BReCycle : vers un recyclage efficace des piles à combustible

Avec le développement de la mobilité électrique à hydrogène, incluant des véhicules imposants dotés de centrales d’une puissance de l’ordre du mégawatt, il est temps de se poser la question du recyclage des éléments spécifiques. C’est ce qu’ont décidé de faire 5 partenaires réunis autour du projet BReCycle.

PEMFC

Un nombre significatif de piles à combustible, en particulier les modèles à membrane d’échange de protons (PEMFC ou PEM), seront arrivées à la fin de leur vie en 2030. La présence de matériaux rares et coûteux, notamment au niveau du revêtement des électrodes, justifie déjà amplement la création de processus efficaces de recyclage. Ainsi pour le platine et le ruthénium.

En outre l’emploi des PAC H2 doit servir à amener la mobilité vers un horizon plus durable et respectueux de l’environnement, ce qui plaide pour un traitement particulièrement vertueux lorsque ces équipements seront HS. Or il n’existe actuellement aucun procédé de recyclage sur mesure pour les piles à combustible à l’échelle industrielle.

Recyclage pyrométallurgique pas adapté

Récupérer aujourd’hui des matériaux comme le platine et le ruthénium ne pose pas de problème sur le papier. On sait le faire avec le recyclage pyrométallurgique. Ce traitement thermique à haute température amène les composants à changer d’état, permettant la création d’alliages ainsi que des réactions d’oxydoréduction facilitant la séparation des métaux.

Le problème est que ce scénario appliqué aux PAC produit des composés fluorés hautement toxiques avec les membranes PEM. Sur une grande échelle, le procédé poserait des difficultés complexes à résoudre pour purifier ces gaz résiduels. Et aucun processus actuel efficace n’existe pour séparer et récupérer en amont ces membranes. Dernier inconvénient, l’acier et l’aluminium qui entrent dans la composition des PAC H2 seraient largement perdus au cours de l’opération.

Consortium

Voilà pourquoi un consortium allemand dirigé par l’institut de recherche Fraunhofer pour le recyclage des matériaux et les stratégies de ressources a été crée, embarquant 4 autres partenaires : Proton Motor Fuel Cell GmbH, Mairec Edelmetallgesellschaft mbH, Electrocycling GmbH, et Klein Anlagenbau AG.

Ensemble, ils s’investissent dans le projet BReCycle financé par le ministère fédéral des Affaires économiques et de l’Energie, dans le cadre du 7e programme de recherche « Innovations pour la transition énergétique ». Il s’agit de définir une nouvelle approche en circuit fermé et spécifique au recyclage des piles à combustible. Elle doit satisfaire à 3 exigences : parvenir à un haut degré de récupération des matières premières employées dans les PAC, être compatible avec les contraintes environnementales, être viable économiquement. En outre doit aussi être étudiée la présentation des matériaux obtenus par ce recyclage pour les employer à nouveaux et en faire commerce éventuellement.

Pré-démontage

Puisqu’il s’agit de récupérer un maximum de matières, une phase de pré-démontage sera intégrée aux divers processus auxquels seront soumises les piles hydrogène. La fragmentation électrohydraulique (EHF) sera ensuite utilisée pour une plus grande sélectivité des éléments. Les ensembles débarrassés des câbles et connexions électriques seront placés dans un réacteur rempli d’eau et de matériaux fragmentés.

Des ondes de choc produites par décharges électriques permettront, en particulier, de désolidariser la couche contenant du platine du plastique qui constitue son support. Au moyen de tamisage et filtration, différents matériaux transformés en poudres seront séparés. Les fractions métalliques seront traitées en utilisant les habituelles méthodes employées jusqu’ici. Le projet BReCycle inclut une utilisation beaucoup plus efficace des produits chimiques, en aval, se traduisant par des avantages écologiques et surtout économiques importants par rapport aux autres procédés.