Un véhicule à hydrogène est un véhicule qui utilise l’hydrogène comme carburant à bord de sa force motrice. Les véhicules à hydrogène comprennent les fusées spatiales à carburant à hydrogène, ainsi que les automobiles et autres véhicules de transport. Les centrales électriques de tels véhicules convertissent l’énergie chimique de l’hydrogène en énergie mécanique, soit en brûlant de l’hydrogène dans un moteur à combustion interne, soit en faisant réagir de l’hydrogène avec de l’oxygène dans une pile à combustible pour faire fonctionner des moteurs électriques. L’utilisation généralisée de l’hydrogène pour alimenter les transports est un élément clé d’une économie de l’hydrogène proposée.

Depuis 2016, 3 voitures à hydrogène sont disponibles au public dans certains marchés: la Toyota Mirai, la Hyundai ix35 FCEV et la Honda Clarity. Plusieurs autres sociétés travaillent au développement de voitures à hydrogène. En 2014, 95% de l’hydrogène était fabriqué à partir de gaz naturel. Il peut être produit en utilisant des sources renouvelables, mais c’est un processus coûteux. Les centrales intégrées éolien-hydrogène (électricité-gaz), utilisant l’électrolyse de l’eau, explorent des technologies permettant de générer des coûts suffisamment bas et suffisamment importants pour concurrencer la production d’hydrogène à l’aide de gaz naturel. Les inconvénients de l’utilisation de l’hydrogène sont l’intensité élevée des émissions de carbone lorsqu’ils sont produits à partir de gaz naturel, le fardeau financier, la faible teneur en énergie par unité de volume, la production et la compression d’hydrogène et les investissements importants en infrastructures nécessaires pour alimenter les véhicules.

Porteur d’énergie hydrogène

Carburant et gaz d’échappement
L’hydrogène utilisé comme combustible n’est pas une énergie primaire, mais doit être produit à partir d’une énergie primaire analogue à la production d’énergie. Pour sa production est l’énergie nécessaire. Cela se produit lors de la réaction chimique dans un moteur à combustion à hydrogène ou dans la pile à combustible partiellement libérée. En raison de sa faible densité, le gaz hydrogène contient plus d’énergie par unité de poids par unité de masse que tout autre combustible chimique. Cependant, la densité d’énergie est très faible en volume. Par conséquent, l’hydrogène utilisé comme carburant doit être soit fortement comprimé (jusqu’à environ 700 bars), soit liquéfié (-253 ° C). Les deux sont associés à un apport d’énergie supplémentaire.

Les gaz d’échappement d’une pile à combustible sont constitués de vapeur d’eau pure.

Lors de la combustion d’hydrogène en combinaison avec de l’air (dans une turbine à gaz), les gaz d’échappement contiennent en outre des oxydes d’azote, qui proviennent de l’azote atmosphérique aux températures élevées de la chambre de combustion. En cas d’excès d’air élevé (λ »1), moins d’oxydes d’azote sont produits, mais leur efficacité diminue également. Dans les moteurs à pistons, il reste des traces de CO et de CH dans les gaz d’échappement. Ils proviennent de l’huile de lubrification située entre la paroi du cylindre et le piston et du reniflard du carter.

Production d’hydrogène
Les principaux processus de production d’hydrogène sont

Conversion thermochimique de sources d’énergie carbone (généralement des combustibles fossiles) à des températures comprises entre 300 et 1 000 ° C. Le procédé le plus ancien de ce type est le reformage à la vapeur avec une part de marché de plus de 90%. En utilisant ce procédé, le gaz de ville (gaz de synthèse) était produit à partir de charbon et de vapeur d’eau, qui contenaient env. 60% d’hydrogène. Grâce à d’autres étapes du processus, la quasi-totalité du contenu énergétique de la source d’énergie peut être liée à l’hydrogène. L’inconvénient est le CO 2, gaz nocif pour le climat. Il existe également des technologies permettant de rendre l’hydrogène neutre en carbone à partir de la biomasse. Une première usine commerciale, la Blue Tower Herten, était due à la faillite de Solar Millennium AG non achevée.
L’hydrogène est un sous-produit d’un certain nombre de processus chimiques (par exemple, l’électrolyse chloro-alcaline). Les quantités sont considérables mais sont principalement réutilisées. L’hydrogène produit comme sous-produit dans la seule région de Cologne suffirait à faire fonctionner 40 000 voitures de façon permanente (à partir de 2010).
Encore relativement rarement, l’hydrogène est produit par l’électrolyse de l’eau. Des rendements de 70 à 80% sont atteints. Il existe actuellement des projets dans lesquels l’électrolyseur est alimenté directement par des éoliennes. Les éoliennes sont maintenant déconnectées les jours de vent et la demande en électricité est faible. au lieu de cela, ils pourraient ensuite être utilisés pour l’électrolyse pour la production d’hydrogène. En plus de la quantité d’énergie nécessaire, le problème réside dans la fourniture de l’eau nécessaire: pour alimenter en hydrogène l’électrolyse de l’eau produite par l’électrolyse de l’eau à l’aéroport de Francfort, il faudrait 25 centrales de grande taille. Dans le même temps, la consommation d’eau de Francfort doublerait. ”
Les tentatives de production d’hydrogène dans un bioréacteur à hydrogène avec des algues via une variante de la photosynthèse en sont encore au stade de la recherche.

