chine : le programme « hydrogene et piles a combustible

Mémento de l’Hydrogène
FICHE 8.6
CHINE : LE PROGRAMME « HYDROGENE ET PILES A COMBUSTIBLE »
Sommaire
Généralités
1. Historique
2. Les programmes et objectifs
3. Aspects technologiques
4. Les acteurs publics
5. Les acteurs industriels
6. Les associations
7. Les applications « véhicules légers »
8. Les applications « bus »
9. Les stations « hydrogène »
10. Les applications stationnaires
11. Prospectives
12. Coopérations internationales
13. Normes et réglementations
14. Bibliographie
Généralités
Avec son milliard d’habitants, sa croissance très rapide et son mauvais bilan environnemental (six des
10 villes les plus polluées dans le monde sont chinoises) dû à une utilisation intensive du charbon, la
Chine a pris conscience, il y a déjà quelque temps, de la nécessité d’agir pour en combattre les
conséquences climatiques et énergétiques. Un certain nombre de programmes destinés au
développement des nouvelles technologies de l’énergie ont été mis en place par l’ Energy Research
Institute du NDRC (National Development and Reform Commission) dans le cadre de ses plans
quinquennaux successifs (c’est actuellement le 11ème qui couvre la période 2006 – 2010). L’un de ces
programmes concerne l’hydrogène et les piles à combustible.
Parmi toutes les applications possibles de l’hydrogène et des piles à combustible, les autorités
chinoises (via le MoST, Ministry of Science and Technology) ont décidé de mettre l’accent sur les
transports (individuels et collectifs). Ce secteur du transport représente actuellement 74% des
investissements « hydrogène et PAC » en Chine.
1. Historique
Tout comme aux USA, ce sont les développements de technologies spatiales qui ont conduit la Chine
à s’intéresser à la « pile à combustible » dès le début des années 70. C’est le Dalian Institute of
Chemical Physics (DICP) qui a initié les premiers travaux avec la pile alcaline (AFC) et la pile haute
température (SOFC). Mais c’est depuis le début des années 90 que la Chine a commencé à
s’intéresser à la R&D dans le domaine de la technologie PEMFC retenue pour les transports. Elle est
ensuite inscrite dans le 10ème Plan Quinquennal (2001 – 2005).
2. Les programmes et objectifs
Il existe trois programmes en Chine :
- Le plus important est celui engagé sur fonds publics via le MOST (Ministry of Science and
Technology) dans le cadre du programme baptisé « 863 – R&D Deployment of Energy Saving
& New Energy Vehicle » dans les plans quinquennaux et qui a débuté en 2001. Ce
programme 863 a été doté d’un financement d’environ 27 M$ sur les 3 années 2006, 2007 et
2008.
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Un projet international : le programme Demonstration for Fuel Cell Bus Commercialization qui
a été lancé, à Pékin, le 27 mars 2003 dans le cadre du UNDP-GEF-China Project (United
Nations Development Programme – Global Environment Facility in China).
Le National Hydrogen Energy Project 973, qui finance la R&D sur les piles à combustible et
qui finance essentiellement l’Institut Dalian.
L’évolution des programmes chinois est illustrée sur la figure ci-dessous
Fig. 1 – Evolution des programmes entre 2003 et 2010 (source IPHE 2009)
3. Aspects technologiques
La technologie retenue pour les applications « transport » est la technologie PEM (Proton Exchange
Membrane). Elle occupe environ 60 acteurs, publics et industriels, dont 60% sont concentrés autour
de Pékin et Shanghai. Les principaux acteurs que nous avons recensés apparaissent dans les § 4 et
5 ci-après. C’est une liste non exhaustive établie à partir des divers documents consultés.
Fig. 2 – Module PEMFC de 5 kW
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4. Les acteurs publics
a. Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) : il est le plus ancien sur les
développements de la technologie « pile à combustible » qu’il a initiés dans les
années 60 avec une pile alcaline. Depuis, des travaux ont été menés sur les autres
filières (PEMFC, MCFC et SOFC). Un département « Fuel Cell R&D » y a été créé en
1998 et qui emploie environ 50 personnes : il est centré sur les développements de la
PEMFC. Il travaille sur les plaques bipolaires, la membrane, les assemblages
membrane-électrodes et la charge en platine des électrodes (passée de 4-8 mg/cm²
en 1995 à 0,2 mg/cm² en 2000). C’est ce laboratoire qui a fourni, en 2003 à
l’Université de Tsinghua, le premier module de 75 kW qui a équipé un bus.
b. Tsinghua University : elle a réalisé un cart en 1999 (pile de 5 kW) et un minibus en
avril 2001 (pile de 18 kW et réservoir d’hydrogène sous 250 bars).
