre du projet.
Porteur du projet : ARMINES
Partenaires : LEMTA (responsable projet Gaël Maranzana) – PERSÉE Paris – ICGM Montpellier – LEPMI Grenoble – ICMMO Paris
Durée : 3 ans 1/2 | Financement obtenu : 1.47 M€
HYSyPEM | Optimisation de systèmes d’énergie hybride avec des systèmes pile PEM multi-stack pour applications transport lourd
[Optimization of HYbrid energy SyStem with multi-stack PEM fuel cells for heavy duty transportation applications]
Le projet HYSySPEM ambitionne l’amélioration des systèmes hybrides piles à combustible PEMFC pour les applications de mobilité de forte puissance (camion, maritime, train, avion) avec une approche systémique. L’optimisation des architectures électriques et fluidiques dans une approche multi-stack modulaire sera réalisée à plusieurs échelles (système pile et système hybride) et sur les composants clefs (compresseur, topologies de convertisseur de puissance à des niveaux de tension de 800V à 1500V). Les améliorations du contrôle/commande au niveau local et les gestions d’énergie et de puissance au niveau de l’hybridation seront couplées à une approche de contrôle tolérant aux défauts au niveau des convertisseurs de puissance et de l’hybridation, afin d’assurer un niveau de fiabilité très élevé.
Dans ce projet, le LEMTA est principalement impliqué dans deux workpackages :
- Le premier est lié à l’étude de l’auto-humidification d’une cellule de pile à combustible de type PEM alimentée en gaz secs. En effet, la simplification du système et notamment la suppression de l’humidificateur d’air est une voie possible pour améliorer la durabilité tout en baissant le cout.
- Le second concerne l’architecture électrique et la recherche de topologies de convertisseurs de puissance permettant une gestion optimale du système. L’objectif sera de développer les briques technologiques liées à l’utilisation de systèmes multistacks hybridés pour les applications de transport lourd.
3 thèses en cotutelle avec FEMTO-ST et le CEA vont être initiées dans ce projet
Porteur du projet : CEA-LITEN Grenoble
Partenaires : LEMTA (responsable projet Serge Pierfederici, équipe “Gestion de l’énergie électrique”) – AMPERE Lyon – FEMTO-ST Belfort – IJL Nancy – IREENA Nantes – IFPEN Paris
Durée : 4 ans 1/2 | Financement obtenu : 2.89 M€
BHyoLOHC | Polyols Biosourcés comme Liquide Organique Porteur d’Hydrogène à Haute Capacité
L’hydrogène peut être stocké ou transporté sous forme de liquides organiques appelés LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier). L’objectif du projet est de développer de nouveaux matériaux catalytiques pour l’hydrogénation et l’électro-déshydrogénation de polyols biosourcés (éthylène glycol et glycérol), et d’en évaluer les propriétés réactionnelles et la stabilité. Le LEMTA participera principalement à l’étude de l’étape de production électrocatalytique de l’hydrogène et aura comme objectif de caractériser globalement et localement la réaction à l’aide d’une cellule segmentée permettant de mesurer les performances et de détecter les limitations associées au transfert de matière. Des voies d’optimisation seront proposées.
Porteur du projet : IC2MP Poitiers
Partenaires : LEMTA (responsable projet Sophie Didierjean, équipe “Hydrogène et systèmes électrochimiques”) – GREMI Orléans – IEM Montpellier
Durée : 4 ans | Financement obtenu : 968 k€ (dont 203 k€ LEMTA)
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