PEPR H2 - Hydrogène décarboné : projets ciblés

Le programme de recherche de France 2030 H2 s’inscrit dans le cadre de la stratégie nationale sur l’hydrogène décarboné. Il a pour vocation de soutenir des activités de R&D amont (TRL 1 à 4) en explorant des voies nouvelles pouvant conduire à des innovations de rupture, intéressant la stratégie mais également en support aux industriels de la filière. Il couvre les problématiques de production , stockage, transport de l’hydrogène décarboné et de son utilisation pour la mobilité lourde notamment.

7 projets ciblés et 1 Equipex + ont été retenus :

Dans le domaine de la production d’hydrogène :

Les projets retenus sont centrés sur la production d’hydrogène par électrolyse haute température de l’eau, conformément aux termes de la stratégie nationale hydrogène.

  • CELCER-EHT se penche sur la nature des matériaux et les procédés de mise en œuvre des cellules céramiques, cœur des réactions électrochimiques générant l’hydrogène, pour augmenter leurs performances et ralentir leur vieillissement tout en restant à coûts maîtrisés. Des cellules de taille industrielles (200 cm²) seront fabriquées et testées
     
    Objectif : démonstration de cellules céramiques présentant un taux de dégradation divisé par un facteur 5 par rapport à l’état de l’art (de 0.7 % / 1000 h) dans la plage 750-850 °C
     
  • PROTEC s’intéresse aux cellules céramiques fonctionnant à plus basse température (500-600 °C), permettant de lever les verrous liés à la très haute température. Cette technologie de cellules étant à une échelle TRL basse, les démonstrateurs prévus en fin de projet seront d’une taille « quasi-industrielle » (de l’ordre de la dizaine de cm²), qui permet d’extrapoler les propriétés obtenues à celles de la future cellule de taille industrielle.
     
    Objectif : démonstration de cellules céramiques présentant un taux de dégradation < 2% / 1000 h à 600 °C.

Dans le domaine du stockage et du transport de l’hydrogène :

Les projets retenus couvrent deux modes de stockage possibles : sous forme de gaz à très haute pression et sous forme solide dans des matériaux. La voie stockage en milieu liquide a été explorée dans le cadre de l’appel à projets.

  • SOLHYD s’intéresse au stockage stationnaire dans des milieux solides, qui présente des avantages majeurs en termes de compacité et de sécurité, en s’appuyant sur des outils numériques et le « machine learning », pour identifier les compositions les plus prometteuses.
     
    Objectif : disposer de nouveaux matériaux capables de stocker plus de 3 % massique et plus de 71 gH2/L volumique (performances supérieures à la densité de l’hydrogène liquide) sous des conditions de température et de pression modérées.
     
  • HYPERSTOCK est dédié au stockage et transport de l’hydrogène par voie gazeuse à haute pression. Il vise à référencer des matériaux métalliques et non-métalliques en environnement sévère soumis à l’hydrogène. La connaissance des propriétés de ces matériaux permettra de limiter l’empreinte carbone des réservoirs hyperbares.
     
    Objectif : identifier les matériaux capables d’entraîner une baisse de 20 % de l’empreinte carbone des réservoirs commercialisés aujourd’hui.

Dans le domaine de la conversion de l’hydrogène :

Trois projets ont été soutenus, tous sur les piles à combustible. Deux de ces projets s’intéressent aux piles à combustible à basse température de type PEM (Proton-Exchange Membrane) et le troisième aux piles à combustible réversibles à haute température.

  • PEMFC95 ambitionne de développer des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) capable de fonctionner à une température stabilisée de 95 °C contre 80 °C aujourd’hui. L’élévation de température permettra d’alimenter la PEMFC en hydrogène moins pur mais sans baisse de performances. Un gain de puissance et une diminution de coût sont également attendus.
     
    Objectif : démonstration d’une monocellule de 25 cm² puis d’un mini-stack, fonctionnant dans des conditions opératoires compatibles de type « European automotive conditions ».
     
  • DURASYS-PAC se concentre sur l’amélioration de la durabilité des piles à combustible (PAC) basse température, en identifiant les conditions de fonctionnement dégradantes pour la cellule et le stack (tolérance aux défauts, aux cyclages et au démarrage à froid) et en proposant des stratégies pour les éviter. Des protocoles fiables de vieillissement accélérés seront développés à l’échelle du stack et du système.
     
    Objectif : des PAC basse température avec un démarrage en moins de 30 secondes sous une température de -30 °C, et une durabilité supérieure à 24 000 h pour la mobilité lourde.
     
  • FLEXISOC vise à explorer la flexibilité des cellules céramiques des piles à combustible haute température vis-à-vis du combustible utilisé comme par exemple des mélanges gazeux, voire des liquides. Les investigations se déclineront à l’échelle des matériaux, des cellules, des stacks, jusqu'aux systèmes.
     
    Objectif : un démonstrateur de pile à combustible fonctionnant à 600 °C et présentant une tolérance au sulfure d’hydrogène (combustible de la PAC) multipliée par un facteur 5 par rapport à l’existant, tout en présentant des performances de rendements électrique et thermique comparables à celles obtenues aujourd’hui à 800 °C.

L’équipement d’excellence DurabilitHY :

L’EquipEX+ DurabilitHy vise à doter la recherche académique de moyens d’essais très performants pour l’étude de la durabilité des technologies hydrogène-énergie, avec un focus sur les piles à combustible et les électrolyseurs de forte puissance de type PEM (Proton Exchange Membrane) en conditions opératoires représentatives des applications visées : stationnaire (dont micro-réseaux intelligents), embarqué terrestre (véhicules légers, lourds, trains...) et aéronautique. 

 

Présentation du PEPR

Mis à jour le 03 mai 2023
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