Elle est en charge de deux programmes-clés :
i. la recherche fondamentale sur la production d’hydrogène (en particulier à
partir d’éthanol), le stockage et le transport,
ii. l’intégration des piles à combustible dans les bus, en collaboration avec
Beijing LN Power Sources
c. Hong Kong University (HKUST) qui travaille sur les nanomatériaux carbone et le
stockage,
d. Tongji University qui a une activité comparable à celle de la Tsinghua University, mais
indépendante.
e. Institute of Automotive Engineering, Shanghai Jiao Tong University, China Automotive
Technology and Research Centre, qui développe l’ingénierie des blocs de traction,
f. L’Université de Technologie de Chine méridionale,
g. Des gouvernements de province : Hubei, Guangdong, …
5. Les acteurs industriels
h. Fuyuan Century Fuel Cell Power Co. Ltd, qui développe la technologie PEM,
i. Beijing Fu yuan Pioneer New Energy Material, filiale de la précédente, dont l’activité
est centrée sur la R&D et la production de composants pour la pile (carbone, plaques
bipolaires, membrane),
j. Shanghai Shen-Li High Tech Co. Ltd, fondé en 1998. Il emploie une trentaine de
personnes. Il développe les piles à combustible dans la gamme 10-50 kW pour de
nombreuses applications, dont des mini-bus,
k. Shanghai Automotive Industry Company (SAIC), qui fait de la R&D propre et qui
s’intéresse à l’intégration des piles dans les véhicules légers. Elle a des accords de
collaboration avec Volkswagen et General Motors.
l. Shanghai Fuel Cell Vehicle Powertrain Company,
m. Shanghai Sunwise Energy System Co. qui construit des stations-service
« hydrogène » en collaboration avec Tongji University,
n. Shanghai XinaoJiuhuan Vehicle Energy Co. qui a participé à la réalisation de la
station service de l’Expo 2010,
o. Dalian Sunrise Power Corporation (DSPC), créé par le DCIP et qui travaille sur le
développement et la commercialisation des piles à combustible, en collaboration avec
le Dalian Institute (DCIP),
p. Beijing Jinfeng Aerospace Development Company qui étudie et fabrique des
composants pour le stockage de l’hydrogène,
q. Beijing LN Power Sources qui participe à la démonstration de véhicules,
r. Beijing FEICHI Lu Neng Power Supply TechnologyCo., Ltd qui fabrique de
l’équipement de mesures pour les piles à combustible et des mini piles à combustible,
s. Dong Feng Motors Corp. qui a réalisé un minibus en avril 2001 (pile de 25 kW et
réservoir d’hydrogène sous 250 bars),
t. Pan Asia Automotive Technology qui a présenté un mini van en octobre 2001 (pile de
25 kW),
u. Beiqi Foton Motor Co. qui a développé les bus pour les Jeux de Pékin 2008.
v. Nanjing BINKI Industry Company, qui fabrique des membranes conductrices ioniques.
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6. Les associations
Il s’est créé une association nationale: China Association for Hydrogen Energy (CAHE) qui organise,
entre autres activités, des conférences en Chine sur le sujet.
7. Les applications « véhicules légers »
Le premier véhicule a été développé en 1998 par Fuyuan Century Fuel Cell Power Co. Ltd. Il
s’agissait d’un « golf cart » équipé d’une pile de 5 kW.
C’est dans le cadre du programme « 863 » que plusieurs générations de véhicules légers ont vu le
jour. Ce programme a été initié sur la base du véhicule Volkswagen Santana. Trois exemplaires de ce
modèle ont participé au Challenge Bibendum organisé à Paris en juin 2006 et y avaient été primés.
Ces véhicules légers sont conçus par une entité baptisée « The Start Team », pilotée par Tongji
University et SAIC. A partir de la fin 2006, les intégrations de piles se sont faites sur les bases de la
VW Passat rebaptisée « Passat Lingyu » (équipée d’une pile de 55 kW) et Rover rebaptisée
« Shanghai Fuel-Cell Car ». Seize exemplaires de la Passat Lingyu, qui étaient aux Jeux de Pékin en
2008, circulent aux USA (Californie), en 2009, dans le cadre du California Fuel Cell Partnership.
Fig. 3 – Prototype chinois en 2002
Fig. 4 – Prototype Start 3 MPV 2005
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Fig. 5 – La Passat Lingyu aux Jeux Olympiques de Pékin (2008)
L’Expo 2010 à Shanghai a été équipée de 90 voitures à pile à combustible (de divers types) et une
centaine de petits véhicules (transport visiteurs) à pile à combustible.
Fig. 6 – Les 100 voiturettes à pile à combustible de l’Expo 2010 à Shanghai
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8. Les applications « bus »
Contrairement au programme de développement des véhicules légers, le programme « bus »
comporte deux volets :
1. Le premier est soutenu par le programme 863.
2. Le second est le programme Demonstration for Fuel Cell Bus Commercialization qui a été
lancé, à Pékin, le 27 mars 2003 dans le cadre du UNDP-GEF-China Project (United Nations
Development Programme – Global Environment Facility in China).
Le programme 863
Il consiste à développer un bus hybride à pile à combustible avec l’Université de Tsinghua
Plusieurs générations de bus ont été développées depuis 2002 :
Fig. 7 – Générations de bus développés entre 2202 et 2005
Le programme Demonstration for Fuel Cell Bus Commercialization.
