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
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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)
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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
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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.
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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)
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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)
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