Vers un avenir à énergie propre en faisant progresser la technologie des piles à combustible – Los Alamos Reporter
Concept d’artiste d’un véhicule lourd équipé de piles à combustible à membrane échangeuse de protons à haute température (HT-PEM), qui peuvent réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre. Un nouveau partenariat vise à développer une pile à combustible HT-PEM viable pour le marché au cours des prochaines années. Image courtoisie LANL
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L’industrie américaine des transports est le plus grand producteur de gaz à effet de serre du pays, représentant près d’un tiers des émissions liées au réchauffement climatique. Pour évoluer vers un avenir à énergie propre, il est essentiel de développer des technologies zéro émission pour les véhicules lourds. Un nouveau partenariat comprenant le Los Alamos National Laboratory, Advent Technology Holdings Inc., le Brookhaven National Laboratory et le National Renewable Energy Laboratory (NREL) travaillera au cours des prochaines années pour mettre sur le marché la membrane échangeuse de protons à haute température (HT-PEM) des piles à combustible qui transforment l’hydrogène et d’autres carburants renouvelables en électricité.
«Alors que l’industrie du transport lourd cherche des alternatives plus écologiques aux moteurs à combustion, les piles à combustible HT-PEM promettent une alternative propre et efficace», a déclaré Rod Borup, responsable du programme de Los Alamos pour les piles à combustible et la technologie des véhicules. Les piles à combustible PEM traditionnelles ont une température de fonctionnement relativement basse, ce qui permet une faible tolérance aux impuretés de l’hydrogène et fait du rejet de la chaleur perdue un défi pour les véhicules.
«Ce projet espère changer cela et contribuer à l’accélération des technologies énergétiques et de transport lourd qui permettront un avenir énergétique propre et sans émissions», a déclaré Borup.
Les piles à combustible HT-PEM ont le potentiel de révolutionner l’industrie du transport lourd. Ils peuvent permettre aux navires de fonctionner au méthanol ou à l’ammoniac renouvelable, aux avions de fonctionner au diméthyléther ou à l’hydrogène et aux générateurs d’électricité hors réseau de fonctionner avec des carburants à faible ou à zéro émission de carbone qui sont facilement transportables vers des endroits éloignés. La possibilité d’utiliser n’importe quel carburant porteur d’hydrogène, en plus de l’hydrogène pur, est une avancée majeure dans la réduction des investissements d’infrastructure nécessaires. La technologie des piles à combustible HT-PEM permettra aux applications lourdes et difficiles à décarboner de fonctionner avec un rendement élevé tout en utilisant de l’hydrogène et en atténuant les problèmes de gestion de l’eau.
Le projet a reçu un solide soutien financier du Bureau des technologies de l’hydrogène et des piles à combustible du ministère de l’Énergie (DOE) dans le cadre du programme pilote L’Innovator («Lab Innovator»), conçu pour relever les défis spécifiques associés à la transition de l’hydrogène et des piles à combustible. technologies des laboratoires nationaux du DOE sur le marché commercial. Les percées issues de cet effort aideront à concrétiser la vision H2 @ Scale du DOE pour une utilisation propre et abordable de l’hydrogène dans plusieurs secteurs de l’économie.
La contribution de Los Alamos au projet est l’assemblage membrane-électrode (MEA). Le MEA est unique car il ne repose pas sur l’eau comme milieu conducteur, mais sur un polymère technique, ce qui permet une plus large plage de températures élevées pour un fonctionnement fiable (80oC à 200oC).
«En fonctionnement à haute température, nous pouvons construire des camions lourds avec une conception beaucoup plus simple, ce qui nous permet de réduire considérablement le poids», a déclaré Yu Seung Kim, un scientifique de Los Alamos qui a lancé ce projet de piles à combustible HT-PEM automobiles à le laboratoire en 2017. «La partie la plus lourde du système typique de pile à hydrogène est constituée des réservoirs de stockage d’hydrogène qui pèsent environ 4 000 livres à transporter sur une distance de 350 miles. Si vous utilisez des piles à combustible à une température de fonctionnement plus élevée, vous pouvez utiliser des combustibles liquides à haute densité d’énergie et le poids du système peut être réduit à 2 500 livres. »
Le partenariat officialise le rôle de chaque partie et les prochaines étapes pour créer un produit viable. L’équipe de Kim à Los Alamos sera chargée de démontrer les performances et la durabilité du MEA en utilisant des tests de criblage des couches de membrane, d’ionomère, de catalyseur et de diffusion de gaz. Les connaissances qui en résultent seront transférées au NREL pour aider à développer le processus de fabrication pour la production de masse des AME. Brookhaven Lab est responsable du développement de catalyseurs de réaction de réduction de l’oxygène, tandis qu’Advent testera et validera que les performances et la durabilité sont maintenues dans les conditions de fabrication industrielle et assemblera les AME à grande échelle en une pile à combustible commercialement viable.
À propos du laboratoire national de Los Alamos (www.lanl.gov)Los Alamos National Laboratory, une institution de recherche multidisciplinaire engagée dans la science stratégique au nom de la sécurité nationale, est géré par Triad, une organisation scientifique de la sécurité nationale axée sur le service public détenue à parts égales par ses trois membres fondateurs: Battelle Memorial Institute (Battelle), Texas A&M University System (TAMUS) et les régents de l’Université de Californie (UC) pour la National Nuclear Security Administration du Département de l’Énergie.
Los Alamos renforce la sécurité nationale en garantissant la sûreté et la fiabilité du stock nucléaire américain, en développant des technologies pour réduire les menaces liées aux armes de destruction massive et en résolvant les problèmes liés à l’énergie, à l’environnement, aux infrastructures, à la santé et aux problèmes de sécurité mondiale.