Conduire un véhicule à hydrogène (pile à combustible)

 

Une autre alternative pour le fonctionnement des véhicules électriques, la solution hydrogène, a longtemps été étudiée par les Allemands et les Japonais. L'Europe, que Tesla juge instable, décide néanmoins de mettre un paquet sur cette technologie (à l'échelle mondiale, pas dans le seul but de propulser des voitures). Voyons donc comment fonctionne la voiture à hydrogène, qui n'est donc qu'une variante de la voiture électrique.

Voir aussi:

• Une voiture à hydrogène est-elle viable ?
• Quels sont les avantages et les inconvénients d'une pile à combustible

Plusieurs types de voitures à hydrogène

Alors que la technologie actuelle concerne les voitures qui utilisent des piles à combustible pour alimenter leurs moteurs électriques, l'hydrogène peut également être utilisé dans les véhicules à combustion interne alternatifs. C'est en effet un gaz qui peut être utilisé au même titre que le GPL et le GNC déjà utilisés dans nos véhicules. Cependant, cette idée a été abandonnée, le moteur à pistons est vraiment plus dans l'air du temps...

Voici une Toyota Mirai à hydrogène. Il est vendu aux USA, il ne l'est pas en France, car il n'y a pas de point de distribution d'hydrogène là-bas... Ayant été en retard avec les bornes électriques, nous sommes déjà à la traîne en hydrogène !

le principe de fonctionnement

Si nous devions résumer le système en une phrase, je dirais queэто moteur électrique qui marche avec le carburant non polluant (en fonctionnement, pas en production). Au lieu de charger la batterie avec une prise et donc de l'électricité, on la remplit de liquide. C'est pourquoi nous appelons le système de pile à combustible (c'est

accumuler

qui fonctionne avec du carburant qui

consommé

et

disparaît du réservoir

). En fait, la seule différence avec un moteur électrique est le stockage de l'énergie, ici sous forme liquide et non chimique.

Il faut donc noter que la batterie se décharge, contrairement à une batterie au lithium ou même au plomb (voir les liens pour savoir comment ils fonctionnent).

Carte des processus

Hydrogène = hybride ?

Presque... En effet, ils disposent systématiquement d'une batterie lithium supplémentaire, dont j'expliquerai l'utilité plus bas. Par conséquent, il est possible de fonctionner uniquement à l'hydrogène, en utilisant uniquement une batterie classique, voire les deux à la fois.

Composants

Réservoir d'hydrogène

Nous avons un réservoir pouvant stocker 5 à 10 kg d'hydrogène, sachant que chaque kilogramme contient 33.3 kWh d'énergie (contre 35 à 100 kWh pour les véhicules électriques). Le réservoir est spécialement conçu et robuste pour résister à une pression interne de 350 à 700 bar.

Pile à combustible

La pile à combustible alimentera le moteur électrique de la voiture, tout comme une batterie au lithium conventionnelle. Cependant, il a besoin de carburant, à savoir de l'hydrogène du réservoir. Il est fait de platine très cher, mais dans les versions les plus modernes, il s'en passe.

Batterie tampon

Ce n'est pas obligatoire, mais c'est la norme pour les véhicules à hydrogène. En effet, il sert de batterie de secours, d'amplificateur de puissance (peut fonctionner en parallèle avec une pile à combustible), mais aussi et surtout, il sert à restituer l'énergie cinétique lors des décélérations et des freinages.

Electronique de puissance

Non répertorié sur mon schéma supérieur, l'électronique de puissance contrôle, interrompt et rectifie (en convertissant entre les courants alternatifs et continus) les différents courants circulant dans les différents composants de la voiture.

Ravitaillage

Fonctionnement pile à combustible : catalyse

Le but est d'extraire des électrons (électricité) de l'hydrogène afin de les envoyer à un moteur électrique. Tout cela se fait grâce à une réaction électrochimique contrôlée qui sépare les électrons d'un côté (vers le moteur) et les protons de l'autre (dans la pile à combustible). L'ensemble se termine à la cathode, où se termine la réaction : le "mélange" final donne de l'eau, qui est pompée hors du système (échappement).

Voici un schéma de la catalyse, qui est l'extraction d'électricité à partir de l'hydrogène (électrolyse inverse).

On voit ici le fonctionnement de la pile à combustible, à savoir le phénomène de catalyse.

L'hydrogène H2 (c'est-à-dire deux atomes d'hydrogène H collés ensemble : le dihydrogène) va de gauche à droite. En se rapprochant de l'anode, il perd son noyau (proton) qui sera aspiré (du fait du phénomène d'oxydation). Les électrons continueront alors leur chemin vers la droite pour ensuite utiliser le moteur électrique.

A notre tour, nous remontons le tout en injectant de l'O2 (oxygène de l'air grâce au compresseur) côté cathode, ce qui va naturellement permettre la formation d'une molécule d'eau (qui va catalyser tous les éléments en un seul tout). une molécule qui est une collection de Hs et Os).

Résumé des réactions chimiques/physiques

ANODE : à l'anode, l'atome d'hydrogène est "coupé" en deux (H2 = 2e- + 2H+). Le noyau (ion H +) descend vers la cathode, tandis que les électrons (e-) continuent leur chemin en raison de leur incapacité à traverser l'électrolyte (l'espace entre l'anode et la cathode).