Stockage d’hydrogène
Les problèmes techniques liés au stockage de l’hydrogène sont considérés comme résolus aujourd’hui. Des procédés tels que le stockage d’hydrogène sous pression et liquide et le stockage dans des hydrures métalliques sont utilisés commercialement. En outre, il existe d’autres méthodes telles que le stockage dans des nanotubes ou en tant que composé chimique (N-Ethylcarbazol), qui sont encore en phase de développement ou en recherche fondamentale.

Station d’hydrogène
La production de l’infrastructure d’approvisionnement est une condition préalable à l’utilisation généralisée des commandes à l’hydrogène. Pour obtenir un réseau national en Allemagne, environ 1000 stations de ravitaillement en hydrogène sont nécessaires.

Il existe environ 274 stations de ravitaillement en hydrogène dans le monde entier (en mai 2017). En Allemagne, il y en a environ 30, dont 7 seulement sont exploitées par le public. En collaboration avec Linde AG, le groupe Daimler construira 20 stations de ravitaillement en hydrogène supplémentaires afin de garantir initialement des connexions continues sur les axes nord-sud et est-ouest. → Voir aussi: Route de l’hydrogène

Une station de remplissage d’hydrogène coûte entre 1 et 1,5 million d’euros.

Véhicules
Les automobiles, bus, chariots élévateurs à fourche, trains, bicyclettes PHB, bateaux fluviaux, vélos cargo, voiturettes de golf, motos, fauteuils roulants, navires, avions, sous-marins et roquettes peuvent déjà fonctionner à l’hydrogène, sous différentes formes. La NASA a utilisé l’hydrogène pour lancer des navettes spatiales dans l’espace. Un modèle miniature de voiture fonctionne à l’énergie solaire et utilise une pile à combustible à régénération pour stocker de l’énergie sous forme d’hydrogène et d’oxygène. Il peut ensuite reconvertir le carburant en eau pour libérer de l’énergie solaire. Depuis l’avènement de la fracturation hydraulique, la préoccupation majeure des véhicules à piles à combustible à l’hydrogène est la confusion des consommateurs et des pouvoirs publics en ce qui concerne l’adoption de véhicules à l’hydrogène fonctionnant au gaz naturel avec de fortes émissions cachées au détriment des transports respectueux de l’environnement.

Buckeye Bullet 2 de l’Université de l’Ohio a établi un record de vitesse au sol pour un véhicule à hydrogène de 461,038 km / h (286.476 miles à l’heure), ce qui lui a permis d’atteindre une vitesse de “mile volant” de 450.628 km / heure. h) aux Salt Flats de Bonneville en août 2008. En août 2007, un prototype de voiture de course à pile à combustible Ford Fusion Hydrogen 999 à recordines de 207,297 milles à l’heure avait été utilisé. réservoir d’oxygène comprimé pour augmenter la puissance.

Les automobiles
Depuis 2016, 3 voitures à hydrogène sont disponibles au public dans certains marchés: la Toyota Mirai, la Hyundai ix35 FCEV et la Honda Clarity.

Toyota a lancé son premier véhicule à pile à combustible de série (FCV), le Mirai, au Japon fin 2014 et a commencé ses ventes en Californie, principalement dans la région de Los Angeles, en 2015. La voiture a une autonomie de 502 km (312 mi). prend environ cinq minutes pour remplir son réservoir d’hydrogène. Le prix de vente initial au Japon était d’environ 7 millions de yens (69 000 USD). L’ancien président du Parlement européen, Pat Cox, estimait que Toyota perdrait initialement environ 100 000 dollars sur chaque Mirai vendu. De nombreux constructeurs automobiles ont introduit des modèles de démonstration en nombre limité (voir Liste des véhicules à pile à combustible et Liste des véhicules à moteur à combustion interne à hydrogène). Un inconvénient de l’hydrogène par rapport aux autres carburants automobiles est sa faible densité.

