les programmes hydrogene et piles a combustible au japon
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les programmes hydrogene et piles a combustible au japon
Mémento de l’Hydrogène FICHE 8.5 LES PROGRAMMES HYDROGENE ET PILES A COMBUSTIBLE AU JAPON Sommaire 1. Historique 2. Le programme actuel 3. L’organisation des activités 4. Les domaines d’applications a. Applications « Transports » b. Applications résidentielles c. Autres applications 1 - Historique Les développements de l’hydrogène et des piles à combustible au Japon ont été initiés en parallèle. Les premières discussions portant sur l’utilisation de l’hydrogène comme vecteur d’énergie datent de 1973 avec la création de l’HESS (Hydrogen Energy Systems Society). En 1978 a été mis en place le Moonlight Project destiné au support de la R&D et dont l’un des six piliers était relatif aux efforts de commercialisation de la pile à combustible pour le transport. En 1993, a été mis en place le programme WE-NET (World Energy Network), partie du New Sunshine Project, qui avait pour objet le développement des énergies renouvelables et leur transport, via l’hydrogène, de leurs sites de production aux sites d’utilisation. La première phase, qui s’est achevée en 1998, a été centrée sur la R&D. Une seconde phase a démarré en 1999 et s’est achevée en 2002 : elle a vu, par exemple, l’inauguration des deux premières stations service hydrogène (pour les véhicules) en 2002, à Osaka et Takamatsu City. Ce projet a été arrêté en 2002 pour faire place, en 2003, au programme actuel (cf. §2) En 1999, a été mis en place le Policy Group for Fuel Cell Commercialisation dont les travaux ont abouti à des objectifs pour 2010 et 2011. En mars 2001, le Japon a organisé sa première conférence : Fuel Cell Commercialisation Conference. En mai 2002, une structure interministérielle a été mise en place : Official Taskforce of Ministries and Agencies concerned with practical applications of fuel cells. 2 - Le programme actuel Dans le cadre d’un programmation pluri-annuelle un nouveau programme a été mis en place en 2003, regroupant hydrogène et piles à combustible, prenant la suite de WE-NET. Son évolution sur les dernières années est détaillée sur la Figure 1. 1 Pour donner une idée de l’ampleur financière de ce programme , le tableau ci-après détaille les budgets des années fiscales 2009 et 2010 ; soit au total, 12 352 millions de Yens (environ 95 M€) pour 2010. 1 http://www.nedo.go.jp/kankobutsu/pamphlets/06nenryou/nenryou_e.pdf http://ec.europa.eu/research/fch/pdf/haruhisa_koguchi.pdf 1/6 Fiche 8.5 Révision : avril 2011 Source : AFHYPAC - Th. A. Fuel Cells (Million Yen) Project Term Strategic development of PEFC technologies for prectical 2005-2009 applications Budget 2009 6,699 2010 - Development on high performance and low cost fuel cell technologies 2010-2014 - Fuel cell cutting-edge scientific research 2008-2009 850 - Demonstration project of fuel cell vehicles and hydrogen fueling stations 2006-2010 988 870 Development of standards for 70MPa system for fuel cell vehicles and hydrogen filling stations 2006-2010 81 70 Development of system and elemental technologies on SOFC 2008-2012 1,200 Demonstration of residential SOFC 2007-2010 720 Support for venture business on FC commercialization 2007-2011 5,100 800 662 1,600 Hydrogen Technologies (Million Yen) Project Term 2009 Budget 2010 Development of technologies for hydrogen production, delivery and storage systems 2009-2014 1,360 1,350 Advanced fundamental research on hydrogen storage materials 2007-2011 1,000 900 Fundamental research project on advanced hydrogen science (Research on materials used in hydrogen) 2006-2012 1,125 1,000 Establishment of codes and standards for hydrogen economy society 2005-2009 900 - (Source: NEDO Homepage) 2/6 Fiche 8.5 Révision : avril 2011 Source : AFHYPAC - Th. A. Fig 1 - Le programme « Fuel Cell and Hydrogen Technologies» (Document NEDO 2010) 3 - L’organisation des activités Toutes ces activités sont pilotées et cofinancées par le NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization), défini comme « Incorporated Administrative Agency », lui-même dépendant du METI (Ministry of Economy, Trade and Industry) au travers du « Hydrogen & Fuel Cell Promotion Office ». Le NEDO est en charge de la promotion des grands projets nationaux (planning, évaluation, gestion). Il est une interface entre le METI, les industriels et le monde de la Recherche (Universités, Académies, Instituts …). Parmi ces grands projets, on trouve le projet « Energy », doté, en FY 2010, de 110,6 milliards ¥ (environ 815 M€). Les piles à combustible et l’hydrogène sont inclus dans ce projet. En juillet 2009, a été créée une association regroupant (13 membres) les compagnies privées fournisseurs et utilisateurs d’hydrogène : HySUT (Research Association of Hydrogen Supply/Utilization Technology). 