Etude comparative des résultats expérimentaux de reformage assisté par plasma

Dans ce paragraphe nous présentons les résultats expérimentaux de reformage assisté par plasma hors équilibre issus de la littérature et des expériences effectuées au cours de cette étude. Cette comparaison a été complexe à réaliser compte tenu des différents procédés, des conditions opératoires et des paramètres propres à chaque auteur. Nous rappelons que chaque équipe et chaque dispositif sont présentés dans le chapitre I.5. Cette étude s’est intéressée aux rendements et aux taux de conversion, ainsi qu’aux coûts énergétiques relatifs à la production d’une mole d’hydrogène56. Ce coût, exprimé en joules par mole, est un paramètre couramment utilisé dans la littérature, il est défini comme le ratio entre la puissance électrique du plasma, et la somme des débits d’hydrogène et de monoxyde de carbone produits.  L’ensemble des résultats relatifs aux rendements de conversion est représenté sur la figure [Fig.189]. Chaque valeur correspond à une donnée expérimentale issue d’une publication. Une publication pouvant donner lieu à plusieurs valeurs. Chaque carburant est représenté par une couleur distincte. On constate que les meilleurs rendements de conversion sont obtenus par les procédés à forte densité de puissance : arcs non thermiques ou plasma micro-ondes, et en couplant le système plasma à un système catalytique. Bien que le système développé dans le cadre de cette étude soit encore loin d’être optimisé, les résultats obtenus en terme de rendement de conversion sont extrêmement encourageants, et l’évolution par rapport aux travaux antérieurs [54] est tout à fait significative. [121122123124125126]Ch

Dans cette partie nous nous sommes intéressés de manière simplifiée à l’intégration du dispositif plasma dans un système embarqué global : reformeur plus pile à combustible. En particulier, cette étude prend en compte le rendement du dispositif de production d’électricité (pile à combustible) qui alimente la torche plasma. Fig.185 Les calculs thermodynamiques présentés précédemment ont montré que les rendements théoriques maximums des systèmes de reformage se situent aux environs de 80 %. Dans la suite, nous confrontons la valeur de 80 %, annoncée par le constructeur NUVERA [127], correspondant à un reformeur catalytique semi-industriel, par rapport aux valeurs obtenues avec le reformeur plasma dans son stade actuel de développement (environ 50 %). Les piles à combustible alimentées en hydrogène pur se caractérisent par des rendements élevés, supérieurs à 50 % . Dans le cas d’une pile alimentée en gaz de reformat le rendement est plus faible. Cette différence est due au fait que dans ce cas une partie de l’hydrogène n’est pas consommée dans la pile pour ne pas détériorer les électrodes. Le rapport entre l’hydrogène consommé et l’hydrogène en entrée de pile définit le taux d’utilisation. Le rendement réel correspond alors au produit du rendement de la pile alimentée en hydrogène pur par le taux d’utilisation.

Il est défini comme le rapport entre la puissance électrique nette et le pouvoir calorifique du carburant. C’est une fonction des différents rendements et de la puissance électrique prélevée pour la torche plasma. Cette puissance est formulée comme une fraction de la puissance calorifique du carburant. La figure [Fig.187] représente l’évolution du rendement total en fonction du pourcentage57 de puissance consommée par la torche dans le cas d’un reformeur catalytique, d’un reformeur plasma optimisé et du reformeur plasma dans son stade de développement actuel. On constate que dans le cas d’un dispositif plasma optimisé possédant un rendement de conversion de 80 %, la part d’énergie électrique prélevée pour l’alimentation de la torche plasma ne doit pas dépasser 10 % pour assurer un rendement global du système de l’ordre de 30 %. Le rendement du système total, du dispositif plasma dans son stade de développement actuel, serait d’environ 15 % pour une puissance électrique de torche d’environ 10 % du PCI. Dans le cas d’un système embarqué, l’énergie électrique fournie à la torche subit les rendements de tous les étages de conversion du système (reformeur, WGS, prox., Pile à combustible et source haute tension), ce qui se répercute directement sur le rendement global.