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Chauffage à pile à combustible: fonctionnement, conditions préalables et coûts

Thomas Bott

Des chargeurs mobiles pour smartphones aux propulsions pour bateaux ou camions: à l’avenir, les piles à combustible seront utilisées dans de plus en plus de domaines. Et il est possible de les utiliser, dès aujourd’hui, pour chauffer sa maison. Leur fonctionnement est un peu plus compliqué que celui d’autres systèmes de chauffage, et il faut également remplir certaines conditions préalables importantes pour que cette technologie en vaille la peine. Vous trouverez, ici, des informations très utiles sur les chauffages à pile à combustible.

L’hydrogène: la matière première de la pile à combustible

L’hydrogène, pour certaines personnes, rappelle souvent, pour certaines personnes, les cours de chimie à l’école. Ce gaz figure en première position du tableau périodique des éléments et porte le symbole «H». Il fait partie de nombreux composés chimiques, dont probablement le plus important pour la vie sur Terre: l’eau (H₂O).

L’hydrogène est même l’élément le plus abondant dans l’univers. Son potentiel en tant que source d’énergie est donc considéré comme immense. C’est précisément ce potentiel que la pile à combustible utilise. Aussi futuriste que la technologie des piles à combustible puisse paraître, le principe en lui-même a déjà près de 180 ans.

Fonctionnement: voici comment la pile à combustible produit de l’énergie

La pile à combustible dispose de deux électrodes: l’anode comme pôle négatif et la cathode comme pôle positif. Elles sont reliées par un fil. Entre elles se trouve un électrolyte à membrane solide. Un processus chimique est nécessaire pour qu’une pile à combustible puisse produire de l’énergie. Pour cela, de l’hydrogène est fourni à l’anode et de l’oxygène à la cathode. L’hydrogène est alors décomposé en protons chargés positivement et en électrons chargés négativement.

Ces électrons circulent de l’anode à la cathode en passant par le fil. De l’électricité utilisable circule. Une fois qu’ils ont atteint l’autre côté, les électrons se mêlent à l’oxygène. Pendant ce temps, les ions hydrogène chargés positivement migrent à travers la membrane vers le côté cathodique et s’associent également à l’oxygène. Cela donne «combustion froide» qui produit de l’eau chaude. C’est cette chaleur que le chauffage par pile à combustible utilise pour alimenter tout un bâtiment.

Schéma du fonctionnement d’une pile à combustible. Les électrodes circulent de l’anode à la cathode et génèrent ainsi de l’électricité. Pendant ce temps, les ions hydrogène positifs migrent à travers une membrane électrolytique vers l’oxygène, à présent enrichi d’électrodes, et s’associent à lui. Ce système permet de produire de la chaleur et de l’eau.

Pendant que l’électricité passe d’une électrode à l’autre, un processus chimique génère de la chaleur.

Planification et conditions préalables: ce qu’il faut prendre en considération

L’approvisionnement en oxygène n’est pas compliqué, l’air ambiant suffit. L’approvisionnement en hydrogène, par contre, est un peu plus délicat. Après tout, le gaz n’est pas disponible à tous les coins de rue. Pour le chauffage, il faut donc une matière première à partir de laquelle on peut produire de l’hydrogène. Vous avez donc besoin de gaz naturel. Il doit donc y avoir un raccordement au gaz naturel. S’il n’est pas encore installé, vous devez inclure cette étape dans votre planification. Dans le chauffage de la pile à combustible, un reformeur extrait l’hydrogène nécessaire du gaz naturel. Des gaz d’échappement sont alors produits pour lesquels une cheminée résistante à la chaleur de combustion est nécessaire. Cette infrastructure doit en effet être insensible à l’humidité et résister à la pression, à la suie et à la corrosion.

Le principe de la pile à combustible est semblable à celui de la cogénération. Le système produit simultanément de l’électricité et de la chaleur. Afin de garantir que cette dernière ne soit pas perdue en cas de faible demande et qu’elle soit rapidement disponible en cas de besoin, pensez à acheter un accumulateur tampon. Cela permet d’alimenter la maison en chaleur en fonction des besoins. Il n’est pas indispensable d’avoir un circuit de chauffage spécifique, car le chauffage à pile à combustible fonctionne avec la plupart des systèmes existants.