4 - Les domaines d’applications Le Japon s’est lancé dans des applications dans tous les domaines : aériens (drones), terrestres, marins et sous-marins, mais c’est principalement les applications terrestres qui concentrent la plus grande partie des efforts. Plus précisément, deux secteurs sont privilégiés : les transports et le résidentiel. Ces applications se développent dans le cadre du programme JHFC (Japan Hydrogen & Fuel Cell Demonstration Project) dont la phase 2 s’achève à la fin de FY 2010. Pour plus de détails, voir le site : http://www.jhfc.jp/e/data/brochures.html a – Applications « Transports » Ces applications étaient les premières visées, dès le début des années 80. A la fin des années 90, tous les constructeurs japonais avaient présenté des prototypes de véhicules légers à pile à 3/6 Fiche 8.5 Révision : avril 2011 Source : AFHYPAC - Th. A. combustible alimentés en hydrogène (technologie PEMFC) : Toyota, Mazda, Honda, Nissan, Mitsubishi, Daihatsu et Suzuki. Au fil des années, plusieurs ont abandonné et seuls les trois grands (Toyota, Honda et Nissan) poursuivent ces développements. A noter que Mazda s’est tourné vers le véhicule léger à hydrogène, non à pile à combustible mais en version à moteur thermique rotatif. Aujourd’hui (début 2011), le développement a dépassé le stade du prototype pour amorcer la petite série : Honda annonce avoir lancé la fabrication d’une série de 200 exemplaires (FCX Clarity), Toyota, une centaine d’exemplaires (FCHV-adv), Nissan (X-Trail FCV) et Mazda (RX-8 Hydrogen RE), quelques dizaines d’exemplaires. Beaucoup de ces véhicules sont déjà en service hors des frontières du Japon ; ils ont des performances tout à fait comparables aux véhicules traditionnels, en particulier au niveau de l’autonomie : de 600 à 1100 km selon les modèles avec de l’hydrogène embarqué stocké sous 700 bars. Seul le prix les distingue à l’heure actuelle de leurs cousins à moteur thermique alimentés en combustibles fossiles, mais les constructeurs affirment pouvoir les mettre sur le marché à un prix comparable, dès 2015. Une douzaine de stations-service délivrent de l’hydrogène. Des fiches détaillées sur les activités de ces constructeurs sont accessibles sur ce site afh2.org (fiches 9.1.5/Toyota, 9.1.6/Nissan, 9.1.7/Honda et 9.1.8/Mazda) ainsi que dans les fiches thématiques du site Observ-H2. En dehors du secteur des véhicules légers, le transport public fait aussi l’objet de démonstrations depuis 2002, en particulier de la part de Toyota (voir fiche 9.2.2 du site afh2.org). Quelques dizaines d’exemplaires de la série actuelle FCHV-BUS2 ont été mis en service régulier, généralement comme navettes aéroport (Tokyo, Nagoya). Quatorze stations service étaient opérationnelles fin 2010. b – Applications résidentielles Un vaste programme de développement et de commercialisation de systèmes de cogénération (électricité – eau chaude) a été lancé dans le secteur résidentiel ; d’abord en technologie PEMFC et maintenant en technologie SOFC. b.1 – Technologie PEMFC – Programme ENE-FARM b.1 – Technologie PEMFC – Programme ENE-FARM ENE-FARM est une alliance de constructeurs gaziers japonais pour la commercialisation d’un système PEMFC. Ce système est issu du programme de recherche initié dans les années 2000, dont la phase de démonstration s’est déroulée de 2005 à 2008 sur plus de 3 000 systèmes (cf. Fig. 3). Elle a pour objectif le déploiement de piles à combustible assurant une production combinée d'électricité et de chaleur d’une puissance (cf. Fig. 4) de l’ordre de 800 We et de 1 kWth, alimentés en gaz naturel ou kérosène. Leurs performances (rendement global supérieur à 80%) conduisent à une amélioration de l’efficacité d’utilisation de ces combustibles (et donc d’abaissement de production de GES), de l’ordre de 30%. La phase commerciale a été lancée en 2009. Début 2011, il s’était écoulé plus de 10 000 exemplaires. Le coût actuel (2010) d’un tel système est voisin de 3,5 M¥ (de l’ordre de 27 000€). Selon les constructeurs, il devrait baisser d’un facteur 6 en 2015 quand sa fabrication sera réalisée à grande échelle. Plusieurs industriels se partagent le marché : ENEOS CELTECH, Tokyo Gas, Toshiba, Panasonic, Osaka Gas … Dans une version plus récente, ce système est couplé à une source photovoltaïque et à une batterie de stockage d’électricité (type Li-ion), ce qui simplifie, en particulier, le sous-système de gestion électrique et abaisse le coût global. 4/6 Fiche 8.5 Révision : avril 2011 Source : AFHYPAC - Th. A. Fig.2 – Le système ENE-FARM. La partie gauche renferme la production d’eau chaude et la partie droite renferme la pile à combustible Fig. 3 – Le programme ENE-FARM (document NEDO) 5/6 Fiche 8.5 Révision : avril 2011 Source : AFHYPAC - Th. A. Fig.4 – Le principe d’un système ENE-FARM (Document Osaka Gas) b.2 – Programme SOFC Des systèmes similaires, mais en technologie SOFC, sont en cours de développement et testés depuis 2009. Une première série de 50 appareils aura été testée avant fin 2011. Y sont associées, entre autres, des sociétés comme Toyota Motor Corp., Kyosera Corp et Aisin Seiki Co. A terme, le coût de cette technologie devrait être plus bas que celui de la technologie PEM, du fait de plusieurs simplifications comme : suppression du reformage (intégré à l’anode), allègement de l’échangeur de production d’eau chaude (calories disponibles à plus haute température), catalyseur non précieux. c – Autres applications D’autres applications des piles à combustible ont été mises en œuvre au Japon ou sont en cours de développement comme : - L’alimentation d’engins à 2 roues, - L’alimentation d’engins sous-marins (voir fiche 9.4.2), - L’alimentation de drones (voir fiche 9.4.3), - L’alimentation de locomotives (démonstrations en 2001 et 2006) 6/6 Fiche 8.5 Révision : avril 2011 Source : AFHYPAC - Th. A.