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Install Magazine 950 – mai 2018

L’avènement de la pile à combustible ?

Viessmann commercialise un appareil destiné au marché résidentiel

Le principe d’une pile à combustible est connu depuis longtemps, mais jusqu’à présent, les applications pratiques sont restées plutôt limitées. Le spécialiste du chauffage Viessmann désire modifier cette donne. En collaboration avec le spécialiste japonais de l’électronique Panasonic, il a en effet développé un appareil destiné au marché résidentiel. Panasonic fournit la partie pile à combustible, qui est associée par Viessmann à une chaudière murale au gaz. Ce système permet d’approvisionner une habitation en chaleur et en électricité.

Fukushima comme catalyseur

Le principe d’une pile à combustible peut être décrit comme une électrolyse inversée. Si dans l’électrolyse, du courant électrique est utilisé pour scinder l’eau en hydrogène et en oxygène, une pile à combustible associe de son côté de l’hydrogène à de l’oxygène pour en faire de l’eau. Au cours de ce processus, de la chaleur et de l’électricité sont produites. Il s’agit d’un processus électrochimique, ce qui signifie qu’il n’y a pas de parties en mouvement, ce qui rend le fonctionnement particulièrement fiable. On note également l’absence de déchets nocifs : le résultat du processus est de l’eau.

Bien que le principe ait été découvert au 19^e siècle, les applications pratiques restent limitées, notamment parce que d’autres méthodes de production d’énergie, comme les combustibles fossiles ou les centrales nucléaires, ont pris le dessus. Avec l’intérêt croissant porté aux énergies propres, du changement est apparu. La rupture s’est produite avec la catastrophe de la centrale nucléaire de Fukushima. Le gouvernement japonais a alors décidé d’investir à grande échelle dans la technologie de la pile à combustible, considérée comme une alternative écologique. Des appareils ont été développés pour le marché résidentiel, et aujourd’hui, des dizaines de milliers d’entre eux ont déjà été placés. En quelques années, la pile à combustible est ainsi passée du statut de produit de niche à celui de système appliqué à l’échelle industrielle. Cela crée évidemment de nouvelles opportunités sur le marché.

Une utilisation intelligente du gaz naturel

Le fabricant de matériel de chauffage Viessmann a perçu le potentiel de cette technique et a entamé une collaboration avec le spécialiste japonais de l’électronique Panasonic. Le résultat est la Vitovalor 300-P, une combinaison d’un module de pile à combustible pour la charge de base et d’une chaudière murale au gaz pour les pics de consommation. L’appareil fonctionne au gaz naturel, qui est soit directement brûlé dans la chaudière, soir transformé en hydrogène à l’aide d’un reformeur dans le module de pile à combustible. Cela signifie que l’appareil n’est à l’heure actuelle pas totalement indépendant des combustibles fossiles. En revanche, le gaz naturel est converti efficacement en électricité et en chaleur, avec à la clé des émissions de CO₂ réduites de moitié par rapport à des techniques traditionnelles. Le système peut par ailleurs également fonctionner au gaz synthétique, ce qui lui permet de s’inscrire dans la perspective du Power to Gas.

Une production d’énergie stable

Étant donné qu’une pile à combustible n’est pas dépendante du soleil ou du vent, on résout également un des grands problèmes de la production d’électricité verte, à savoir les variations dans le temps. Les systèmes photovoltaïques sont par exemple limités par le fait que c’est au moment où la demande est la plus forte, qu’ils fournissent le moins d’énergie. Les utilisateurs doivent alors se rabattre sur des méthodes de stockage d’énergie ou recourir à des compteurs qui tournent en sens inverse. Dans le cas d’une pile à combustible, par contre, la production d’énergie (tant de chaleur que d’électricité) est constante.

Cela rend cette application intéressante pour l’approvisionnement énergétique du futur. Plus la part d’électricité verte augmente, plus le réseau de courant va en effet devoir gérer des variations de plus en plus importantes. Avec une pile à combustible, on ne doit pas se soucier des pics et des baisses dans la demande et l’offre ; on dispose d’une production propre sur base de gaz naturel, à un prix très avantageux.

