Dernière modification 30/08/2020

Avantages et inconvénients de l'hydrogène

HYDROGèNE

8 commentaire(s)

Energie potentiellement candidate à la future propulsion de nos voitures, voyons dans cet article une synthèse des avantages et inconvénients de cette énergie.

Reste à savoir ce qu'ils incluent dans leur a"efficacité totale" ... Ici sur le stand Toyota présentant les entrailles de la Miraï

Avantages de l'hydrogène

L'hydrogène est un énergie physique stockable contrairement à l'électricité (qu'on peut certes "mettre" dans des batteries, mais qu'on ne peut extraire de manière physique ...)
L'hydrogène n'est pas une pollution même si il est très dangereux en raison de son inflammabilité importante, une batterie au lithium ne peut pas prétendre l'inverse
Ravitaillement rapide qui ne nuit pas à l'automobile (contrairement aux batteries lithium-ion qui sont dégradées en charge rapide)
Dispositif embarqué moins lourd qu'une batterie au lithium à capacités égales, environ 250 kg contre plus de 500 kg pour une voiture électrique à accumulateur équivalente (évoluera toutefois vers le bas)
Permet de stocker le surplus d'énergie produit par les centrales (elles tournent souvent pour rien), mais cela est aussi le cas des batteries au lithium (il est toutefois plus facile et écologique de distiller de l'eau et collecter l'hydrogène que d'installer des hangars géants de batteries comme le fait Tesla)
Aucune émission en utilisation (comme avec le lithium), rejet de vapeur d'eau uniquement (si bonne combustion dans la pile ...)
Pas d'impact du froid sur l'autonomie contrairement aux accumulateurs lithium

Inconvénients de l'hydrogène

Rendement très moyen de la pile à combustible, un peu moins de 50% contre 90% pour la batterie au lithium-ion. On perd donc 50% entre la pile et le moteur électrique de la capacité énergétique contenue dans l'hydrogène
Rendement très moyen de la chaîne énergétique, car on convertit ici le courant en matière, et on reconvertit par la suite cette matière en courant (beaucoup plus d'étapes et de transformations qu'avec le tout électrique au lithium), soit 25 à 30% de rendement pour l'hydrogène et environ 70% pour l'électrique
Voiture plus complexe, au lieu d'avoir une simple batterie, une électronique de puissance et u n moteur électrique (voitures électriques au lithium), on a un réservoir haute pression, des canalisations, une pile à combustible, une batterie tampon et une électronique de puissance. Niveau fiabilité c'est potentiellement moins bon
Encombrement de l'ensemble du dispositif hydrogène plus important qu'une batterie au lithium : pile à combustible, batterie tampon et réservoir d'hydrogène
Centre de gravité pas aussi bas que sur l'électrique, le dispositif ne pouvant pas être aussi plat qu'une banale batterie. L'intégration est donc aussi plus compliquée
Coût très important de la pile à combustible, avec la nécessité de platine (plus cher que l'or)
Aménagement des stations services (pour conversion vers l'hydrogène) bien plus lourd et coûteux que de simplement installer des bornes de recharge électriques
Sécurité : gaz très dangereux qui peut induire de fortes déflagrations en cas de souci ou fuite, le C4 n'a qu'à bien se tenir ! Sans omettre la pression très importante dans les réservoir qui constitue une autre force à juguler et maîtriser. C'est toutefois anecdotique car les normes de construction imposeront un dispositif quasiment indestructible (on sait faire)
Possibilité qu'on nous vende le carburant à prix d'or surtaxé, et c'est même plus que probable (voilà pourquoi l'Europe veut mettre le paquet sur cette techno ?)
Pas de possibilité de se ravitailler seul à la maison, en cas de pénurie dans les stations on est à l'arrêt ... Ce qui n'est pas le cas sur l'électrique à accumulateur

Les batteries seules d'une voiture électriques sont lourdes mais plus compactes que tout le dispositif de la voiture à hydrogène

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Par Doc (Date : 2022-08-04 02:04:28)

Rien, mais alors RIEN n'est étanche à l'hydrogène, même pas un réservoir de 5cm d'épaisseur en acier (on a essayé), et je ne vous parle pas du poids.

L'hydrogène est la plus petite molécule connue, avec une faible viscosité, c'est pourquoi il est sujet à des fuites

Sur une fusée Ariane, la perte, c'est 25% du réservoir PAR JOUR.
Certes, c'est en Guyane, et sur le pas de tir, mais c'est 25%.

Dans une voiture, c'est de l'ordre de 15% par jour, en clair, ça veut dire que le réservoir est vide (oui, VIDE) au bout d'une semaine.