La phase 1 avait pour objectif, entre autres, de stimuler le développement de cette technologie en
Chine au travers d’un transfert de technologie et de pouvoir disposer, pour les Jeux Olympiques de
Pékin de 2008, de démonstrateurs en service opérationnel. Des experts du programme 863 y
participent. Elle a été marquée en mai 2004 par l’acquisition de 3 bus à pile à combustible Daimler
CITARO qui ont été livrés en novembre 2005 (voir figure 8). En mai 2006, un centre de maintenance
de ces bus a été mis en place à Pékin avec l’appui de Daimler et du canadien Ballard. En octobre
2007, fin de la démonstration, ces bus avaient parcouru 92 000 km en service public.
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Fig. 8 – Trois bus Daimler Citaro livrés en 2006
Une phase 2 a été lancée en novembre 2007 pour une durée de 2 ans. Deux bus ont couvert les Jeux
Olympiques de 2008. Ils étaient équipés d’une pile de 80 kW alimentée en hydrogène stocké à 200
bars avec une consommation de 8,5 kg/100 km. Six bus couvrent les transports dans le cadre de
l’Expo 2010 à Shanghai. Ils ont été fournis par SAIC : trois sont équipés d’une pile Ballard et les 3
autres de piles « maison ». Leur autonomie est de 220 km.
Fig. 9 – Les véhicules à pile à combustible aux Jeux Olympiques (Pékin – 2008)
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Fig. 10 – Un des six bus à pile à combustible de l’Expo 2010 à Shanghai
9. Les stations « hydrogène »
En 2004, le MOST (Ministry of Science and Technology) a décidé le lancement du projet « Beijing
Hydrogen Park » qui avait pour objectif de construire une station hydrogène pour alimenter une flotte
de bus du programme Demonstration for Fuel Cell Bus Commercialization. Ce projet a été mené en
collaboration avec les sociétés Beijing SinoHytec Ltd, BP et Beijing Tonglang Co. La station a été
ouverte en novembre 2006 et a alimenté les 3 bus du programme.
Par ailleurs, une autre station a été construite près de Shanghai pour l’Expo 2010, à Anting New
Town, pour alimenter les véhicules hydrogène qui y ont été mis en service. Elle a été construite dans
le cadre de la phase 2 du programme Demonstration for Fuel Cell Bus Commercialization. Elle fournit
de l’hydrogène sous 350 bars. Elle a été inaugurée en novembre 2007 et elle est alimentée par de
l’hydrogène sous-produit à proximité (dans la région de Shanghai, 4 industriels de la chimie fabriquent
de l’hydrogène comme sous-produit de leurs activités).
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Fig. 11 – La station d’Anting New Town (2007)
Par ailleurs, depuis 2004, Tongji University et Shanghai Sunwise Energy System Co. développent des
stations mobiles. L’une d’elles est installée à l’Expo 2010 à Shanghai et délivre de l’hydrogène sous
350 bars.
10. Les applications stationnaires
Jusqu’à une période récente, très peu d’informations circulaient sur ce type d’applications
apparemment peu développées jusque là. La plus récente et la plus significative a été transmise
début juin 2010 par l’Ambassade de France en Chine via le bulletin électronique d’informations ADIT,
selon lequel une centrale électrique de technologie PEMFC, fonctionnant en cogénération, venait
d’être installée par l'Université de Technologie de Chine méridionale sur le site universitaire de
Canton. Le communiqué ne précise pas la puissance installée (il évoque une surface de 2000 m²
occupée par cette centrale) mais informe que le coût de cette pile serait de l’ordre de 700 €/kW, soit
un coût très attractif, environ 10 fois moindre que celui de la même technologie développée par
ailleurs dans le monde.
11. Prospectives
La situation actuelle de développement de la technologie est encore loin de satisfaire les spécialistes.
La Chine s’est ainsi donnée des objectifs pour la prochaine phase qui devrait aboutir à la circulation
de plus de 1000 véhicules à pile à combustible d’ici 2020. Ils sont résumés dans la figure ci-dessous :
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12. Coopération Internationale
La Chine a mis en place une politique de coopération internationale. Elle a, par exemple, rejoint l’IPHE
(International Partnership for the Hydrogen Economy) dès 2003. D’autres collaborations ont été
ouvertes avec divers partenaires, comme les canadiens Hydrogenics et Ballard Power Systems, le
coréen Samsung (avec DICP), l’américain General Motors, l’allemand Volkswagen …
13. Normes et réglementations
Les normes et réglementations appliquées en Chine sont dictées par la SAC (Standardization
Administration of China) et promulguées par l’AQSIQ (General Administration of Quality Supervision,
Inspection and Quarantine of PRC). Elles s’appuient sur les textes publiés par l’ISO TC 197
(hydrogène), IEC/TC 105 (piles à combustible) et ISO/TC22/SC21 & IEC/TC69 (véhicules
électriques).
14. Bibliographie
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http://www.nrdc.org/air/energy/chinadocs/fcv.pdf
http://wwwa.vito.be/bioses/pdf/D2f_Hydrogen_Asia_Feb2006.pdf
http://www.iphe.net/partners/china.html
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