Japon: Train à Pile à Combustible

[katamiaw]

Info par Wikipedia:

La compagnie ferroviaire JR East a annoncé qu'elle comptait lancer en 2007 son train à pile à combustible, le premier au monde à utiliser cette énergie. Ce train composé d'une seule voiture sera capable d'atteindre une vitesse de 100 km/h dans les régions montagneuses qui entourent Tokyo.

En savoir plus sur la pile à combustible.

AFP:

Japon: le premier train à pile à combustible sur les rails en 2007

05/04/2006

La compagnie ferroviaire japonaise JR East, qui couvre notamment la région de Tokyo, prévoit de mettre sur les rails en 2007 le premier train du monde mû par pile à combustible. JR East met actuellement la dernière main à son prototype de train mono-voiture à batterie à combustible capable de rouler à la vitesse de 100 kilomètres/heure, grâce à une batterie délivrant une puissance de 65 kilowatts. La compagnie prévoit de faire circuler ce premier "NE Train" ("train à nouvelles énergies") vers la mi-2007 sur des lignes régionales dans des zones montagneuses à l'ouest de Tokyo.

(AFP)

[Léman-Express]

C'est une bonne initiative çà ! :Smiley_27:

[Typiac]

C'est une bonne initiative çà !

Et une fois usagée, qu'est ce qu'on fait de cette pile?

[Léman-Express]

La durée de vie pour une voiture est de quelques milliers d'heures (lien). Pour un train je ne sais pas. Mais çà doit coûter super cher à changer okok

[Typiac]

La durée de vie pour une voiture est de quelques milliers d'heures (lien). Pour un train je ne sais pas. Mais çà doit coûter super cher à changer

Que ça coûte cher à changer n'est pas trop le problème. C'est plutôt de savoir qu'est ce qu'on en fait ensuite?

[Léman-Express]

c'est sûr que si c'est comme les déchets nucléaires qu'on ne sait pas quoi faire avec

çà fait un nouveau problème avec cette énergie mdrmdr

[Cheminant]

c'est sûr que si c'est comme les déchets nucléaires qu'on ne sait pas quoi faire avec

çà fait un nouveau problème avec cette énergie

Salut,

La question maintenant c'est: qu'elle est l'alternative énergétique réaliste (à court terme) pour préserver au mieux notre climat et notre atmosphère (concernant le climat, les spécialistes s'accordent pour dire qu'il est déjà trop tard, ce qui n'est pas un encouragement, au contraire)?

Pour réagir sur ce topic en lui même je trouve que c'est une très bonnes nouvelles, il nous faut des solutions...vite!

Modifié 17 avril 2006 par Cheminant

[BB4100]

Bonjour,

quelle bonne nouvelle, mais qui va produire l'hydrogène nécessaire?

Une pile à combustible fonctionne par la recombinaison de l'hydrogène avec l'oxygène pour former de l'eau. La recombinaison dégage beaucoup d'énergie qui est transformée en électricité. Mais il fait commencer par créer de l'hydrogène. L'Islande possède de l'hydrogène à l'état naturel, mais le Japon comment fera-t-il? S'il faut bruler plus de pétrole que pour faire avancer le train, je ne pense pas que l'effet produit soit celui escompté. Je pense qu'il vaudrait mieux développer les biogaz ou les batteries à haut rendements ainsi que le photovoltaïque ou l'éolien (ma spécialité).

Sylvain

[Invité ___]

Bonjour,

quelle bonne nouvelle, mais qui va produire l'hydrogène nécessaire?

Une pile à combustible fonctionne par la recombinaison de l'hydrogène avec l'oxygène pour former de l'eau. La recombinaison dégage beaucoup d'énergie qui est transformée en électricité. Mais il fait commencer par créer de l'hydrogène. L'Islande possède de l'hydrogène à l'état naturel, mais le Japon comment fera-t-il? S'il faut bruler plus de pétrole que pour faire avancer le train, je ne pense pas que l'effet produit soit celui escompté. Je pense qu'il vaudrait mieux développer les biogaz ou les batteries à haut rendements ainsi que le photovoltaïque ou l'éolien (ma spécialité).

