L'hydrogène, le carburant du futur ?

Les voitures à hydrogène Ils ont été relégués au deuxième rang avec la prééminence des voitures hybrides, à essence et électriques. Pourtant, l'hydrogène pourrait être le carburant du futur, avec des avantages bien supérieurs aux véhicules électriques en termes de respect de l'environnement. Et c'est que les voitures électriques n'ont pas d'émissions, mais leurs batteries représentent un sérieux défi environnemental en raison de la production de lithium et de son recyclage et de la gestion des déchets. Pourtant, l'hydrogène est la poule aux œufs d'or, tous sont des avantages...

Qu'est-ce que l'hydrogène?

El hydrogène C'est un élément chimique du tableau périodique qui se caractérise par être le plus simple de tous, avec le numéro atomique 1. C'est un gaz très léger, il peut être stocké et il ne génère pas d'émissions polluantes par lui-même. Avec ces caractéristiques, c'est un candidat parfait pour une utilisation comme carburant. De plus, il est très abondant sur terre et peut être facilement produit par des procédés chimiques. Les énergies renouvelables peuvent même être utilisées pour produire ce type de gaz. Par conséquent, cela peut aussi être un moyen d'obtenir de l'énergie renouvelable.

types d'hydrogène

Il existe une nomenclature des couleurs qui classe l'hydrogène selon la manière dont il a été obtenu. Il est important de connaître le types d'hydrogène existantscomme:

Hydrogène gris : Ce type d'hydrogène est obtenu par reformage de combustibles fossiles, comme le gaz naturel. C'est l'hydrogène le moins cher à produire pour le moment, mais du CO2 est émis dans l'atmosphère pendant la production, ce n'est donc pas un moyen propre de l'obtenir. C'est le moins cher et le plus produit aujourd'hui.
hydrogène bleu: Il s'agit d'un autre type d'hydrogène obtenu à partir de combustibles fossiles, mais cette fois avec des techniques capables de capturer et de stocker les émissions de CO2 produites au cours du processus afin qu'elles ne soient pas rejetées dans l'atmosphère, de sorte qu'il a moins d'impact environnemental que gris. Bien sûr, les émissions lors de sa production ne sont pas complètement éliminées, mais elles sont réduites. Le prix de production de ce type d'hydrogène est intermédiaire.
Hydrogène vert: C'est le meilleur des trois, et on va beaucoup parler de lui. Cet hydrogène renouvelable est obtenu par électrolyse de l'eau, donc aucune pollution n'est générée au cours du processus. De plus, pour alimenter les systèmes d'électrolyse, cela se fait avec des énergies renouvelables telles que l'éolien ou le solaire, c'est donc un carburant durable et totalement propre. Cependant, il est actuellement produit en plus petites quantités que les deux précédents et est le plus cher.

L'enjeu est de remplacer tous les autres hydrogènes par de l'hydrogène vert, et ainsi obtenir le bon carburant.

Comment l'hydrogène est-il obtenu ?

L'hydrogène, comme nous l'avons vu dans la section précédente, peut être produit de différentes manières. Mais quelle que soit l'énergie impliquée dans son processus de production, regardons maintenant la manières d'obtenir ce gaz si abondant :

transformation moléculaire: Cette technique est réalisée à partir d'une série de réactions chimiques pour obtenir de l'hydrogène. Parmi les techniques les plus largement utilisées figure l'utilisation du gaz naturel extrait des champs pétrolifères. La vapeur à haute température est utilisée pour dissocier le carbone de l'hydrogène dont est fait le gaz naturel. C'est ainsi que l'on obtient le dihydrogène d'une part et le dioxyde de carbone d'autre part.
Gazéification: est une méthode qui réalise la gazéification avec de la vapeur d'eau et de l'oxygène pur à partir de charbon ou de biomasse. Dans un réacteur, le charbon ou la biomasse est brûlé à très haute température. Cette combustion dégage des gaz dont le monoxyde de carbone (CO) très toxique et le dihydrogène d'autre part.
électrolyse de l'eau: C'est la meilleure méthode des trois en terme de durabilité et aussi en terme d'abondance, puisque la majeure partie de la terre est constituée d'eau. Par conséquent, il pourrait être obtenu à partir de l'eau des mers et des océans. Pour cela, un réservoir d'eau est utilisé où les électrodes sont insérées. En appliquant un courant électrique continu, les molécules d'eau (H2O) sont séparées en oxygène (O2) et hydrogène (H2). Lorsque la source d'alimentation de cette électricité est une énergie renouvelable, comme le solaire ou l'éolien, cet hydrogène est dit vert.