Si en plus on prend en compte que l'hydrogène explose de 4% à 75% , que son flash point est de -270.8°C, que l'énergie suffisante pour déclencher une explosion c'est 0.017mJ (l'essence c'est 0.8)

l'hydrogène a une plage d'inflammabilité (limite inférieure et supérieure d'explosion) très large par rapport aux autres combustibles.

L'hydrogène possède la plus petite énergie d'allumage, bien inférieure à celle requise pour les autres combustibles courants. Cela signifie que de (toutes) petites étincelles peuvent facilement l'enflammer.

L'hydrogène a un contenu énergétique élevé en poids (densité) mais pas en volume, ce qui constitue un défi pour le stockage.

En clair, il faut des réservoirs énormes, lourds, à haute pression, qui ne peuvent QUE fuir, et se vident en une semaine maxi, avec gros risque d'explosion.
Comment dire...

Il y a 2 réaction(s) sur ce commentaire :

Par Fab i trois TOP CONTRIBUTEUR (2022-08-04 22:59:43) : Bonjour,

Et bien voilà, en deux coups de souris à clic, vous lui avez refait le portrait à ce brave hydrogène, c'est vrai que vu comme ça, il apparait plus que craignos le gaillard, pourtant y'a pire et moins courant comme gaz ou liquide industriel. Tenez, prenez donc un bon petit process frigorifique à l'ammoniaque...., risque de corrosion et d'explosion...., quant à en respirer..., oh là !!

Pour l'Hydrogène et son pote l'Acétylène (tous deux en catégorie G pour gaz, classé groupe IIC en ATEX le plus pire...), y'en a plusieurs milliers d'installations industrielles en France, pour le process de soudage de certains types d'acier en inertage pour l'hydrogène et en oxycoupage pour son camarade par exemple, et pas de "pet" contrairement au nitrate d'ammonium entre les catastrophe de Brest en 1947 et plus récemment celle de Toulouse en 2001, pour rester chez nous. J'ai du voir une fois dans ma vie, une conduite d'acétylène en mode "poireaux", ils avaient eu la bonne idée de modifier le circuit sans refaire une note de calcul....., pour tout vous dire même les silos de blé font plus parler d'eux, dont ceux du Blaye en Août 1997.

Pourtant l'Acétylène avec ses limites inférieures et supérieures d'explosivité (Lie/Lse) sur 2,2/80-100% et ses 305° de T° d'auto-inflammation n'a pas à pâlir devant l'Hydrogène (4,4/75% et 560°), mais voilà la légende de l'Hindenburg et la catastrophe du 6 mai 1937 est passée par là et puis il y a la réputation de "passe-muraille" de ce dihydrogène, hydrogène de son petit nom, pourtant bien moindre que ses 2 isotopes, le deutérium, et le fameux tritium qui nous fait bien "ièch grave" en retraitement de combustible nucléaire.

Donc coté stockage, oui c'est coton comme on dit, fabrication, usinage et assemblage "aux petits oignons" sont requis d'où des coups très élevés, heureusement pour le domaine du transport terrestre nous serons pas dans le cas d'un hydrogène liquéfié et à maintenir tel que, cas de notre fusée Ariane que vous citez, mais si l'on veut créer des gros stockages "sources", dans ce cas un process à 700 Bar ne sera pas forcément adapté. L'hydrogène liquéfié (densité 71kg/m3 à partir de moins 253°C) nécessitant une énergie considérable de l'ordre de 45 à 220 MJ par kg suivant configuration, et à maintenir à basse température pour rester sous cette forme, autant dire que cela coute bonbon, d'où plutôt un stockage gazeux à 700 bar souvent choisi, où on retombe à environ 22MJ/kg en énergie à fournir.

Plus en rapport avec notre usage terrestre on dira, la norme prévoit un niveau de fuite de 1 cm3 par litre et par heure en valeur de fuite maximale. Le CEA et les applications brevetées de l'Air Liquide arrivent depuis un moment à 20 fois moins sur du process à 700 bar (densité env. 40 kg/m3). Pour les stockages les différentes enveloppes choisies offrent un coef. de sécurité de 1,5 (en fixe) et 2,5 (en véhicule) en terme de chocs externes normalisés. Restera aussi le cas du stockage solide sous forme d'hydrure, en cours de développement, mais plutôt appliqué pour des usage en groupe mobile à vocation industrielle ou expérimentale sous forme de conteneur par exemple.

Comme vous le soulignez bien dans tous les cas, on aura à faire à du lourd, si on additionne à cela cette histoire d'anode et cathode en Platine sur les piles à combustibles dédiées au transport, il ne pourra y en avoir pour tout le monde, du moins pour l'instant compte tenu d'une production mondiale de Platine limitée à 190 tonnes. En clair, il faudrait mieux réserver cette énergie à des applications à usage collectif (transports, groupes électrogènes d'hôpitaux...etc), bien loin de ces offres actuelles de petits groupes à pile à combustible pour camping car.....