Sylvain

Intéressante ta réponse et je n'avais pas pensé qu'il faudrait au départ beaucoup d'energie pour produire de l'hydrogène ce qui reduit l'interêt des piles à combustible. Domage !

Et que dire des batteries à haut rendements ?

Car la aussi il faut des usines pour les fabriquer donc de l'énergie et d'énormes quantités de produits chimiques qui tôt ou tard vont se retrouver dans la nature.

C'est curieux que les écolos n'aient pas reflechis à cette question eux qui pronnent la voiture propre éléctrique.

Et on les recharge avec quoi les batteries ?

Il ya en france 20 millions de voitures ce qui ferait 20 millions de batteries à fournir et à charger ,70 centrales nucléaires n'y suffirait pas !

Et les batteries usées on les jette ou ?

La biomasse ?

Pure utopie car il faudrait des quantités astronomiques de champs cultivés à haut rendement pour pouvoir se passer du pétole.

Sans parler des dégâts écologique que cela engendrerait à cause des fertilisants chimiques qui seraient utilisés en masse et de l'érosion des sols qui en resulterait.

Donc c'est le serpent qui se mort la queue !

Bien sur il reste les éoliennes mais ça ne marche que sur les regions tres peu peuplée (bruit, laideur) et surtout trés ventée.

A part le nucléaire je vois pas de solution pour les vingts prochaines années qui marqueront la fin du pétrole !

Modifié 18 avril 2006 par ___

[BB4100]

Et si on arretait de se déplacer pour un oui ou pour un non? Ou bien prendre le vélo pour acheter le pain ou aller au bureau. A tarbes, j'habitais à 10km de la fac, eh bien j'y allais tous les jours en vélo. J'ai fait 2000km en 6 mois: 2 pleins 1/2.

Sylvain

[Cheminant]

Bonjour,

quelle bonne nouvelle, mais qui va produire l'hydrogène nécessaire?

Une pile à combustible fonctionne par la recombinaison de l'hydrogène avec l'oxygène pour former de l'eau. La recombinaison dégage beaucoup d'énergie qui est transformée en électricité. Mais il fait commencer par créer de l'hydrogène. L'Islande possède de l'hydrogène à l'état naturel, mais le Japon comment fera-t-il? S'il faut bruler plus de pétrole que pour faire avancer le train, je ne pense pas que l'effet produit soit celui escompté. Je pense qu'il vaudrait mieux développer les biogaz ou les batteries à haut rendements ainsi que le photovoltaïque ou l'éolien (ma spécialité).

Sylvain

Salut,

J'ai reluqué également le lien de Kata sur la pile à combustible.

Oui, plus de fossile c'est pas la solution, effectivement, mais la recherche n'est pas épuisée sur le sujet et je doute que le Japon soit intéressé par une augmentation de leurs importations pétrolières...Pour les biogaz et le photovoltaique, c'est aussi une solution, en fait tout est le bien venu, y compris le vélo...(il n'y a d'ailleurs pas une mais un combiné de solutions sans exclusives...si vous voyez ce que je veux dire...)

Intéressante ta réponse et je n'avais pas pensé qu'il faudrait au départ beaucoup d'energie pour produire de l'hydrogène ce qui reduit l'interêt des piles à combustible. Domage !

Et que dire des batteries à haut rendements ?

Car la aussi il faut des usines pour les fabriquer donc de l'énergie et d'énormes quantités de produits chimiques qui tôt ou tard vont se retrouver dans la nature.

C'est curieux que les écolos n'aient pas reflechis à cette question eux qui pronnent la voiture propre éléctrique.

Et on les recharge avec quoi les batteries ?

Il ya en france 20 millions de voitures ce qui ferait 20 millions de batteries à fournir et à charger ,70 centrales nucléaires n'y suffirait pas !

Et les batteries usées on les jette ou ?

La biomasse ?

Pure utopie car il faudrait des quantités astronomiques de champs cultivés à haut rendement pour pouvoir se passer du pétole.