Comment fonctionne un moteur à hydrogène (pile à combustible) ?

Quand on a besoin transformer l'hydrogène en énergie, l'hydrogène gazeux peut être stocké dans des réservoirs spécifiques d'où il est acheminé vers une pile à combustible. Là, il est à nouveau recombiné avec l'oxygène de l'air (comme cela se produit dans un moteur à combustion interne lorsque l'air pénètre dans le cylindre pour provoquer une combustion), ce qui produit une réaction énergétique et ainsi de l'énergie est obtenue. De cette façon, aucun gaz polluant de quelque nature que ce soit ne sera émis dans l'atmosphère, puisque le seul déchet généré par ce type de moteur est l'eau. La recombinaison de l'oxygène de l'air avec de l'hydrogène crée des molécules de H2O dans le processus. Une eau qui pourrait être utilisée à d'autres fins, notamment pour régénérer l'hydrogène par électrolyse.

Grâce à cette réaction entre l'hydrogène et l'oxygène dans votre pile à combustible, de l'électricité est générée pour déplacer le moteur électrique et conduire le véhicule. C'est-à-dire que les voitures à hydrogène sont essentiellement électriques, bien qu'elles ne tirent pas leur énergie d'une batterie au lithium ou d'un autre type polluant, ni d'un moteur hybride qui a également des émissions. Cependant, certains véhicules de ce type peuvent disposer d'une batterie pour stocker l'énergie non consommée pour une utilisation à un autre moment. Par exemple, lorsque la demande de puissance est élevée, toute l'énergie provenant de la pile à combustible est consommée, tandis que si elle est faible, une partie peut être détournée vers les moteurs électriques et une partie pour être stockée dans la batterie.

Beaucoup de ces véhicules ont également un frein régénératif, c'est-à-dire d'accumuler l'énergie électrique du freinage, contribuant ainsi à réduire la consommation d'hydrogène et à atteindre une meilleure autonomie. Et, comme je l'ai mentionné plus tôt, le seul déchet généré est l'eau, que vous expulserez par votre tuyau d'échappement.

En ce qui concerne composants d'un véhicule à pile à hydrogène, nous avons:

unité de contrôle de puissance: est un système qui contrôle de manière optimale la fourniture de puissance dans la pile à combustible, ainsi que la charge des batteries et l'utilisation de cette énergie électrique.
Moteur électrique: Il peut y en avoir un ou plusieurs. Il s'agit généralement d'un moteur synchrone à aimant permanent qui convertit l'électricité de la pile à combustible ou de la batterie en énergie pour propulser le véhicule.
convertisseur de tension de pile à combustible: est le système capable d'adapter l'électricité générée par la pile à hydrogène pour obtenir la tension adéquate pour les moteurs.
groupe pile à combustible: C'est le véritable cœur du système, le composant dans lequel l'énergie chimique provenant de l'alimentation en hydrogène des réservoirs et en oxygène de l'air est transformée en énergie électrique.
Batterie: la batterie est chargée de stocker l'énergie générée par la pile à combustible et celle récupérée à la décélération, ainsi que de renforcer la puissance de la pile à combustible lors des accélérations en cas de forte sollicitation.
réservoirs à haute pression: l'hydrogène doit être stocké en toute sécurité dans des réservoirs à haute pression. De plus, il y aura des soupapes de surpression, un avertissement en cas de fuite d'hydrogène et une structure à trois couches : une en polymère renforcé de fibre de verre, un polymère intermédiaire et la troisième en plastique renforcé de fibre de carbone. Tout pour résister à de très hautes pressions.