Vous remerciant de cet avis éclairé, au plaisir de vous lire

Cordialement
Par Fab i trois TOP CONTRIBUTEUR (2022-08-05 14:31:00) : Petit correctif.....😇,

Catastrophe..., prend un "s"
Pour les réservoir de H², "coups" doit se lire coûts....😁
Et pour le platine, les 190 tonnes sont à comprendre par année......,

Voilà, voilà.....🙃

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Suite des 8 commentaires :

Par Bern (Date : 2022-07-02 22:32:22)

Obtenir l'energie de 2H2+O2=2H2O sous forme électrique ; tb sauf avec mauvais rendement et très sophistiqué . Pour quelle raison précise ne pas utiliser directement l'énergie mécanique de l'explosion due à cette combustion ? Donc dans le simple moteur à explosion où on controlerait bien sûr les bons volumes de gaz et proportion et quantité. Ce serait tellement plus direct et donc plus simple .
Merci à celui ou celle qui a la réponse

Il y a 4 réaction(s) sur ce commentaire :

Par Fab i trois TOP CONTRIBUTEUR (2022-07-03 12:39:59) : Bonjour,

Oui tout à fait, il est étonnant que ce type de moteur ne soit pas mis en avant, surtout qu'il a direct un meilleur rendement et ne pose pas de souci structurel avec les matières utilisées tel le platine, en regard d'une pile à combustible.

Je sais que BMW ou Toyota par exemple ont mis au point des prototypes ou assimilables, probablement que la Chine bosse le sujet, mais voilà pour l'instant cela s'arrête là.

Au delà de l'aspect production polluant pour la méthode la plus utilisée actuellement pour avoir de l'hydrogène, l'aspect stockage et transport n'est pas une mince affaire, tandis que côté moteur les vitesses de combustion et pauvreté de mélange propre au h² amène vers des configurations différentes de moteur thermique, étonnamment un moteur wankel semblerait plus adapté.

Les décisions européennes pour 2035, laisse la porte ouverte à ce type de motorisation thermique non émettrice de gaz carbonique, c'est déjà ça, reste plus qu'à les mettre au point et produire proprement donc sans co², de quoi les abreuver

Pour l'heure, l'orientation est à la production d'hydrogène par électrolyse par de l'éolien, avec possibilité de stockage, 2 sites sont en cours en vallée de basse Seine, pour la France.

Bien à vous
Par Admin ADMINISTRATEUR DU SITE (2022-07-04 10:54:58) : J'ai pu lire que sur les petits moteurs le rendement est moins bon en utilisant des pistons ... C'est meilleur avec une pile à combustible.

Car dans le fond vous avez raison, bien plus simple et fiable de se limiter à un moteur thermique.
Par informix (2022-07-13 13:36:08) : En fait la raison est que les moteurs à piston sont compliqués à adapter à l’hydrogène, molécule qui a tendance à s’échapper des segments et ne présente pas une densité adaptée. La solution de l’utiliser liquide nécessite la cryogénisation, comme pour les fusées, mais gazeux cela reste compliqué même si certains disent le faire (comme certains posts le rappellent ici, mais à quel prix?). Dans une turbine c’est déjà plus simple mais peu adapté à l’automobile sauf à produire de l’électricité.

En fait, l’hydrogène c’est difficile à manipuler et à stocker et ses promoteurs mésestiment volontairement cette difficulté : C’est pour cela que ce gaz n’a pas connu aucun développement domestique. Même dans le spatial, la tendance est de l’abandonner (e.g.SpaceX).

Par ailleurs son rendement est vraiment pourri … pas sur le moteur lui-même mais sur l’ensemble de la chaine. Si on ajoute les rendements de production, transformation, ceux du stockage avec 40% de perte ...

Reste que ces inconvénients se minimisent sur les gros consommateurs (camion, train et surtout l'aviation qui pourrai avoir une filière au moins partiellement cryogénique) ayant besoin de grande autonomie relativement à leurs masses. Voilà pourquoi la voiture risque d’être servie en dernier voir pas du tout avec cette technologie.
Par Bern (2022-07-13 13:59:50) : Oui je pense que les difficultés principales sont dues au fait que la molécule H2 est là plus petite de toutes les molécules et qu'elle "fuit" facilement de l'intérieur d'un piston avec tous les dangers de créer une explosion extérieure catastrophique . Bref ça va coûter très cher de rouler dans tous les cas . Payons davantage nos chercheurs et rêvons beaucoup !