Sans parler des dégâts écologique que cela engendrerait à cause des fertilisants chimiques qui seraient utilisés en masse et de l'érosion des sols qui en resulterait.

Donc c'est le serpent qui se mort la queue !

Bien sur il reste les éoliennes mais ça ne marche que sur les regions tres peu peuplée (bruit, laideur) et surtout trés ventée.

A part le nucléaire je vois pas de solution pour les vingts prochaines années qui marqueront la fin du pétrole !

Des tramways partout, à Sim City celà fonctionnait très bien...désolé mdrmdr

[sncft]

1/ "Piles à combustible

Applications automobile

Les piles à combustibles sont présentées comme la solution à terme pour les transports. Plusieurs expériences sont entreprises dans le domaine de l’automobile. Les salons de l'automobile de Paris, Genève, Détroit… ont présenté de nombreux prototypes de véhicules fonctionnant à l'hydrogène : des voitures pour particuliers, des véhicules utilitaires et même un scooter. Les avantages de la pile à combustible consistent dans le haut rendement et l’absence de bruit

Cette technologie doit cependant relever de nombreux challenges tant techniques qu'économiques avant d'être commercialisée en grande série. Le coût de la pile elle-même, l'intégration du système dans un véhicule et le stockage d'hydrogène sont les points qui restent à surmonter.

Ci-après quelques exemples :

Daimler Chrysler

Daimler Chrysler travaille en collaboration avec Ballard et est la plus avancée dans ce domaine : en 1994, elle construisait son premier véhicule NECAR (New Electric Car) fonctionnant au méthanol puis à l'hydrogène. Parallèlement, Daimler Chrysler développa des bus et en 1997, elle présenta le NEBUS (New Electric Bus) fonctionnant à l'hydrogène. Ces bus ont été introduits dans plusieurs villes.

Actuellement Daimler Chrysler compte une centaine de véhicules en circulation, des bus à piles dans 9 villes (27 projets ). Le premier bus a été lancé à Madrid en mai 2003, d'autres sont apparus à Stuttgart, Hambourg, Barcelone, Pékin, Stockholm, Londres… D'autres véhicules circulent aux Etats-Unis et au Japon.

Peugeot (PSA)

Peugeot a développé plusieurs prototypes dont :

- en 2002 un véhicule pour pompier fonctionnant à l’hydrogène

- TaxiPac prototype de taxi développé sur la base d'un Peugeot Partner.

Le Groupe PSA prévoit une possibilité de production en série de voitures à pile à combustible à l'horizon 2020.

- PSA a inauguré en janvier 2006 un nouveau centre de recherche entièrement dédiée aux études sur les piles à combustible situé à Carrières-sous-Poissy et mobilise 190 millions d'euros en 2006 pour la recherche en matière de voitures propres, contre 80 à 85 millions en 2005 et 40 millions en 2002.

Néanmoins pour le président de PSA Jean-Martin Folz, les véhicules les moins polluants sont aujourd'hui ceux dotés d'un moteur Diesel avec un système de compression haute performance et un filtre à particules

General Motors/Opel

En 2002, GM a présenté le prototype Hy-Wire, où l'ensemble du système pile et hydrogène gazeux est stocké au niveau du plancher du véhicule.

En 2003 GM a présenté Hydrogen 3 mis au point dans le cadre du GAPC (Global Alternative Propulsion Center). Ce véhicule atteint une vitesse maximale de 160 km/h et stocke 4,6 kg d'hydrogène liquide. Ce véhicule a été testé au Japon dès 2003 ainsi qu'à Washington. Le nouveau prototype serait capable d'un démarrage à froid à moins -20°C en 15 secondes.