En 2013, BMW a loué la technologie de l’hydrogène à Toyota, et un groupe constitué de Ford Motor Company, de Daimler AG et de Nissan a annoncé une collaboration concernant le développement de la technologie de l’hydrogène. En 2017, cependant, Daimler avait abandonné le développement de véhicules à hydrogène et la plupart des constructeurs automobiles développant des voitures à hydrogène étaient passés aux véhicules électriques à batterie.

Les autobus
Les autobus à pile à combustible (par opposition aux autobus à hydrogène) sont testés par plusieurs fabricants dans différents lieux, par exemple Ursus Lublin. Le Fuel Cell Bus Club est une collaboration mondiale de tests de bus à piles à combustible.

Tramways et trains
En mars 2015, China South Rail Corporation (CSR) a présenté le premier tramway au monde alimenté par une pile à combustible à l’hydrogène dans une usine de montage à Qingdao. Liang Jianying, ingénieur en chef de CSR Sifang Co Ltd., filiale de RSE, a déclaré que la société étudie actuellement les moyens de réduire les coûts de fonctionnement du tramway. Des pistes pour le nouveau véhicule ont été construites dans sept villes chinoises. La Chine prévoit de dépenser 200 milliards de yuans (32 milliards de dollars) d’ici à 2020 pour porter les voies de tramway à plus de 1 200 kilomètres

En 2018, dans le nord de l’Allemagne, les premiers trains Coradia iLint à pile à combustible ont été mis en service. l’excès d’énergie est stocké dans des batteries lithium-ion.

Les vélos
En 2007, Pearl Hydrogen Power Sources de Shanghai, en Chine, a dévoilé un vélo à hydrogène lors du 9ème Salon international de la technologie, des équipements et des applications du gaz en Chine.

Véhicules militaires
La division militaire de General Motors, GM Defense, se concentre sur les véhicules à piles à combustible à l’hydrogène. Son SURUS (Silent Utility Rover Universal Superstructure) est une plate-forme électrique flexible à pile à combustible dotée de capacités autonomes. Depuis avril 2017, l’armée américaine teste la Chevrolet Colorado ZH2 commerciale sur ses bases américaines afin de déterminer la viabilité des véhicules fonctionnant à l’hydrogène dans les environnements tactiques des missions militaires.

Motos et scooters
ENV développe des motos électriques alimentées par une pile à combustible à hydrogène, notamment Crosscage et Biplane. D’autres fabricants comme Vectrix travaillent sur des scooters à l’hydrogène. Enfin, des scooters hybrides à pile à combustible et à hydrogène sont fabriqués, comme le scooter à pile à combustible Suzuki Burgman. et le FHybrid. Le Burgman a reçu l’homologation “type de véhicule complet” dans l’UE. La société taïwanaise APFCT a réalisé un test de rue en direct avec 80 scooters à pile à combustible pour le Bureau of Energy de Taiwan.

Quads et tracteurs
H-Due d’Autostudi Srl est un quad à hydrogène capable de transporter 1 à 3 passagers. Un concept de tracteur à hydrogène a été proposé.

Avions
Des sociétés telles que Boeing, Lange Aviation et le Centre aérospatial allemand utilisent l’hydrogène comme carburant pour les avions pilotés et non habités. En février 2008, Boeing a testé le vol habité d’un petit avion équipé d’une pile à combustible à hydrogène. Des avions à hydrogène sans pilote ont également été testés. Selon le Times, Boeing a déclaré que les piles à combustible à hydrogène ne pourraient probablement pas alimenter les moteurs des grands avions à passagers, mais pourraient être utilisées comme unités de secours ou auxiliaires à bord.

En juillet 2010, Boeing a dévoilé son UAV Phantom Eye fonctionnant à l’hydrogène, alimenté par deux moteurs à combustion interne Ford convertis pour fonctionner à l’hydrogène.

En Grande-Bretagne, il a été proposé que les moteurs de réaction A2 utilisent les propriétés thermodynamiques de l’hydrogène liquide pour réaliser des vols à très grande vitesse et sur de longues distances (antipodales) en le brûlant dans un moteur à réaction préalablement refroidi.