Une solution pour la rénovation

Le module pile à combustible de la Vitovalor 300-P fournit 750 W électrique et environ 1.000 W thermique. Le module tourne en principe constamment, avec un temps de régénération d’environ deux heures par jour, de la sorte que la production totale d’électricité atteint 16,5 kWh par jour. Ce qui se révèle suffisant pour couvrir la consommation de base d’une famille. La chaleur est fournie à l’installation de chauffage ou utilisée pour produire de l’ECS. Au cours des périodes les plus froides ou en cas de pics de consommation, la chaudière peut prendre le relais. La majeure partie des besoins est toutefois couvert par la pile à combustible.

Il importe toutefois que la pile à combustible tourne suffisamment. La demande énergétique de base doit donc assez grande : ces appareils sont dès lors plus destinés aux grandes nouvelles constructions ou aux projets de rénovation. C’est essentiellement dans ce dernier segment que la Vitovalor est intéressante. Elle contribue à abaisser considérablement les émissions de CO₂ et exige moins d’adaptations à l’habitation que les panneaux photovoltaïques ou une PAC par exemple.

Démonstration en pratique

La Vitovalor 300-P a été présentée l’an passé au salon ISH de Francfort. Les expériences pratiques se sont révélées positives. Les anciennes générations de piles à combustible affichaient en effet une certaine perte de puissance avec le temps. Des mesures réalisées, il ressort toutefois que cet effet est négligeable avec la Vitovalor 300-P, de sorte que les utilisateurs peuvent compter sur un rendement stable. La durée de vie de l’appareil est estimée à environ 20 ans en raison du faible degré d’usure. Ceci est également confirmé par un vaste programme d’essai à l’échelle européenne : lorsque des problèmes apparaissent, ils ont rarement avoir avec la technique de pile à combustible proprement dite.

Pour le reste de l’installation, il n’y a pas de différence avec une chaudière à condensation usuelle. Tout doit être exécuté selon les règles de l’art. Dans le cas d’une chaudière traditionnelle, on peut encore fermer les yeux sur certaines imperfections ; avec une pile à combustible, la marge est plus ténue. La pression d’alimentation du gaz naturel doit ainsi rester constante afin d’assurer un bon fonctionnement du reformeur. Cela fait toutefois partie du b.a.-ba du professionnel en installation gaz.

Un potentiel commercial

Viessmann croit fermement dans le potentiel commercial de la pile à combustible. Pour commencer, il s’agit d’une solution compacte : l’installation complète occupe à peine 0,65m². Aucun composant supplémentaire n’est en outre nécessaire : ni forages, collecteurs, unités extérieures ou panneaux sur le toit. Surtout en rénovation, le coût d’investissement total rend ce système très attractif par rapport aux pompes à chaleur et/ou aux panneaux solaires. Enfin, la production d’électricité suit en majeure partie une trajectoire parallèle à celle du profil de consommation. En produisant une puissance relativement faible durant une longue période (on se base sur 5.000 heures de fonctionnement par an), la couverture de la consommation propre est excellente. À peine quelque 30% de la production est réinjecté dans le réseau. On évite ainsi les complications du tarif prosommateur. Une des exigences fondamentales tient dans le fait que l’habitation doit avoir une consommation électrique suffisante. Viessmann part d’une consommation annuelle minimale de 3.500 kWh, avec 4.000-4.500 kWh comme valeur optimale.

Un soutien européen

La technique peut aussi compter sur un soutien européen dans le cadre du projet PACE. L’objectif de ce dernier est le suivant : 2500 installations dans 11 pays sur 5 ans. La Belgique fait partie de ce projet. Une famille luxembourgeoise a ainsi pu recevoir une prime de 8.000 euros pour avoir troqué son ancienne chaudière au mazout contre un système de chauffage à pile à combustible.

Par Alex Baumans

Photos: Viessmann