En 2004 GM a présenté la voiture Sequel où une pile à hydrogène de 73 KW est alimentée par trois bouteilles à gaz de H2 à 700 bar. Le Sequel offre une autonomie d'environ 480 Kms avec son plein d'hydrogène et passe de 0 à 96 km/h en moins de 10 secondes. GM envisage une production en série dès 2010

Toyota

Toyota a développé le FCH-V4 voiture cinq places et le bus FCHV-US1. Ces programmes ont été présentés pour la première fois en 2001. Ils comportent une pile à hydrogène de 90 KW et sont utilisés dans des Universités américaines (Davis et Irvine en Californie)

Honda

Le modèle FCX V4 de fabrication Honda est utilisé par la mairie de Los Angeles (USA). Ses réservoirs d’hydrogène comprimé à 350 bar, lui permettent une autonomie de 300 kilomètres"

2/ "LA TECHNOLOGIE DES PILES À COMBUSTIBLE (FUEL CELLS)

Les piles à combustible convertissent directement de l'énergie chimique en énergie électrique. Elles permettent de convertir sans bruit et sans combustion le gaz naturel, le méthane ou directement l'hydrogène en électricité sachant que l’hydrogène a un pouvoir énergétique triple du gaz oil. Le combustible est fourni en continu ce qui permet d’obtenir du courant électrique de façon continue.

L'un des intérêts de la pile à combustible est que les températures sont d'un plus faible niveau que dans les moteurs à combustion. Ceci permet entre autres d'éviter la formation des polluants NOx. Cette technologie minimise les émissions de gaz à effet de serre et permet le développement de moyens de transport et de systèmes de production d'énergie écologiques.

La pile à combustible est une technologie intégrée à une vaste gamme de produits : sous-marins, stations offshores, production d'électricité et de chaleur et produits grand-public : certaines voitures de Toyota, Ford, Daimler Chrysler, bus, téléphone portable, ordinateurs… et les trains. Des piles sont installées, par exemple en Allemagne, pour tester leur efficacité en applications résidentielles. Des fabricants d'ordinateurs ont montré les premiers portables avec pile à combustible dès 2004 et continuent en 2006. Mais le chemin reste long jusqu'à la percée des piles à combustible dans plusieurs applications.

Principe de la pile à combustible

Le principe de la pile à combustible est le suivant :

H2 + 1/2 O2 H2O+Chaleur+Energie électrique

Lors de la réaction l’hydrogène transfère des électrons vers l’oxygène. L’astuce de la pile est d’obliger les électrons qui passent d’un atome vers l’autre d’emprunter un circuit extérieur. De ce fait on peut générer un courant électrique utilisable avec dégagement uniquement de chaleur et d’eau.

Cette réaction s'opère au sein d'une cellule élémentaire composée de deux électrodes (cathode et anode) séparées par un électrolyte. L’hydrogène H2 est introduit sous forme gazeuse au niveau de l'anode. À son contact, en présence d'un catalyseur, les molécules d'hydrogène libèrent leurs électrons H2 > 2H+ + 2 e-. Ces électrons e- vont rejoindre la cathode à travers le circuit électrique et vont réagir avec l'oxygène grâce à l'action du catalyseur. Les protons H+ vont quant à eux migrer vers la cathode en traversant une membrane. La réaction d'oxydoréduction qui s'ensuit crée de l'eau (2H+ + 2 e- + 1/2 O2 > H2O).

L’hydrogène étant produit à partir du gaz naturel ou du méthane mais aussi à partir d'énergies renouvelables (éolienne, solaire, hydraulique, biomasse) ou du nucléaire.

La première cellule hydrogène-oxygène fut construite en 1839 par Sir William Grove en utilisant des électrodes de platine poreux et de l'acide sulfurique comme électrolyte. Puis les piles à combustible se sont développées avec les programmes spatiaux des années 1960 et c’est à partir du début des années 1990 que les préoccupations environnementales liées au développement de l'effet de serre ont relancé la recherche dans le domaine des piles à combustible.

A noter que l'efficacité des piles à combustible résulte du rendement très élevé du système pile pouvant atteindre 80% mais les électrodes sont recouvertes de platine et une pile de 70 kW, nécessite un peu plus de 400g de platine.

Technologies

Il existe essentiellement deux technologies de piles à combustible : les piles à membranes échangeuses de protons (PEMFC) et les piles à oxydes solides (SOFC), dont les applications sont complémentaires mais les contraintes différentes.