Chariots élévateurs
Un chariot élévateur HICE ou un chariot élévateur HICE est un chariot élévateur industriel à moteur à combustion interne alimenté à l’hydrogène, utilisé pour le levage et le transport de matériaux. Le premier chariot élévateur de série HICE basé sur le Linde X39 Diesel a été présenté lors d’une exposition à Hanovre le 27 mai 2008. Il utilisait un moteur à combustion interne diesel de 2,0 litres, 43 kW (58 ch) converti pour utiliser l’hydrogène comme carburant. utilisation d’un compresseur et injection directe.

Un chariot élévateur à pile à combustible (également appelé chariot élévateur à pile à combustible) est un chariot élévateur industriel alimenté par pile à combustible. En 2013, plus de 4 000 chariots élévateurs à pile à combustible étaient utilisés dans la manutention des matériaux aux États-Unis. Le marché mondial était estimé à 1 million de chariots élévateurs à piles à combustible par an pour 2014-2016. Les flottes sont exploitées par des entreprises du monde entier. Pike Research a déclaré en 2011 que les chariots élévateurs à piles à combustible seraient le principal moteur de la demande en hydrogène d’ici 2020.

La plupart des entreprises en Europe et aux États-Unis n’utilisent pas de chariots élévateurs à essence, car ces véhicules travaillent à l’intérieur, où les émissions doivent être contrôlées, mais utilisent plutôt des chariots élévateurs électriques. Les chariots élévateurs alimentés par pile à combustible peuvent présenter des avantages par rapport aux chariots élévateurs alimentés par batterie car ils peuvent être ravitaillés en carburant en 3 minutes. Ils peuvent être utilisés dans des entrepôts frigorifiques car leurs performances ne sont pas dégradées par les basses températures. Les unités de pile à combustible sont souvent conçues comme des remplacements instantanés.

Fusées
De nombreuses grandes fusées utilisent de l’hydrogène liquide comme carburant, l’oxygène liquide servant d’oxydant (LH2 / LOX). Un avantage du carburant pour fusées à hydrogène est la vitesse d’échappement efficace élevée par rapport aux moteurs à kérosène / LOX ou UDMH / NTO. Selon l’équation de fusée Tsiolkovsky, une fusée avec une vitesse d’échappement supérieure utilise moins de propulseur pour accélérer. De plus, la densité énergétique de l’hydrogène est supérieure à celle de tout autre carburant. LH2 / LOX offre également la plus grande efficacité par rapport à la quantité de propulseur consommée, de tout propulseur de fusée connu.

Un inconvénient des moteurs LH2 / LOX est la faible densité et la basse température de l’hydrogène liquide, ce qui signifie que des réservoirs de carburant plus grands et plus isolés sont nécessaires. Cela augmente la masse structurelle de la fusée, ce qui réduit considérablement son delta-v. Un autre inconvénient est la faible capacité de stockage des roquettes à propulsion LH2 / LOX: en raison de l’ébullition constante de l’hydrogène, la fusée doit être ravitaillée peu de temps avant son lancement, ce qui rend les moteurs cryogéniques inappropriés pour les missiles à combustion interne et autres applications de fusées nécessitant de brefs préparatifs de lancement. .

Globalement, le delta-v d’un étage à l’hydrogène n’est généralement pas très différent de celui d’un étage à combustible dense, mais le poids d’un étage à l’hydrogène est beaucoup moins important, ce qui le rend particulièrement efficace pour les étages supérieurs, car ils sont transportés par le bas. étapes. Lors des premières étapes, les fusées à carburant dense dans les études pourraient présenter un léger avantage, en raison de la taille réduite du véhicule et de la résistance de l’air réduite.

LH2 / LOX ont également été utilisés dans la navette spatiale pour faire fonctionner les piles à combustible qui alimentent les systèmes électriques. Le sous-produit de la pile à combustible est de l’eau, utilisée pour la consommation et d’autres applications nécessitant de l’eau dans l’espace.

Camion lourd
En 2016, Nikola Motor Company a lancé un camion lourd de classe 8 fonctionnant à l’hydrogène et alimenté par une batterie EV de 320 kWh. Nikola prévoit deux versions du camion à hydrogène, le long-courrier Nikola One et la cabine de jour Nikola Two. United Parcel Service a commencé à tester un véhicule de livraison à l’hydrogène en 2017. US Hybrid, Toyota et Kenworth ont également annoncé leur intention de tester des camions à pile à combustible à hydrogène de classe 8.

