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Voitures à hydrogène : comment ça marche et à quoi s'attendre

Ces derniers mois, les annonces de projets d'investissement dans l'hydrogène: ceux-ci concernent divers domaines, dont le secteur des transports. Plusieurs constructeurs automobiles misent sur l'hydrogène et ont décidé d'investir des ressources dans le développement de ces modèles de voitures ; pendant d'autres, en revanche, le considèrent comme un une technologie qui ne vaut pas la peine d'investir. Cependant, lorsqu'il s'agit d'hydrogène, il existe un sujet très vaste qui doit être analysé sous différents points de vue.



Comment l'hydrogène est-il obtenu ?

L'l'hydrogène est l'élément chimiste plus abondant sur terre, mais malgré cela, il est presque totalement absent comme élément pur, Il est en effet toujours associé à d'autres éléments pour former diverses substances : par exemple, dans l'eau, il est lié à l'oxygène, ou dans les hydrocarbures, il se trouve lié au carbone. De ce fait, pour obtenir de l'hydrogène pur, il est nécessaire d'employer différents procédés pour séparer l'hydrogène des autres éléments : selon le procédé utilisé et la substance dont il est issu, l'hydrogène prend des noms différents.

quand l'hydrogène est obtenu à partir de combustibles fossiles, sans capter le dioxyde de carbone délivré au cours du processus, il est appelé noir s'il est obtenu auprès du gazéification de la carbone ou autres hydrocarbures, e gris s'il est obtenu de reformage du méthane. Si vous utilisez le mêmes processus mais le dioxyde de carbone est capturé en quelque sorte, lel'hydrogène est appelé bleu: dans ce cas, les émissions de dioxyde de carbone sont réduites de 90 %.


L'hydrogène peut également être obtenu par un procédé de hydrolyse de l'eau, dans lequel le courant électrique est utilisé pour séparer l'hydrogène de l'oxygène ; si l'électricité utilisée est produite par sources entièrement renouvelables, comme l'énergie solaire et éolienne, lahydrogène Il est appelé vert, tandis que si l'électricité est produite par centrales nucléaires, L 'hydrogène il est dit violet. Dans les deux cas, les émissions de dioxyde de carbone sont nulles.


Actuellement, l'essentiel de l'hydrogène est obtenu à partir du méthane sans captage du dioxyde de carbone : ceci est dû au fait que hydrogène obtenu par électrolyse c'est 3/4 fois plus cher l'hydrogène obtenu à partir du reformage du méthane.

Stockage et transport de l'hydrogène

Hydrogène, ainsi que l'électricité, constitue un vecteur d'énergie e pas une source d'énergie primaire, comme les combustibles fossiles ou le soleil peut l'être. Un grand avantage de l'hydrogène par rapport à l'électricité est qu'il peut être stocké en grande quantité plus facilement. En effet, alors que la densité énergétique des batteries lithium-ion, couramment utilisées dans les voitures électriques, se situe au maximum autour de 0.3 kWh/kg soit 0.6 kWh/litre, l'hydrogène a une densité énergétique de 40 kWh/kg, encore plus élevé que celui de essence et diesel égal à 13 kWh/kg ou 10 kWh/litre.

Cependant, même accumuler de l'énergie à l'aide de l'hydrogène n'est pas sans poser de problèmes : en effet, le densité d'hydrogène à pression atmosphérique et à température ambiante elle est d'environ 0.09 g/litre, ce qui correspond à une densité énergétique de 0.0036 kWh/litre. Tandis que l'hydrogène comprimé à 350 bars, comme à l'intérieur des réservoirs des camions, atteint une densité énergétique de 0.9 kWh/litre. L'hydrogène comprimé à 700 bar, comme dans les réservoirs des voitures, atteint une densité énergétique de 1.4 kWh/litre ; de plus, si l'hydrogène est liquéfié, il atteint une densité énergétique de 2.8 kWh/litre. Pour cette raison, l'hydrogène doit être liquéfié ou comprimé pour être stocké.


pour liquéfier l'hydrogène vous devez l'amener à température de -253°C, Cela peut prendre une consommation d'énergie égale à 40 % du contenu énergétique de la substance; en outre, des réservoirs capables d'isoler thermiquement l'hydrogène sont nécessaires. Pour le comprimer à haute pression à la place, il ne consomme jamais plus de 5% de son contenu énergétique; pour cette raison, le stockage de l'hydrogène à l'état gazeux est la méthode la plus utilisée. Le problème du stockage à l'état gazeux est la nécessité d'utiliser des réservoirs capables de résister à des pressions élevées, pouvant peser jusqu'à 10 fois l'hydrogène qu'ils contiennent.