CATHODE: à la cathode, nous voyons inverser (de différentes manières) les ions H + et les électrons e-. Ensuite, il suffit d'introduire des atomes d'oxygène pour que tous ces éléments veuillent s'accumuler, ce qui conduit alors à la création d'une molécule d'eau constituée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène. Ou la formule : 2e- + 2H+ + O2 = H2O

Récolte ?

Si l'on ne considère que la voiture elle-même, à savoir l'efficacité du réservoir jusqu'au bout des roues (transformation matière / renfort mécanique), on est ici un peu en dessous de 50 %. En effet, la batterie a une efficacité d'environ 50% et le moteur électrique - d'environ 90%. Par conséquent, nous avons d'abord un filtrage de 50 %, puis de 10 %.

Si l'on prend en compte le rendement d'une centrale qui génère de l'énergie, alors avant la production d'hydrogène ou même la distribution d'électricité (dans le cas du lithium) on a 25 % pour l'hydrogène et 70 % pour l'électricité (environ en moyenne, évidemment ).

En savoir plus sur la rentabilité ici.

Différence entre une voiture à hydrogène et une voiture électrique à batterie lithium ?

Les voitures sont exactement les mêmes, à l'exception de leur "réservoir d'énergie". Ce sont donc des véhicules électriques qui utilisent des moteurs rotor-stator (induction, aimants permanents, voire réactifs).

Si une batterie au lithium fonctionne aussi grâce à une réaction chimique à l'intérieur de celle-ci (réaction qui produit naturellement de l'électricité : plus précisément des électrons), rien n'en sort, il n'y a qu'une transformation interne. Pour revenir à son état d'origine (recharge), il suffit de faire passer le courant (connecter au secteur) et la réaction chimique recommencera dans le sens inverse. Le problème est que cela prend du temps, même avec des compresseurs.

Pour un moteur à hydrogène, qui est un moteur électrique classique alimenté par une pile à combustible (c'est-à-dire de l'hydrogène), la batterie consomme de l'hydrogène lors d'une réaction chimique. Il est vidé par un échappement qui élimine la vapeur d'eau (résultat d'une réaction chimique).

Par conséquent, d'un point de vue logique, on pourrait adapter n'importe quelle voiture électrique à une voiture à hydrogène, il suffit de remplacer la batterie au lithium par une pile à combustible. Ainsi, selon votre compréhension, le "moteur à hydrogène" doit être considéré avant tout comme un moteur électrique (voir son fonctionnement ici). Il s'approche nécessairement de lui, non pas parce qu'il est ravitaillé en tant qu'entité.

La réaction chimique à la base de ce comprimé produit Chaleurde électricité (ce dont nous avons besoin pour le moteur électrique) et l'eau.

Pourquoi pas partout ?

Le principal problème technique de l'hydrogène est lié à la sécurité du stockage. En effet, comme le GPL, ce carburant est dangereux car il devient inflammable au contact de l'air (et ce n'est pas tout). Le problème n'est donc pas seulement de remplir la voiture de carburant, mais aussi d'avoir un réservoir suffisamment solide pour résister à n'importe quel accident. Bien sûr, le surcoût est également un gros frein, et il semble moins viable qu'une batterie lithium-ion, dont le coût baisse considérablement.

Enfin, le réseau de production et de distribution dans le monde est très sous-développé, et les gouvernements souhaitent produire de l'hydrogène par électrolyse en utilisant des sources d'énergie renouvelables (de nombreux experts parlent d'un schéma utopique qui ne peut être réalisé dans notre réalité "soudaine").

À terme, il y a de meilleures chances que l'électricité conventionnelle soit la solution de choix pour l'avenir, plutôt que l'hydrogène, qui sera utilisé pour une gamme d'applications au-delà de la mobilité individuelle.

Tous les commentaires et réactions

Derernier commentaire posté :

Bernard (Date : 2021, 09:23:14)

Salut,

Merci pour ces idées fortes et intéressantes. Je quitterai le site avec une nouvelle luciole dans mon ancien cerveau.

Personnellement, je m'étonne qu'à part ce que je sais des sous-marins nucléaires, personne n'ait développé un moteur parfait pour la route. Il s'agit bien de celui que Philips a dévoilé au salon de l'automobile de Bruxelles 1971, avec 200 ch. sur deux pistons.

Philips a commencé ses activités en 1937-1938 et a repris en 1948.

En 1971, ils revendiquaient plusieurs centaines de chevaux par piston. Depuis, je ne trouve plus rien... Bien sûr, Secret Defense.

Et les moteurs à turbine à gaz ?

Vos lanternes peuvent ajouter de l'eau à mon moulin à penser.

Merci pour vos connaissances et vulgarisation.

Il I. 1 réaction(s) à ce commentaire :

• administrateur ADMINISTRATEUR DU SITE (2021-09-27 11:40:25): C'est très amusant à lire, merci.

  Je ne connais pas assez ce type de moteur pour juger, probablement à cause du coût, de la taille, de l'entretien difficile, du rendement moyen ?

  Sachant qu'il est nécessaire d'avoir une solution qui permette de chauffer le gaz, et donc son application sur une voiture publique ordinaire est potentiellement dangereuse (et qu'elle sera constante dans le temps).

  Bref, je soupçonne que vous espériez une réponse plus précise et confiante... Désolé.

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