Efficacité énergétique et économie Témoignage sur un procédé de production massive d’hydrogène

1. Efficacité énergétique et économieTémoignage sur un procédé de production massive d’hydrogène Alain Le Duigou Christine Mansilla

2. Faire mieux que les procédés actuels L’hydrogène aujourd’hui : > 60 Mt/an dans le monde, produit à plus de 95% à partir d’énergies fossiles 1 à 2 % des émissions de GES → Electrolyse alcaline / Rendement ~ 30% (/électricité ~ 75-80%, rendement EPR ~1/3) Mais technique plus chère que reformage du CH4 Idée : substituer à l’électricité de la chaleur (moins chère / meilleurs rendements) Electrolyse haute température Possibilité d’apport direct de chaleur (partiel)Réduction tension • Cycles thermochimiques • Bons rendements théoriques • Effets d’échelle intéressants • Cycles hybrides • Thermochimie + électrolyse tension < électrolyse alcaline

3. Le cycle I_S (Iode Soufre) Projet Européen HYTHEC 2004 - 2007 Des réactions chimiques à diverses températures, certaines élevées, pour extraire l’hydrogène de l’eau Apport direct chaleur VHTR Apport direct chaleur VHTR

4. Quelle efficacité énergétique ? De l’importance des études systèmes Projet Européen HYTHEC 2004 - 2007 ρ ~ 30 % ρ ~ 37 % H2O Réacteur Nucléaire VHTR 600 MWth Production d’électricité Échangeurs Pompes Systèmes de sécurité ….. H2 Chaleur procédé I_S Chaleur Électricité O2 Procédé Une question de « frontières » Système → livrable spécifique du projet HYTHEC : “HYTHEC project / “Definition of the Efficiency of the Thermochemical Cycles – a HYTHEC Project Proposal”

5. Le rendement est-il le seul critère ? Cas des échanges de chaleur dans le procédé I_S Procédé I_S : les ERde la section de production d’hydrogène représentent env. 50% du coût total d’investissement (dimensionnement HYTHEC) Apport externe d’énergie Echangeurs récupérateurs (ER) Réactions endothermiques Besoins énergétiques Réactions exothermiques Energie à céder Dimensionnement des composants ER ER plus efficaces → surfaces d’échanges plus importantes → investissements plus élevés → moins d’apport externe d’énergie → meilleur rendement → coût de fonctionnement moins élevé possibilité d’un optimum économique

6. Un optimum économique pour le cycle I_S (projet HYTHEC / procédé couplé à un RN) Sulfur–Iodine plant for large scale hydrogen production by nuclear power – G. Cerriet al. – IJHE May 2010 Schéma de procédé nominal 5,3 €/kg 31% Rendement 30% 20% 26% Schéma de procédé OPTIMAL 4,2 €/kg Un coût minimum qui ne correspond pas au meilleur rendement Un rendement « optimal » proche de 26 % (vs. 37 % procédé « isolé ») Pour une même quantité d’énergie primaire : produire plus, ou à moindre coût ?.... Importance des aspects coûts RN et U, à long terme

7. En bref ….. R&D sur procédé couplé à une source d’énergie Nécessité des analyses d’ensemble (« analyses système ») Premier constat : l’évaluation des rendements est le canal d’entrée rapide logiquement privilégié en début de R&D Deuxième constat : les rendements font toujours l’objet de débats virulents → importance des hypothèses et des frontières, et des modes de calculs → intérêt de développer au plus tôt les angles de vue qui ne relèvent pas uniquement de la technique, des rendements : par exemple l’économie → meilleure configuration d'ensemble →sensibilités et marges de manœuvre

8. Quelques publications Technoeconomic Optimisation Versus Pinch Technology Analysis -C. Mansilla, G. Arnaud, M. Dumas, F. Werkoff - Heat SET 2005 (Heat Transfer in Components and Systems for Sustainable Energy Technologies), 5-7 April 2005, Grenoble, France HYTHEC: an EC funded search for a long term massive Hydrogen production route using solar and nuclear – A. Le Duigou & al. - International Journal for Hydrogen Energy (IJHE) - http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2006.11.039 Sulfur–Iodine plant for large scale hydrogen production by nuclear power – G. Cerri, C. Salvini, Cl. Corgnale, A. Giovannelli, D. De Lorenzo Manzano, A. Orden Martinez, A. Le Duigou, J.-M. Borgard and Ch. Mansilla – IJHE Volume 35, Issue 9, May 2010, Pages 4002-4014 – doi:10.1016/j.ijhydene.2010.01.066 

9. THANK YOU DANKE GRAZIE GRACIAS MERCI HYTHEC www.hythec.org