Il le grand inconvénient de l'hydrogène par rapport au courant électrique est lié au transport: en fait, alors que le transport de l'électricité est très simple puisqu'il existe un réseau déjà développé, le transport de l'hydrogène nécessiterait un réseau de canalisations dédié qui est actuellement absent. Ainsi, pour l'instant, l'hydrogène peut être transporté comprimé ou liquéfié sur des camions ou des trains spéciaux, ou il pourrait être transporté en mélange avec du méthane, nécessitant toutefois des systèmes de séparation des deux gaz à la sortie du conduit.

Voiture à hydrogène

L'l'hydrogène peut être utilisé comme source d'énergie déplacer des voitures de deux manières : comme carburant pour alimenter un moteur à combustion interne, ou pour produire de l'électricité dans une pile à combustible.

L'hydrogène peut être utilisé comme carburant dans les moteurs à combustion interne, en utilisant le cycle Otto, le même utilisé pour les moteurs à essence : par rapport à l'essence l'hydrogène permet des rendements plus élevés dans toutes les conditions, en particulier l'amélioration est plus importante à faible charge, où les moteurs essence consomment plus que le diesel. De plus, l'utilisation d'hydrogène permet d'éliminer presque totalement les émissions de particules et d'hydrocarbures imbrûlés ; des émissions nocives peuvent se produire en raison de la combustion partielle des gouttelettes d'huile. En utilisant l'hydrogène, une quantité non négligeable de NOx est toujours produite, bien que inférieure à celle des moteurs à essence.


Toyota travaille sur l'utilisation de l'hydrogène dans les moteurs à combustion interne. Cependant, lel'utilisation de l'hydrogène dans les voitures comme carburant n'est pas idéale, car si les valeurs maximales d'efficacité obtenues avec les moteurs à combustion interne ne dépassent pas 35%, les piles à combustible qui utilisent l'hydrogène ne descendez pas à des valeurs d'efficacité inférieures à 40%. Pour cette raison, les voitures à hydrogène actuellement sur le marché sont des voitures à pile à combustible.


Le fonctionnement de ces voitures est basé sur la pile à combustible : dans une pile se produit le procédé d'électrolyse inverse, dans lequel l'hydrogène se combine avec l'oxygène pour former de l'eau, de l'électricité et de la chaleur. Pendant que l'hydrogène est retiré du réservoir, l'oxygène doit être retiré de l'air. Pour cette raison l'air qui va réagir doit être filtré pour éliminer les particules solides, qui peuvent compromettre le bon fonctionnement de la batterie.

L'eau produite est expulsée sous forme de vapeur d'eau, tandis que l'énergie produite est utilisée pour alimenter les moteurs électriques qui mettent les roues en mouvement : i les rendements des piles à combustible sont d'environ 50%, mais à l'avenir, avec l'amélioration des technologies, ils pourraient atteindre des valeurs allant jusqu'à 60%

Dans les voitures à pile à combustible à hydrogène, il est il y a aussi une petite batterie, autour du 2 kWhque il permet de régénérer de l'énergie lors du freinage. L'énergie stockée est utilisée en combinaison avec celle produite par la pile à combustible afin de rendre le fonctionnement de la pile aussi efficace que possible. Généralement, c'est plus efficace s'il fonctionne en permanence, donc la batterie fournit de l'énergie surtout dans les situations les plus exigeantes telles que les accélérations intenses.

FCEV vs BEV

Le les voitures à pile à combustible sont à toutes fins utiles des voitures électriques avec plusieurs avantages et quelques inconvénients par rapport aux voitures électriques à batterie : un premier avantage de la pile à combustible automobile par rapport à ceux alimentés par batterie se compose du poids le plus faible, cela a un impact positif sur les compétences dynamiques et l'autonomie.