Véhicule à combustion interne
Les voitures à moteur à combustion interne à hydrogène sont différentes des voitures à pile à combustible à hydrogène. La voiture à combustion interne à hydrogène est une version légèrement modifiée de la voiture traditionnelle à moteur à combustion interne à essence. Ces moteurs à hydrogène consomment le carburant de la même manière que les moteurs à essence; la principale différence est le produit d’échappement. La combustion d’essence produit du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau, tandis que le seul produit d’échappement de la combustion d’hydrogène est la vapeur d’eau.

En 1807, François Isaac de Rivaz conçut le premier moteur à combustion interne à hydrogène. En 1965, Roger Billings, alors élève du secondaire, convertit un modèle A en hydrogène. En 1970, Paul Dieges a breveté une modification des moteurs à combustion interne qui permettait à un moteur à essence de fonctionner à l’hydrogène US 3844262.

Mazda a développé des moteurs Wankel brûlant de l’hydrogène. L’utilisation d’un moteur à combustion interne, comme les moteurs Wankel et à pistons, présente l’avantage de réduire les coûts de réoutillage pour la production.

Les chariots élévateurs HICE ont été démontrés à partir de moteurs diesel à combustion interne convertis à injection directe.

Pile à combustible

Coût de la pile à combustible
Les piles à combustible à l’hydrogène sont relativement coûteuses à produire car leurs conceptions nécessitent l’utilisation de substances rares telles que le platine comme catalyseur. En 2014, Toyota a annoncé qu’elle présenterait sa Toyota Mirai au Japon pour moins de 70 000 dollars en 2015. L’ancien président du Parlement européen, Pat Cox, estime que Toyota perdra initialement environ 100 000 dollars sur chaque Mirai vendu.

Conditions de congélation
Les problèmes rencontrés dans les premières conceptions de piles à combustible à basses températures en ce qui concerne les capacités de démarrage à froid et à distance ont été résolus de sorte qu’ils “ne puissent plus être considérés comme des démonstrateurs”. En 2014, les utilisateurs ont déclaré que leurs véhicules à pile à combustible fonctionnent parfaitement à des températures inférieures à zéro, même avec les radiateurs soufflants, sans réduction significative de l’autonomie. Des études utilisant la radiographie neutronique sur un démarrage à froid non assisté indiquent la formation de glace dans la cathode, trois étapes de démarrage à froid et la conductivité ionique de Nafion. Un paramètre, défini en tant que coulomb de charge, a également été défini pour mesurer la capacité de démarrage à froid.

Durée de vie
La durée de vie des piles à combustible est comparable à celle des autres véhicules. La durée de vie de PEM est de 7 300 heures dans des conditions cyclables.

Hydrogène
L’hydrogène n’est pas une source d’énergie préexistante comme les combustibles fossiles, mais il est d’abord produit puis stocké comme support, à la manière d’une batterie. Un des avantages suggérés du déploiement à grande échelle de véhicules à hydrogène est que cela pourrait entraîner une réduction des émissions de gaz à effet de serre et de précurseurs de l’ozone. Cependant, à compter de 2014, 95% de l’hydrogène est fabriqué à partir de méthane. Il peut être produit en utilisant des sources renouvelables, mais c’est un processus coûteux. Les centrales intégrées éolienne-hydrogène (électricité au gaz), utilisant l’électrolyse de l’eau, explorent des technologies permettant de générer des coûts suffisamment bas et des quantités suffisantes pour concurrencer les sources d’énergie traditionnelles.

Selon Ford Motor Company, “lorsque les FCV fonctionnent avec de l’hydrogène reformé à partir de gaz naturel utilisant ce procédé, ils ne procurent pas d’avantages environnementaux significatifs sur une base« puits-à-roues »(en raison des émissions de GES provenant du processus de reformage du gaz naturel)”. Alors que les méthodes de production d’hydrogène ne faisant pas appel à des combustibles fossiles seraient plus durables, les énergies renouvelables ne représentent actuellement qu’un faible pourcentage de l’énergie produite, et l’électricité produite à partir de sources renouvelables peut être utilisée dans les véhicules électriques et à des fins autres que les véhicules.

Les défis liés à l’utilisation de l’hydrogène dans les véhicules comprennent la production, le stockage, le transport et la distribution. Le rendement de l’hydrogène d’un puits à l’autre est inférieur à 25%. Des analyses plus récentes le confirment.