La chaleur produite n’étant généralement pas suffisante pour les mois d’hiver, le système de chauffage à pile à combustible doit être couplé à une chaudière à condensation au gaz. Celle-ci utilise le raccordement existant si nécessaire. Vous trouverez toutefois, déjà disponibles sur le marché, des systèmes hybrides qui combinent les deux dispositifs en un seul. Comme la pile à combustible est très silencieuse en termes de fonctionnement, elle peut également être installée dans un sous-sol habité.

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Le bilan écologique du chauffage à pile à combustible

La pile à combustible ne peut pas se passer entièrement des émissions de CO₂. Ce phénomène s’explique avant tout par la production de l’hydrogène nécessaire. Le processus à l’intérieur du reformeur produit le gaz à effet de serre, qui passe ensuite dans l’environnement par la cheminée. Dans l’ensemble, la quantité de CO₂ émise par la pile à combustible est cependant nettement inférieure à celle des autres systèmes de chauffage. Elle émet ainsi environ 70% de CO₂ en moins qu’un chauffage plus ancien basé uniquement sur des combustibles fossiles. Ce niveau d’émissions est également dû au rendement élevé du chauffage à pile à combustible.

À l’avenir, cette valeur devrait continuer à progresser. L’utilisation du biogaz pourrait par exemple entraîner une augmentation. Dans le cas d’un approvisionnement direct en hydrogène, le système serait même localement sans émission et pourrait même afficher un bilan neutre en CO₂. Les développements futurs dans ce secteur sont donc passionnants.

Coûts: le prix d’un chauffage à l’hydrogène

Le chauffage à pile à combustible entraîne des coûts d’acquisition élevés. En règle générale, selon le fabricant et vos besoins, vous devrez compter environ 40 000 francs. Il n’existe aucune subvention en Suisse, car le dispositif ne fonctionne pas avec des énergies renouvelables. C’est un avantage pour d’autres types de chauffage, comme la pompe à chaleur, pour laquelle il existe une subvention intéressante.

Par ailleurs, avec une pile à combustible, vous serez dépendant du prix du gaz. En cas de fluctuations, qui ne sont pas inhabituelles, les coûts d’exploitation du système de chauffage par pile à combustible augmentent également. Bien sûr, le rendement élevé et le principe de la cogénération atténuent légèrement cet inconvénient. Vous utilisez en effet le gaz pour produire en marge de la chaleur pour le chauffage, de l’électricité et de l’eau chaude.

Même sans subvention, la pile à combustible peut ainsi être amortie au bout de dix à vingt ans. De manière générale, plus vous consommez d’énergie, plus un système comme celui-ci est rentable rapidement. Certes, vous pouvez également vendre le surplus d’électricité au réseau public, mais la rémunération n’a guère d’impact sur la rentabilité. En termes d’entretien, le chauffage à pile à combustible coûte environ 500 francs par an.

Pile à combustible: aperçu des avantages et des inconvénients

  • Avantages
  • Inconvénients
  • Les piles à combustible fournissent à la fois de l’électricité, de la chaleur pour le chauffage et de l’eau chaude
  • Coûts d’acquisition élevés pour un nouveau chauffage à pile à combustible
  • Le rendement est élevé, le chauffage à pile à combustible est donc très efficace
  • Utilisation d’une matière première fossile (gaz naturel) et émissions de CO₂ associées
  • Remplacement idéal d’un ancien chauffage au gaz, les raccordements nécessaires étant déjà disponibles
  • Les fluctuations des prix du gaz impliquent un niveau d’incertitude plus élevé dans la planification des coûts
  • Le chauffage à pile à combustible fonctionne de façon très silencieuse
  • Pas de subvention publique en Suisse
  • Dans l’idéal, amortissement possible au bout d’environ dix ans
  • Bilan écologique nettement meilleur qu’un ancien chauffage au gaz, par exemple

Conclusion: une technologie récente qui a de l’avenir

Chauffage, électricité et eau chaude à partir d’un seul système: le chauffage à pile à combustible fournit tout ce dont vous avez besoin dans la maison. Le rendement élevé plaide clairement en faveur de cette technologie. Cependant, des possibilités d’amélioration restent envisageables, notamment en ce qui concerne la matière première utilisée, le gaz naturel. Il est difficile de faire une déclaration générale au sujet de la rentabilité. C’est avant tout votre comportement d’utilisation qui détermine si et quand la pile à combustible est rentable. Une entreprise spécialisée peut vous fournir un calcul plus précis à partir des données disponibles sur votre consommation de chauffage et d’électricité. Vous avez donc tout intérêt à vous faire conseiller individuellement.

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