Expériences en cour

En France la société Hélion met sur le marché à partir de 2006 des piles à combustible pour le milieu anaérobie, en tant que générateur de secours, pour les bus et pour les voitures ferroviaires d’une puissance de 50KWe

La SNCF considère que les piles à combustibles conjuguent les avantages d’autonomie du Diesel à la propreté de l’électrique et procède actuellement à des essais sur un locotracteur d’une puissance de 200KWe de fabrication Hélion dont les résultats sont attendus dans 3 ans

Le chemin de fer japonais a réalisé en 2004 des essais d’utilisation des piles à combustible avec électrolyte polymère. Ces piles sont constituées de 4 blocks, chaque pile ayant une puissance de 7,5 KW soit 30 KW en totalité permettant une accélération de 1Km/h/s c’est à dire le tiers des performances nécessaires mais c’est suffisant pour atteindre une vitesse de 50 Km/h

En Amérique la Colombie Britannique est connue pour être l'un des centres mondiaux de la technologie des piles à combustible.

En 2002 une locomotive avec piles à combustible a été mise en service à la mine de Red Lake (Canada).

Des programmes de recherches sont aussi lancés par :

- Railpower Technologies Corp en association avec Alstom Transport Service,

- Southern Railway of British Columbia Limited et Transports Canada (Freight Sustainability Demonstration Program)

Aussi l’UIC a proposé au Conseil exécutif mondial un projet de recherche sur l’application de cette technologie au ferroviaire

Néanmoins il reste à travailler sur la taille de telles piles car le système de traction à piles reste actuellement trop lourd et encombrant par rapport à des moteurs thermiques et aussi il faut travailler sur les coûts.

Coûts

Outre le défi technique un défi économique est à surmonter avant l’utilisation massive des piles à combustible.

Une pile à combustible coûte actuellement 2.000 dollars US par kilowatt d’énergie produite ( le prix du platine est voisin de 17 Euro par gramme et ce prix est appelé à évoluer à la hausse en fonction de la demande). Il faudrait ramener ce coût à environ 100 $ US pour engager une production industrielle sachant que le coût des moteurs thermiques actuels est de l’ordre de 50 $ US par kilowatt.

Aussi pour la production d’hydrogène il faut diviser par dix le prix de revient qui est actuellement de l’ordre de 50 dollars par gigajoule pour que les installations utilisant les piles à combustible puissent être compétitives. Aussi l’hydrogène est un gaz très peu dense. Pour le stocker, il faut donc le comprimer jusqu’à 700 fois la pression atmosphérique ou le geler à -253° C.

Ainsi au coût des piles à combustible il faut ajouter le coût de production de l’hydrogène, le coût des installations d’acheminement, le coût des installations de cryogénisation et le coût de distribution.

Les chercheurs et utilisateurs considèrent que cette technologie sera économiquement intéressante dans une vingtaine d’années."

3/ "Les biocarburants

Les biocarburants (comprenant aussi les biofuel et biogas) appelé aussi carburants verts sont des carburants d’origine végétale. On les produit à partir de déchets végétaux ou de plants cultivés dans ce but.

Henry Ford disait en 1906 « Il y a de l'essence dans toute matière végétale qui peut être fermentée »

Les végétaux utilisés généralement sont la canne à sucre, les betteraves, le maïs, le blé, l'avoine, le tournesol, le colza, l'arachide, le jojoba, la noix de coco et peut être bientôt les figues de barbarie et des algues marines.

Les biocarburants peuvent être :

- liquide (huiles, alcools)

- gazeux (hydrogène, méthane )

- ou solide (bois, charbon, paille)

Les premiers prototypes de moteur Diesel inventé par Rudolf Diesel fonctionnaient à l’huile végétale en 1912

La France s'est fixée comme objectif, à travers le plan biocarburants mis en place en 2004, d'atteindre le taux de 5,75% d'incorporation des biocarburants dans les carburants en 2008, 7% en 2010 et 10% en 2015 (le taux d'incorporation actuel oscille entre 1% et 5%).