Production
L’hydrogène moléculaire nécessaire en tant que carburant embarqué pour les véhicules fonctionnant à l’hydrogène peut être obtenu par de nombreuses méthodes thermochimiques utilisant le gaz naturel, le charbon (par un procédé appelé gazéification du charbon), le gaz de pétrole liquéfié, la biomasse (gazéification de la biomasse), par un procédé appelé thermolyse ou en tant que déchet microbien appelé biohydrogène ou production d’hydrogène biologique. 95% de l’hydrogène est produit à partir de gaz naturel et 85% de l’hydrogène produit est utilisé pour éliminer le soufre de l’essence. On peut également produire de l’hydrogène à partir d’eau par électrolyse à des rendements allant de 50 à 60% pour les plus petits électrolyseurs et d’environ 65 à 70% pour les plus grandes. L’hydrogène peut également être obtenu par réduction chimique à l’aide d’hydrures chimiques ou d’aluminium. Les technologies actuelles de fabrication d’hydrogène utilisent de l’énergie sous différentes formes, représentant entre 25 et 50% de la valeur calorifique supérieure de l’hydrogène utilisé pour produire, comprimer ou liquéfier et transmettre l’hydrogène par pipeline ou camion.,

Les conséquences environnementales de la production d’hydrogène à partir de ressources énergétiques fossiles incluent l’émission de gaz à effet de serre, conséquence qui résulterait également du reformage à bord du méthanol en hydrogène. Les analyses comparant les conséquences environnementales de la production et de l’utilisation d’hydrogène dans les véhicules à pile à combustible au raffinage du pétrole et à la combustion dans les moteurs d’automobiles classiques ne concordent pas l’objet d’une réduction nette de l’ozone et des gaz à effet de serre. La production d’hydrogène utilisant des sources d’énergie renouvelables ne créerait pas de telles émissions, mais il conviendrait d’élargir l’échelle de la production d’énergie renouvelable pour pouvoir utiliser la production d’hydrogène pour une part importante des besoins en transport. En 2016, 14,9% de l’électricité américaine était produite à partir de sources renouvelables. Dans quelques pays, les sources renouvelables sont davantage utilisées pour produire de l’énergie et de l’hydrogène. Par exemple, l’Islande utilise l’énergie géothermique pour produire de l’hydrogène et le Danemark utilise l’énergie éolienne.

Espace de rangement
L’hydrogène comprimé dans des réservoirs d’hydrogène à 350 bars et 700 bars est utilisé pour les systèmes de réservoirs d’hydrogène dans les véhicules, basé sur la technologie des composites de carbone de type IV.

L’hydrogène a une densité d’énergie volumétrique très basse dans les conditions ambiantes, égale à environ un tiers de celle du méthane. Même lorsque le carburant est stocké sous forme d’hydrogène liquide dans un réservoir cryogénique ou dans un réservoir de stockage d’hydrogène comprimé, la densité d’énergie volumétrique (mégajoules par litre) est faible par rapport à celle de l’essence. L’hydrogène a une énergie spécifique en masse trois fois supérieure à celle de l’essence (143 MJ / kg contre 46,9 MJ / kg). En 2011, des scientifiques du laboratoire national Los Alamos et de l’Université de l’Alabama, en collaboration avec le département américain de l’Énergie, ont trouvé une méthode en une étape pour recharger l’ammoniac borane, un composé de stockage d’hydrogène. En 2018, des chercheurs de CSIRO en Australie ont propulsé une Toyota Mirai et une Hyundai Nexo avec de l’hydrogène séparé de l’ammoniac au moyen d’une technologie à membrane. L’ammoniac est plus facile à transporter en toute sécurité dans des pétroliers que l’hydrogène pur.

Infrastructure
L’infrastructure hydrogène comprend des stations-service équipées d’hydrogène, alimentées en hydrogène via des remorques à tubes d’hydrogène comprimées, des camions-citernes à hydrogène liquide ou une production sur site dédiée, ainsi que certains transports industriels par conduites d’hydrogène. Aux États-Unis, la distribution de carburant à base d’hydrogène pour les véhicules nécessiterait de nouvelles stations d’hydrogène, qui coûteraient environ 20 milliards de dollars aux États-Unis (4,6 milliards dans l’UE). et un demi-billion de dollars aux États-Unis.

En 2018, il y avait aux États-Unis 40 stations de ravitaillement en hydrogène accessibles au public, la plupart en Californie (contre 19 000 stations de charge électrique). En 2017, il y avait 91 stations-service d’hydrogène au Japon.

