Comment fonctionne le chauffage par pile à combustible

Comment fonctionne le chauffage par pile à combustible

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Comment fonctionne un chauffage à pile à combustible ?

Le chauffage par pile à combustible fonctionne différemment du chauffage conventionnel au fioul ou au gaz grâce à une combustion dite à froid. Il s’agit d’un processus chimique qui génère de l’énergie de manière particulièrement efficace.

Grâce à ce processus de génération, un très haut niveau d’efficacité est atteint et les émissions de dioxyde de carbone sont considérablement réduites. C’est pourquoi la technologie est considérée comme tournée vers l’avenir, bien qu’elle ait jusqu’à présent principalement utilisé une énergie fossile, le gaz.

Composants d'un système de chauffage à pile à combustible
Composants d’un système de chauffage à pile à combustible
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La combustion à froid fournit de l’énergie

Le chauffage par pile à combustible utilise le principe bien connu de la production combinée de chaleur et d’électricité, qui produit de la chaleur et de l’électricité. Pour cela, le processus électrochimique de combustion à froid est utilisé, dans lequel l’hydrogène et l’oxygène réagissent l’un avec l’autre. L’hydrogène est obtenu à partir de gaz naturel puis introduit dans la pile à combustible.

À l’intérieur de la pile à combustible, il y a deux électrodes à cet effet, qui sont séparées l’une de l’autre par une membrane à perméabilité conditionnelle. Lorsque les molécules d’hydrogène frappent l’électrode chargée positivement, également appelée anode, elles sont séparées en électrons négatifs et en ions hydrogène positifs.

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Les électrons négatifs migrent vers l’anode via un conducteur électrique et le courant circule. Les ions hydrogène, quant à eux, diffusent à travers la membrane semi-perméable en direction de l’électrode chargée négativement, également appelée cathode, et s’y combinent avec l’oxygène de l’air pour former de l’eau. Cette combinaison d’ions hydrogène et d’oxygène est appelée combustion à froid. Cette réaction génère également de la chaleur, qui peut être dissipée et utilisée pour le chauffage et la préparation d’eau chaude.

Expliqué : La combustion à froid dans la pile à combustible
Expliqué : La combustion à froid dans la pile à combustible
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Le chauffage par pile à combustible se compose de plusieurs piles à combustible

Les piles à combustible individuelles ne produisent pas assez d’énergie pour le chauffage. Pour cette raison, le réchauffeur de pile à combustible se compose de plusieurs piles à combustible connectées pour former des empilements, les soi-disant empilements, qui à leur tour sont connectés en série. Cette disposition additionne les valeurs de tension et fournit suffisamment d’énergie pour le chauffage.

Structure d'un système de chauffage à pile à combustible
Structure d’un système de chauffage à pile à combustible

Différents types de piles à combustible

Les types de piles à combustible diffèrent par leur structure et leur fonction. Une distinction fondamentale est faite entre les piles à combustible à haute et à basse température en fonction de leur température de fonctionnement.

Dans les piles à combustible à haute température, la combustion à froid a lieu à des températures de fonctionnement de 550 à 1 100 degrés Celsius. Il faut un certain temps pour que cette température soit atteinte. Après cela, les piles à combustible fonctionnent également de manière fiable avec de l’hydrogène impur. Cela signifie que l’hydrogène ne peut être obtenu qu’à partir du gaz naturel via le catalyseur de l’électrode. Un reformeur externe supplémentaire, qui à son tour est coûteux et énergivore, n’est pas nécessaire dans la pile à combustible.

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Il existe deux types de piles à combustible
Il existe deux types de piles à combustible

Dans le cas des piles à combustible à basse température, la température de fonctionnement à laquelle la combustion à froid a lieu est inférieure à 100 degrés Celsius. Ces températures sont atteintes rapidement, c’est pourquoi la pile à combustible basse température convient également aux applications dans lesquelles l’énergie doit être disponible à court terme, comme dans les voitures à hydrogène. Cependant, les matériaux utilisés dans ce type de pile à combustible sont très sensibles et ne fonctionnent qu’avec de l’hydrogène le plus pur possible. Un reformeur supplémentaire est utilisé.

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Quand les piles à combustible fonctionnent-elles efficacement ?

Pour que les piles à combustible fonctionnent correctement et efficacement, il est important que l’électricité et la chaleur générées soient également utilisées de manière judicieuse. C’est la seule façon de produire à nouveau efficacement de l’énergie nouvelle. Au mieux, l’électricité elle-même est consommée dans la maison. En cas de production excessive, l’électricité inutilisée peut être injectée dans le réseau public. La chaleur générée est utilisée pour le chauffage et la préparation d’eau chaude et, si nécessaire, temporairement stockée.

La pile à combustible produit de l’électricité et de la chaleur dans des proportions à peu près égales. Elle génère ainsi plus d’électricité que, par exemple, une centrale de production combinée de chaleur et d’électricité. Un système de chauffage à pile à combustible est donc utile partout où une grande quantité d’électricité est nécessaire.

Chauffage régénératif © zolwik, stock.adobe.com