1

Journée I-tésé du 3 Juin 2010

Efficacité énergétique et économie

Témoignage sur un procédé de production massive d’hydrogène

Alain Le Duigou Christine Mansilla

2

Journée I-tésé du 3 Juin 2010

Cycles hybridesThermochimie + électrolyse tension < électrolyse

alcaline

→ Electrolyse alcaline / Rendement ~ 30%(/électricité ~ 75-80%, rendement EPR ~1/3)

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 haute température Possibilité d’apport direct de chaleur (partiel)

Réduction tension

Cycles thermochimiquesBons rendements théoriquesEffets d’échelle intéressants

Idée : substituer à l’électricité de la chaleur (moins chère / meilleurs rendements)

Mais technique plus chère que reformage du CH4

3

Journée I-tésé du 3 Juin 2010

1/2O2+SO2 + H2O SO2+2H2O+I2 I2 + H2

2HIH2SO4

SO2

H2O2

H2O

I2

H2SO4H2SO4 + 2HI 2HI

Bunsen section not in HYTHEC

120°C

Heat up to 850°C Heat up to

360°C

Le cycle I_S (Iode Soufre)

ROMA TREROMA TREProjet 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

Réacteur Nucléaire

VHTR

600 MWth

4

Journée I-tésé du 3 Juin 2010

De l’importance des études systèmes

Réacteur Nucléaire

VHTR

600 MWth

Production d’électricité

Échangeurs

Pompes

Systèmes de sécurité

…..

procédé I_S

Chaleur

Électricité

H2

→ livrable spécifique du projet HYTHEC : “HYTHEC project / “Definition of the Efficiency of the Thermochemical Cycles – a HYTHEC Project Proposal”

H2O

O2

ρ ~ 37 %

ρ ~ 30 %

Procédé

Système

Quelle efficacité énergétique ?

Une question de « frontières »

Projet Européen HYTHEC 2004 - 2007

Chaleur

5

Journée I-tésé du 3 Juin 2010

→ surfaces d’échanges plus importantes → investissements plus élevés

→ moins d’apport externe d’énergie → meilleur rendement → coût de fonctionnement moins élevé

Réactions exothermiques

Energie à céder

Réactions endothermiques

Besoins énergétiques

Apport externe d’énergie

ER

Le rendement est-il le seul critère ?Cas des échanges de chaleur dans le procédé I_S

Procédé I_S : les ER de la section de production d’hydrogène représentent env. 50% du coût total d’investissement (dimensionnement HYTHEC)

Echangeurs récupérateurs (ER)

possibilité d’un optimum économique

ER plus efficaces

Dimensionnement des composants

6

Journée I-tésé du 3 Juin 2010

Schéma de procédé nominal

5,3 €/kg

Un coût minimum qui ne correspond pas au meilleur rendement

Un rendement « optimal » proche de 26 % (vs. 37 % procédé « isolé »)

H2 COSTS

0

1

2

3

4

5

6

7

8

400 450 500 550 600 650molH2/s

€/k

gH

2

Capital Investment

M&T

VHTR Power

Minimum cost @ 540 molH2/s, 4.2 €/kgH2

H2 COSTS

0

1

2

3

4

5

6

7

8

400 450 500 550 600 650molH2/s

€/k

gH

2

Capital Investment

M&T

VHTR Power

Minimum cost @ 540 molH2/s, 4.2 €/kgH2

Rendement

26%30%

31%

20%

Un optimum économique pour le cycle I_S

Pour une même quantité d’énergie primaire : produire plus, ou à moindre coût ?....

Importance des aspects coûts RN et U, à long terme

(projet HYTHEC / procédé couplé à un RN)

Schéma de procédé OPTIMAL

4,2 €/kg

Sulfur–Iodine plant for large scale hydrogen production by nuclear power – G. Cerri et al. – IJHE May 2010

7

Journée I-tésé du 3 Juin 2010

En bref …..

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

R&D sur procédé couplé à une source d’énergie

→ meilleure configuration d'ensemble → sensibilités et marges de manœuvre

8

Journée I-tésé du 3 Juin 2010

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

Journée I-tésé du 3 Juin 2010

THANK YOU

DANKE

GRAZIE

GRACIAS

MERCI

ROMA TREROMA TRE

The European CommissionCommunity Research

The European CommissionCommunity Research

www.hythec.org