fonctionnement de la pile à combustible

Nous avons dit que le pile à combustible, ou Hydrogen Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV), est responsable de la production d'énergie électrique à partir de la réaction entre l'hydrogène et l'oxygène de l'air dans l'atmosphère. Eh bien, pour produire cette électricité, des réactions électrochimiques sont utilisées. Les piles à combustible utiliseront une anode et une cathode de chaque côté de l'électrolyte. Par exemple, de l'hydrogène est introduit dans l'anode et un catalyseur est utilisé pour générer des ions chargés positivement qui traversent l'électrolyte jusqu'à la cathode. Pendant ce temps, à la cathode, l'air est aspiré dans le système et se combine avec un catalyseur, des ions hydrogène et des électrons pour produire de la chaleur et de l'eau comme sous-produits. Cela induit un courant, générant de l'électricité.

Expérience de conduite d'un véhicule à hydrogène

En pratique, lors de la conduite d'un véhicule à hydrogène, l'expérience est presque identique à celle d'un véhicule électrique à batterie. Cependant, il existe de légères différences, dont beaucoup s'affineront avec le temps, lorsque la technologie progressera, comme elles l'ont également fait dans les voitures électriques, qui ont beaucoup changé depuis les premiers modèles présentés jusqu'aux modèles actuels, malgré le fait qu'ils soient relativement jeune. .

Le défi pour les ingénieurs automobiles est que les piles à hydrogène fonctionnent mieux avec une puissance constante. Cependant, les demandes de puissance d'un véhicule conventionnel lorsqu'il est emprunté sur différentes routes, telles que la ville ou l'autoroute, nécessitent des modifications de la puissance délivrée. Quelque chose sur lequel les ingénieurs travaillent pour fournir les meilleurs résultats possibles.

Par exemple, la Toyota Mirai, a un Puissance nominale de 90 kW (120 chevaux). Mais cela ne suffit pas pour l'accélération à grande vitesse sur autoroute, donc Toyota (comme d'autres fabricants de HFCV) ajoute une batterie haute tension de faible capacité, un peu comme celles utilisées dans les véhicules hybrides essence-électricité, pour aider à obtenir cette accélération et cette puissance supplémentaires lorsque exigé. De plus, cela ne signifie pas que des voitures très puissantes ne peuvent pas être fabriquées avec des piles à combustible, en fait, la supercar Hyperion XP-1 est une voiture à hydrogène qui peut accélérer de 0 à 100 km/h en 2.6 secondes environ et atteindre des vitesses de pointe de 356 km/h.

Avantages et inconvénients de l'hydrogène comme carburant

Enfin, il est important de souligner la avantages et les inconvénients qui doit utiliser l'hydrogène comme carburant pour les véhicules :

Avantages

Parmi les avantage De l'utilisation de l'hydrogène comme carburant, nous avons :

Zéro émission : les véhicules à hydrogène ne libèrent de l'eau que comme sous-produit. Par conséquent, vous contribuez à l'environnement.
Ravitaillement rapide: il ne vous faudra que quelques minutes pour faire le plein, puisque vous n'aurez qu'à remplir à nouveau les réservoirs d'hydrogène comme vous le feriez avec du diesel ou de l'essence. Rien à voir avec les électriques, qui doivent être branchées longtemps pour recharger complètement leur batterie. De plus, le coût moyen d'une voiture électrique est d'environ 8.5 € pour 100 km, similaire à ce qui est dépensé pour des carburants tels que le diesel ou l'essence. Au lieu de cela, l'hydrogène pourrait être moins cher.
Répond aux objectifs de l'UE: les objectifs fixés par l'UE pour réduire les émissions sont plus que atteints par les véhicules à hydrogène. Dans la proposition de l'UE pour 2030, il est prévu de réduire les émissions de gaz polluants de 35 %, et la voiture à hydrogène émet 0.
Entretien minimal : Ces moteurs électriques nécessitent un entretien minimal, simple et bon marché, tout en étant assez fiables. Par conséquent, vous n'aurez pas à investir autant que dans un véhicule à moteur à combustion à cet égard.
Silencieux: Ils sont tout aussi silencieux que les électriques, ils ne contribueront donc pas à la pollution sonore qui existe dans de nombreuses villes.
Une plus grande autonomie: les voitures à hydrogène ont une plus grande autonomie, ce qui est très important. Alors que les véhicules électriques offrent une autonomie de 300 km en moyenne, les véhicules à hydrogène peuvent atteindre plus du double. Ils pourraient même atteindre une autonomie de plus de 2000 km dans un futur proche.
Zéro émission: avec la vignette DGT Zero Emission, vous pouvez vous garer sans payer un centime dans les villes, vous pouvez donc avoir les mêmes avantages qu'avec les voitures électriques lorsque vous traversez des zones urbaines.
Résister aux températures extrêmes : Contrairement aux voitures 100 % électriques, les voitures à hydrogène peuvent fonctionner à des températures plus extrêmes. Cela ne sera guère perceptible dans les performances du véhicule ou dans son autonomie, ce qui arrive avec les véhicules électriques.

