Un partenariat international qui développe des solutions pour la récupération des matières premières indispensables à partir des technologies à hydrogène

Malgré les restrictions et les conséquences du Covid 19, l’équipe du projet Best4Hy (solutions durables pour le recyclage de piles à hydrogène à la fin de leur cycle de vie) a mené à bien les six premiers mois des activités de recherche. Le projet Best4Hy se concentre sur le développement et la vérification des procédés de recyclage existants et nouveaux pour les deux types de piles à combustible et les dispositifs à hydrogène: les piles à combustible à membrane à échange de protons (PEM FC) et les cellules à oxyde solide (SOC), comprenant à la fois les piles à combustible (SOFC) et les cellules d’électrolyse (SOEC).

Le projet a comme objectif d’adapter deux procédés de recyclage existants, déjà appliqués à d’autres technologies, et de valider un nouveau procédé de démontage des PEM FC. Une nouvelle technologie de recyclage pour les cellules à oxyde solide (SOC) sera également testée. Le matériel qui sera tiré des processus sera validé en termes de qualité et de performance, lorsqu’il sera utilisé dans de nouveaux composants et dans de nouvelles piles, de manière à démontrer l’efficacité globale du recyclage. Les fabricants de piles à combustible ont fixé des objectifs ambitieux en ce qui concerne la teneur en éléments recyclés de nouvelles piles/cellules, qui seront validés pour démontrer la faisabilité d’un cycle fermé à haute valeur. Des évaluations de l’impact environnemental et du rapport coût-bénéfice des technologies proposées seront également réalisées. Cela favorisera une utilisation plus efficace des matières premières, y compris des ressources indispensables, et contribuera à améliorer le traitement du cycle de fin de vie des technologies à hydrogène et à favoriser une approche économique circulaire au sein du secteur.

Au cours des six premiers mois, Hensel Recycling s’est concentré sur la validation des technologies existantes et nouvelles pour le recyclage des membranes à échange protonique (PEM). Les activités principales ont consisté dans le démontage manuel des piles avec l’enlèvement des couches, des joints et des électrodes CCM. Un démontage mécanique a également été effectué à l’aide d’un équipement spécial (broyeur à lames tournantes); cette machine est généralement utilisée pour broyer des matériaux métalliques et composites et est idéale pour réduire le volume et séparer facilement les fractions.

Toutefois, les produits récupérés n’ont pas donné pleine satisfaction, car dans les fractions des produits récupérées, l’encre et le papier carbone se contaminent mutuellement. En revanche, le processus manuel permet la séparation parfaite des pièces. Hensel Recycling se propose d’approfondir cet aspect et de continuer á explorer les possibilités d’un broyage et d’une séparation mécanique plus efficaces, en modifiant les conditions limites et en oeuvrant vers l’automatisation du processus de démontage.

Par ailleurs, le CEA a poursuivi ses travaux au moyen d’expériences basées sur la phase de vapeur pour séparer les différents composants des MEA. Grâce à ces expériences, CEA a pu valider les concepts de démontage également pour les MEA avec des joints en phase liquide à haute pression. Quelques modifications devront être apportées au banc d’essai pour faciliter le trajet préférentiel de la phase de vapeur à travers les couches de diffusion gazeuse (GDL).

Une évaluation du procédé à haute pression en phase vapeur est prévue pour les prochains mois, avec une possible validation du concept, en utilisant une pile complète de MEA.

Parallèlement, l’équipe du POLITO a travaillé à la sélection de technologies existantes pour la récupération de cellules à oxyde solide (SOC). Cette activité se concentre sur la récupération de composants pour piles à combustible dans le but d’obtenir des matériaux recyclés pour la production de nouvelles cellules. À l’heure actuelle, POLITO a commencé son activité de récupération sélective de Ni de Ni-YSZ composite et deux approches différentes ont déjà été identifiées à cet effet; la première repose sur la lixiviation par des solutions minérales acides (par ex. acide nitrique HNO3) et la deuxième qui implique l’utilisation d’EDTA comme agent chélateur et son éventuelle récupération par un processus d’acidification légère.

Outre l’évaluation de l’approche de récupération la plus efficace, la combinaison de la phase de récupération et du traitement hydrothérmique sera étudiée (nécessaire pour désagréger la composante anodique), afin de réduire au minimum le nombre d’opérations séquentielles pour la poursuite efficace du transfert du processus global du niveau de préparation technologique de TRL3 à TRL5.

Des procédés innovants pour la fin de vie des électrodes gazeuses LSC, basés sur la récupération sélective du lanthane (terre rare et métal précieux) et du cobalt (matière première indispensable) ont également été étudiés. En particulier, le principal résultat obtenu est la caractérisation des matériaux LSC provenant de piles à combustible en fin de vie et de nouvelles piles. La séparation mécanique et le broyage de la couche progressive des dispositifs LSC et des électrodes gazeuses sont en cours d’optimisation.

Entre temps, l’Université de Ljubljana travaille sur des tableaux d’inventaire pour les constructeurs et sur le développement de technologies de fin de vie, afin de recueillir des informations sur l’analyse du cycle de vie (ACV) et du coût du cycle de vie (LCC).

Envipark prépare la composition du Comité Consultatif. Les membres du Comité Consultatif confirmés pour le moment incluent les fournisseurs de matériaux pour les piles à combustible, les constructeurs de systèmes à hydrogène, les utilisateurs dans les secteurs automobile et naval, les recycleurs, les centres de recherches sur l’énergie et l’hydrogène et les établissement universitaires.

Les activités de communication et de diffusion relatives au projet sont en ligne sur le site www.best4Hy-project.eu et sur le canaux sociaux Linkedin et Twitter.

Le consortium international BEST4Hy est composé de partenaires internationaux et d’instituts de recherche: Environment Park SpA (Italie), CEA Liten (France), Politecnico di Torino (Italie), Hensel Recycling GmbH (Allemagne), Elringklinger AG (Allemagne), Aktsiaselts (Estonie), RINA Consulting SpA (Italie), Université de Ljubljana (Slovénie).

Le projet BEST4Hy (solutions durables pour le recyclage de technologies à hydrogène à la fin de leur cycle de vie) est financé par Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking dans le cadre du programme de recherche Horizon 2020 de l’Union européenne.

Contact

Anna Marchisio
a.marchisio@hensel-recycling.com
Hensel Recycling GmbH, Aschaffenburg, Germany

Sabina Fiorot, PhD
sabina.fiorot@envipark.com
Environment Park SpA, Torino, Italy