Faisabilité technico-économique et environnementale de la production d'électricité à partir d'une pile à combustible à Oxyde Solide (SOFC) alimentée au biogaz – PILE-EAU-BIOGAZ

Le programme ANR H-PAC 2010 (extrait) « vise à contribuer au développement d’une filière industrielle française des piles à combustibles pour des applications stationnaires … » en attendant notamment quatre types de solutions techniques, à savoir « la mise en œuvre de matériaux innovants robustes et durables, …l’intégration des composants et des systèmes à coût compétitif pour les types d’applications visées, la conception et intégrations de systèmes incluant une gestion intelligente de l’énergie et l’évaluation de l’introduction de la filière hydrogène/pile dans la gestion de l’énergie électrique (co-génération, gestion des ENR et de la production décentralisée)».

Le projet proposé, PILE EAU BIOGAZ, s’insère parfaitement dans cette démarche en cherchant à démontrer l’intérêt que les piles à combustible à oxyde solide (SOFC), par leur rendement global et l’acceptabilité de combustibles variés issus de sources renouvelables comme le biogaz, présentent à l’heure des mesures du Grenelle de l’Environnement. En effet, les SOFC constituent un mode de production d’énergie très performant, permettant d’atteindre des rendements électriques élevés (>45%) bien supérieurs à ceux des turbines à gaz (15-25%) ou des groupes électrogènes (20-30%). De plus, les SOFC peuvent être alimentées avec divers types de combustibles autres que l’hydrogène, dont le gaz naturel (riche en CH4), mais aussi du biogaz (mélange CH4/CO2 principalement). Ce biogaz est un gisement intéressant d’énergie renouvelable car il est issu de la digestion anaérobie de biomasses. Lorsque la biomasse est un résidu (boues de stations d’épuration, fraction fermentescible des ordures ménagères ou les sous-produits agricoles), le bénéfice environnemental est encore plus grand. Cependant, l’exigence de pré-traitement du biogaz pour permettre une bonne performance de la pile SOFC est aujourd’hui méconnue.

Le présent projet de recherche industrielle propose donc de démontrer la faisabilité du couplage biogaz-pile SOFC et d’identifier le système de traitement de biogaz minimal pour une production décentralisée d’électricité et de chaleur en co-génération pour les applications stationnaires. Le livrable principal du projet sera le fonctionnement d’une SOFC sous biogaz sur site (i.e. station d’épuration et ISDND ) pendant quelques centaines d’heures. Ceci inclura les cahiers des charges nécessaires pour pallier la présence de certains composés minoritaires du biogaz, tels que le H2S, les composés halogénés et les silicés qui peuvent s’avérer particulièrement préjudiciables pour une utilisation en pile à combustible. Pour ce faire il faudra tester dans le cadre de ce projet des cellules commerciales ayant de nouveaux matériaux d’anode tolérants aux impuretés et des techniques d’épuration et de conditionnement du biogaz bien adaptées à une telle application et ainsi assurer la performance et la durabilité d’une SOFC opérée au biogaz.