Codes et standards
Les codes et normes relatifs à l’hydrogène, ainsi que les codes et normes techniques relatifs à la sécurité de l’hydrogène et au stockage de l’hydrogène, ont été identifiés comme un obstacle institutionnel au déploiement des technologies de l’hydrogène et au développement d’une économie de l’hydrogène. Pour permettre la commercialisation de l’hydrogène dans les produits de consommation, de nouveaux codes et normes doivent être élaborés et adoptés par les gouvernements fédéral, provinciaux et locaux.

sécurité
Les voitures fonctionnant à l’hydrogène ne sont pas plus dangereuses que les véhicules à essence ou à essence. L’hydrogène est un gaz très volatil en raison de sa faible densité. Il s’évapore très rapidement à l’extérieur. Assurer une ventilation adéquate dans les espaces confinés car il est inflammable dans une plage de température allant de 4 à 75% en volume (essence: 0,6 à 8% en volume). Les mélanges oxygène / hydrogène contenant moins de 10,5% d’hydrogène en volume sont plus lourds que l’air et tombent au fond. La séparation n’a pas lieu directement, de sorte que l’inflammabilité est maintenue jusqu’à ce qu’elle tombe en dessous de la limite de 4% en volume. Lors de la manipulation de l’hydrogène, les réglementations de sécurité et les systèmes de ventilation doivent prendre en compte ce comportement.

L’essence est un liquide qui s’évapore lentement. Les vapeurs d’essence inflammables sont plus lourdes que l’air et restent sur le sol plus longtemps. La durée pendant laquelle elles peuvent s’enflammer est plus longue.

Si de l’hydrogène est libéré dans des locaux fermés, le risque d’explosion augmente, p. Ex. B. dans des garages ou des tunnels. Voici pour assurer une ventilation accrue et éventuellement des mesures de sécurité supplémentaires.

La limite de détonation de l’hydrogène est à une concentration de 18%. L’essence explose beaucoup plus tôt, déjà à une concentration de 1,1%. Pour qu’une explosion ou un incendie se produise, dans les deux cas, un mélange air-carburant qui s’est formé doit d’abord être allumé. Dans le cas de l’hydrogène, cela nécessite une énergie inférieure à 0,02 mJ par rapport à l’essence (essence: 0,24 mJ), mais dans la pratique, cela n’a pas d’importance, car même l’énergie d’une étincelle électrique est suffisante pour produire des vapeurs d’essence qui s’enflamment.

L’essence a une température d’inflammation nettement inférieure (220-280 ° C) à celle de l’hydrogène (585 ° C), ce qui facilite son inflammation sur des surfaces chaudes telles que le collecteur d’échappement ou le catalyseur.

Après l’allumage, l’hydrogène brûle à une vitesse de combustion supérieure à celle de l’essence. La flamme monte brusquement avec un petit diamètre si la fuite est au sommet du réservoir.

Une flamme d’hydrogène dégage moins de chaleur qu’une flamme d’essence. En plus d’une flamme à hydrogène, elle est donc moins chaude qu’à côté d’une flamme à essence – l’avantage est que de tels éléments adjacents le sont. B. Les sièges d’auto ne sont pas si faciles à prendre feu. En outre, les personnes proches de la flamme sont moins susceptibles de subir des brûlures. Cependant, la flamme d’hydrogène est à peine visible. Par conséquent, il y a un risque d’implication involontaire.

Les réservoirs sous pression utilisés aujourd’hui subissent (par opposition aux réservoirs d’essence) même des accidents graves sans préjudice. Les véhicules à hydrogène équipés de réservoirs sous pression peuvent être facilement garés dans des garages de stationnement et des garages souterrains. Il n’y a pas de disposition légale limitant cela. En revanche, les véhicules contenant de l’hydrogène liquide ne doivent pas être stockés dans des locaux fermés, car le dégazage peut entraîner une accumulation de gaz explosif.

Le problème principal du stockage de l’hydrogène est la fuite. Les réservoirs d’hydrogène et la tuyauterie doivent être dus au z. En tant que gaz naturel ou propane / butane, un diamètre moléculaire inférieur sera beaucoup mieux scellé. Certains matériaux ne conviennent pas car ils sont perméables à l’hydrogène. Les fuites entraînent non seulement des pertes de transport élevées, mais créent également un danger pour la sécurité lorsque le gaz s’accumule et forme un mélange hydrogène-air. C’est la raison pour laquelle les réservoirs et les tuyaux d’hydrogène sont fabriqués à partir de plastiques spéciaux qui empêchent en grande partie la diffusion. De tels systèmes doivent être approuvés par le TÜV. Il est avantageux que l’hydrogène s’échappe par sa faible densité et ne s’accumule pas dans les dépressions, contrairement aux vapeurs d’essence, de propane ou de butane.