L'autonomie des voitures à pile à combustible est généralement supérieure à celle des voitures à batterie: les voitures à pile à combustible parcourent en moyenne environ 100 km/kg et considérant que les modèles actuellement sur le marché ont un réservoir capable d'accumuler 5/6 kg d'hydrogène, on obtient donc des autonomies de 500/600 km, même si des valeurs plus élevées pourrait être obtenu. Les autonomies de ce type ne sont pas encore à la portée des voitures à batterie.

Un autre gros plus des voitures FCEV par rapport aux BEV est certainement le temps de ravitaillement; en fait, le Le processus de ravitaillement d'une voiture à hydrogène est très similaire à celui d'une voiture au méthane ou au GPL, et nécessite généralement pas plus de minutes 5. Les délais pourraient augmenter dans le cas où de nombreux ravitaillements consécutifs auraient été effectués à la même station de ravitaillement.

Cependant, il inconvénient de la pile à combustible automatique par rapport aux voitures à batterie et absence, surtout en Italie, d'un réseau de stations-service: en fait, à l'heure actuelle, il n'y a qu'une seule station de référence près de Bolzano où le le coût du ravitaillement est de 13/14 euros/kg. Le prix du ravitaillement en hydrogène constitue un deuxième inconvénient pour ce type de voiture par rapport aux voitures à batterie ; par conséquent, le coût de la recharge est nettement inférieur et s'ajoute au coût d'achat plus élevé des voitures à pile à combustible par rapport aux voitures alimentées par batterie.

En effet, les modèles de voitures électriques à pile à combustible actuellement sur le marché, comme la Toyota Mirai ou la Hyundai Nexo, tournent autour de 70.000 XNUMX €, des valeurs supérieures à celles des voitures électriques à batterie du même segment. Aussi, les coûts d'entretien des voitures à pile à combustible pourraient être supérieurs à l'équivalent des voitures électriques à batterie, en raison de la plus grande complexité due à la présence de la pile à combustible.

Les voitures à hydrogène sont-elles sûres ?

L'hydrogène, bien qu'étant un gaz hautement inflammable, il est considéré comme sûr, parce que pour exploser, il faut qu'il atteigne une concentration élevée dans l'air. Il est très peu probable que cela se produise : en cas de déversement, l'hydrogène étant moins dense que l'air, 0.09 g/litre contre 1.2 g/litre à pression atmosphérique, a tendance à remonter immédiatement vers le haut puis à se disperser rapidement. Pour cette raison, il est possible de garer les voitures à hydrogène à l'intérieur sans problème comme c'est le cas pour les voitures au méthane.

En outre, la réservoirs, dans lequel l'hydrogène est stocké à haute pression, ils sont testés pour résister aux chocs et aux accidents et éviter toute fuite d'hydrogène; le Hyundai Nexo par exemple l'a eu 5 étoiles aux crash tests Euro NCAP.

A quoi s'attendre dans les prochaines années ?

L'utilisation de l'hydrogène semble destiné à augmenter dans les années à venir, en particulier dans les secteurs des transports qui nécessitent des recharges rapides et une grande autonomie, comme les transports publics ; une augmentation du réseau de stations-service est également attendue hydrogène.

Cependant cela reste un grand scepticisme quant à l'efficacité énergétique de l'hydrogène: en fait, bien que leutilisation de l'hydrogène bleu ou vert pour alimenter les voitures électriques la pile à combustible permet de réduire les émissions de dioxyde de carbone, utiliser directement l'électricité renouvelable produite pour recharger les voitures électriques avec des batteries est beaucoup plus efficace. En revanche, le fabriquer une voiture à batterie nécessite beaucoup plus d'énergie qu'une voiture à pile à combustible.

On peut également émettre l'hypothèse qu'à l'avenir, l'hydrogène produit à partir de sources renouvelables servira de base pour produire des carburants synthétiques, également appelés e-fuels, capables d'alimenter des moteurs à combustion interne, sans impact sur les émissions de dioxyde de carbone.

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