Inconvénients

Bien sûr, les véhicules à hydrogène ont aussi ses inconvénients, comme tout. Les plus importants sont :

Prix: Comme il ne s'agit pas d'une technologie aussi mature, les véhicules à hydrogène ont un prix plus élevé que les voitures conventionnelles ou les voitures électriques. C'est donc un détail à prendre en compte. Cependant, à long terme, vous pouvez économiser du carburant et de l'atelier, compte tenu de leur fiabilité. De plus, il faut dire que ces voitures auront tendance à baisser de prix au fil du temps, car la technologie pour créer des piles à combustible et aussi pour les réservoirs d'hydrogène mûrira davantage, ce qui doit être très sûr pour résister aux hautes pressions et éviter les fuites. lors d'accidents pouvant entraîner des explosions.
Quelques points pour faire le plein: Comme il s'agit actuellement d'une technologie de propulsion minoritaire, comme c'est le cas avec la voiture électrique, il n'y a pas beaucoup de points pour faire le plein. Cela devrait progressivement changer. En Espagne, par exemple, les sites se comptent sur les doigts d'une main, puisqu'il n'y a qu'environ 6 points à Séville, Albacete, Puertollano, Saragosse, Huesca et Barbastro. D'autres pays, comme l'Allemagne, ont déjà plus de véhicules de ce type et ont pour objectif d'atteindre jusqu'à 500 points de ravitaillement.
Peu de variété de modèles: Comme il ne s'agit pas d'une technologie aussi répandue, il existe actuellement peu de marques et de modèles parmi lesquels choisir, même si cela changera également au fil du temps et que les fabricants les produiront à plus grande échelle. De plus, le manque de points de ravitaillement ou de réseau hydrogène ne contribue pas à encourager la vente de ce type de véhicule. Cependant, vous avez déjà d'excellentes voitures à hydrogène comme la Toyota Mirai, la Hyundai Nexo, la Honda Fuel Cell Clarity, l'Hyperion XP-1, la BMW i Hydrogen NEXT, etc.
pas compacte: Compte tenu de la complexité des réservoirs d'hydrogène et de la pile à combustible, ces voitures ont tendance à avoir des dimensions plus importantes, donc si vous recherchez des utilitaires de petite taille, vous pouvez l'oublier. Au moins pour le moment, jusqu'à ce qu'un degré de compactage plus élevé soit atteint. Même dans certains cas, le coffre n'est généralement pas très spacieux, car d'autres composants mécaniques consomment une partie de son espace. En ce sens, ils sont similaires aux électriques.
Peligroso: L'hydrogène est très volatil et inflammable. Pour cette raison, les réservoirs d'hydrogène doivent être très résistants et sûrs, résister aux chocs, éviter les fuites avec des systèmes de sécurité supplémentaires et résister aux hautes pressions. Tout pour assurer la sécurité des conducteurs et des autres passagers. Cela conduit à un autre problème dérivé, qui est que la pile à combustible et les réservoirs ont généralement une durée de vie plus limitée, compte tenu des règles de sécurité. Actuellement, on estime que la limite d'un réservoir d'hydrogène est de 15 ans, date à laquelle il faudrait le remplacer par un neuf. Quant à la pile à combustible, certains constructeurs estiment qu'elle pourrait réduire sa puissance de 15 % après avoir parcouru environ 225.000 XNUMX km d'utilisation, même si petit à petit ils s'améliorent à cet égard.

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