Comparaison avec d’autres types de véhicules à carburant de remplacement
Les véhicules à hydrogène rivalisent avec diverses alternatives proposées à l’infrastructure de véhicule moderne à carburant fossile.

Hybrides plug-in
Les véhicules électriques hybrides rechargeables, ou PHEV, sont des véhicules hybrides pouvant être branchés sur le réseau électrique et contenant un moteur électrique ainsi qu’un moteur à combustion interne. Le concept PHEV complète les véhicules électriques hybrides standard avec la possibilité de recharger leurs batteries à partir d’une source externe, ce qui permet une utilisation accrue des moteurs électriques du véhicule tout en réduisant leur dépendance aux moteurs à combustion interne. L’infrastructure requise pour charger les véhicules électriques hybrides rechargeables est déjà en place et le transport de l’électricité entre le réseau et la voiture est efficace à environ 93%. Cependant, ce n’est pas la seule perte d’énergie causée par le transfert de l’énergie du réseau vers les roues. La conversion CA / CC doit s’effectuer à partir de l’alimentation CA du réseau du CC des PHEV. Ceci est à peu près efficace à 98%. La batterie doit alors être chargée. En 2007, la batterie lithium-phosphate de fer présentait une efficacité de charge / décharge de 80 à 90%. La batterie doit être refroidie. La batterie de la GM Volt dispose de 4 refroidisseurs et de deux radiateurs. En 2009, “le rendement total du puits aux roues avec lequel un véhicule à pile à hydrogène pourrait utiliser de l’électricité renouvelable est d’environ 20% (même si ce nombre pourrait atteindre 25% ou un peu plus, en raison des nombreuses avancées technologiques nécessaires pour permet de charger une batterie embarquée puis de la décharger pour faire fonctionner un moteur électrique dans un véhicule électrique hybride rechargeable (VEHP) ou un véhicule électrique (EVP), elle est toutefois de 80% (et pourrait être supérieure dans le futur) – quatre fois plus efficace que les voies de circulation actuelles des véhicules à piles à combustible à hydrogène. ” Un article paru en 2006 dans Scientific American affirmait que les véhicules hybrides hybrides, plutôt que les véhicules à hydrogène, deviendraient la norme dans l’industrie automobile. Une étude réalisée en décembre 2009 à l’UC Davis a révélé que, pendant leur durée de vie, les PHEV émettraient moins de carbone que les véhicules actuels, tandis que les voitures à hydrogène émettraient plus de carbone que les véhicules à essence.

Gaz naturel
Les véhicules fonctionnant au gaz naturel comprimé (GNC), au GNC ou au GNL (véhicules au gaz naturel ou GNV) utilisant des moteurs à combustion interne utilisent directement le méthane (gaz naturel ou biogaz) comme source de carburant. Le gaz naturel a une densité d’énergie supérieure à celle de l’hydrogène. Les GNV utilisant du biogaz sont presque neutres en carbone. Contrairement aux véhicules à hydrogène, les véhicules à GNC sont disponibles depuis de nombreuses années et l’infrastructure est suffisante pour fournir des stations de ravitaillement à la fois commerciales et résidentielles. À la fin de l’année 2011, on comptait 14,8 millions de véhicules fonctionnant au gaz naturel. L’autre utilisation du gaz naturel est le reformage à la vapeur, qui est le moyen courant de produire de l’hydrogène gazeux pour les voitures électriques à pile à combustible.

Véhicules tout électriques
Un article de la Technology Review de 2008 indiquait: “Les voitures électriques et les voitures hybrides rechargeables ont un avantage énorme sur les véhicules à pile à combustible à hydrogène en ce qui concerne l’utilisation d’électricité à faible émission de carbone. Ceci est dû à l’inefficacité inhérente à l’ensemble du processus de ravitaillement en hydrogène. générer de l’hydrogène avec cette électricité pour transporter ce gaz diffus sur de longues distances, obtenir l’hydrogène dans la voiture, puis le faire passer dans une pile à combustible, le tout dans le but de reconvertir l’hydrogène en électricité pour faire fonctionner le même moteur électrique ‘ Je vais trouver dans une voiture électrique. ” Thermodynamiquement, chaque étape supplémentaire dans le processus de conversion diminue l’efficacité globale du processus.

Tags: Alternative fuel vehicles Automotive technologies Emerging technologies Green vehicles Hydrogen economy Hydrogen technologies Hydrogen vehicles Sustainable technologies

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