Biocarburant fabriqué à partir d’huile :

Les huiles de tournesol, de colza, de chanvre ou d'arachides sont utilisées pour les engins Diesel. En Allemagne, le biodiesel est produit à partir du colza. C'est un excellent biodiesel, avec un indice de cétane supérieur à celui du gas oil et une teneur en souffre très faible. Avec du colza, le rendement est de 1400 litres de biodiesel à l'hectare, mais dans les pays chauds, la plante la plus prometteuse est le jatropha curcas (appelé pignon d’inde et existe en Tunisie à Douz), qui permet de faire monter le rendement à 3000 litres à l'hectare.

Biocarburant fabriqué à partir d’alcool

Les biocarburants à partir d’alcools (éthanol, méthanol et butanol) sont utilisés comme additifs au gas oil ou à l’essence. Dans le domaine automobile, c'était le Brésil qui avait pris les devants dés les années 1970 en lançant un vaste programme de développement de l'éthanol à partir de la canne à sucre. Car utiliser l'éthanol n’est pas coûteux, n'est pas toxique et est biodégradable.

L’entreprise Bosch a développé un système d’alimentation (Bosch Flex Fuel) monté sur les Volkswagen, les Chevrolet, les Fiat et Peugeot circulant au Brésil ayant la faculté de rouler aussi bien à l'essence, qu'à l'alcool ou n'importe quel mélange des deux.

Au Brésil l’éthanol est fabriqué à partir de cannes à sucre, en Europe à partir de betteraves et à partir d’avoine aux USA.

Utilisation des biocarburants en chemin de fer

L’entreprise brésilienne Companhia Vale do Rio Doce a annoncé qu’elle va utiliser le fuel biologique au chemin de fer Victoria a Minas Railway après des tests satisfaisants sur 2 locomotives brûlant un mélange de diesel et de 20% de biocarburant.

Cette entreprise est le plus grand consommateur de diesel au Brésil et considère que le biocarburant est propre et c’est une source d’énergie renouvelable, dérivé du soja et du ricin

La Suède s’apprête à devenir le premier pays du monde à introduire un train de voyageurs fonctionnant exclusivement au biogaz. Mis au point par l’entreprise Svensk Biogas au prix de 1,08 million d’€ ( 1,7 million de Dinars ), cette automotrice de fabrication Fiat entrera en service fin 2006 et permettra de transporter 54 passagers le long de la côte orientale de la Suède, sur 115 Km entre Linköping et Västervik. Le train, qui peut parcourir environ 600 kilomètres avec un plein de carburant, affiche une vitesse de pointe de 130 kilomètres par heure avec 2 moteurs Volvo qui coûtent environ 16 000 DT et 11 réservoirs ayant la capacité suffisante pour les 600 Km d’exploitation.

Le biogaz s’obtient lorsque des bactéries, en l’absence d’oxygène, entraînent une décomposition de la matière organique, un processus connu sous le nom de digestion anaérobie

Le biogaz étant un mélange de méthane (de 50 à 80%) et de dioxyde de carbone, il s’agit d’un carburant renouvelable produit à partir du traitement de déchets."

4/ "Les technologies hybrides

Des locomotives hybrides utilisant deux ou plusieurs technologies telles que Diesel-gaz naturel -biogaz-piles à combustible sont développées

Test

La SNCF a lancé le projet LHyDIE (Locomotive Hybride de Démonstration et d’Investigation en Energétique) pour tester la traction hybride, faire des économies et protéger l’environnement. Ce test est réalisé sur une locomotive type 63000 dédiée au triage, en utilisant différentes combinaisons : moteur thermique et batteries, moteur thermique et volant d’inertie, pile à combustible et supercondensateurs

Turbine à gaz / Piles à combustible

L’entreprise américaine Railpower développe aussi des locomotives hybrides de ligne appelées CINGL (Compressed Integrated Naturel Gaz Locomotive) brevetées.

Ces locomotives sont destinées au transport de fret et fonctionnent au gaz naturel (combinant turbine et piles à combustible).

Cette entreprise a signé un accord avec Alstom pour monter des locomotives dont la première livraison est prévue en2006. "