Pile à combustible

 

     La seconde technologie permettant d'utiliser l'hydrogène comme énergie pour un bus est la PAC (pile à combustible) ou pile à hydrogène plus spécifiquement. Cette technologie permet grâce à des réactions électrochimiques de transformer l’hydrogène (H2) en chaleur et en électricité avec comme seul produit résiduel de l’eau (H2O). 

 

 

 

        Un des premiers prototypes (2000) d'autobus équipé d'une pile à combustible : le Nebus (No Emission Bus) de Mercedes

     

 

   La pile à combustible ou à hydrogène

 

   Le principe de fonctionnement est extrêmement simple : il s’agit d’une combustion électrochimique contrôlée d’hydrogène et d’oxygène, avec production simultanée d’électricité, d’eau et de chaleur, selon une réaction chimique universellement connue :

 

H+ 1/2 O2 -> H2O


Fonctionnement d'une PAC dans un véhicule

 

 

    L'hydrogène se sépare en 2 ions hydrogène et 2 électrons

H2 => 2H+ + 2e

   Les électrons passent de l'anode à la cathode en alimentant le moteur électrique ce qui le fait fonctionner alors que les ions hydrogène traversent les catalyseurs et l'électrolyte. Ensuite de l'oxygène est injecté afin d'obtenir cette réaction :

 4H+ + 4e+O2 => 2 H2O

Animation expliquant une PAC (nécessite Flash)

 

     Ainsi, le produit de toutes ces réactions est l'eau qui est dirigée vers l'échappement ce qui ne pose aucun problème puisque les véhicules thermiques en rejetent aussi et que l'eau est non polluante. Enfin, pendant ce processus, de la chaleur est crée et s'évacue. Il existe aujourd'hui plusieurs types de PAC (Alcaline, acide phosphorique...) qui ont comme différences :

       - leur température de fonctionnement  (200°C à 1 000°C !)

       - leur durée de vie (3 000h à près de 50 000h d'après les premiers tests)

      - leur stade de développement : en effet certaines sont déjà commercialisées alors que d'autres sont à peine en cours d'expérimentation !

       - leur coût d'utilisation, de production, d'entretien...

Nous ne rentrerons pas plus dans les détails vu leurs complexités et specificités.

 

 

   Avantages

 

    L'utilisation d'une PAC avec de l'hydrogène et de l'oxygène est totalement propre et ne rejete aucun gaz à effet de serre. Elle est aussi totalement silencieuse. De plus, le rendement est largement supérieur à celui d'un moteur thermique (essence ou diesel) : 50% voire 60% à l'instar de 15 à 27% pour une motorisation classique. Les problèmes de sécurité ont aussi été résolus et les derniers prototypes sont aux normes de sécurités actuelles. Enfin, grâce aux progrès de la miniaturisation, une PAC peut parfaitement s'intégrer dans un bus ou un autocar.

    Dernier point, l'autonomie d'un bus à pile à hydrogène est généralement supérieure à celle d'un véhicule électrique par exemple (360 kms pour le modèle exposé plus bas !). 

 

 

   Inconvénients

 

     Le principal problème de la pile à hydrogène est d'ordre économique. Les catalyseurs sont aujourd'hui constitués d'un métal précieux, rare et donc cher : le platine. En effet, il se vend près de 29€ le gramme contre 24€ pour un gramme d'or. Or ce matériau est indispensable pour fixer l'oxygène et lui permettre de se combiner avec l'hydrogène. Mais ce problème pourrait disparaître grâce à l'apparition d'une nouvelle technologie  qui consiste à remplacer le platine par des hydrogénases. En effet, des enzymes appelées hydrogénases et plus principalement leur site actif peuvent accélerer la décomposition de l'hydrogène en ions hydrogènes, ce qui est le rôle actuel du platine. Cette technologie pourrait être au point dès 2020.

      Par ailleurs le coût de l'hydrogène pour faire rouler les bus est 2 à 3 fois supérieur que celui du pétrole. Toutefois après la mise en place de chaînes de production massive de H2 et l'augmentation du prix de l'essence, on pourra espérer un écart de prix moins important entre ces 2 énergies. 

       Enfin, l'arrivée de bus munis d'une pile à combustible dans un réseau nécessite bien évidemment quelques aménagements pour l'alimentation et la maintenance de ces bus.



   Réalisation

 

 

 

Bus doté d'une pile à combustible à Hydrogène signé Hyundai

 

 

    Ce bus, tout dernièrement présenté, nous présage l'avenir de la PAC dans ce type de véhicule.

En effet, il affiche des performances remarquables :

     - 100km/h de vitesse maximum

     - trois moteurs délivrant en tout une puissance de 300kW en continu

     - emploi de supercondensateurs pour stocker l'énergie électrique pour l'accélération

     - l'hydrogène est stocké sur le toit dans 6 cylindres sous une pression de 350 bars

     - l'autonomie annoncée en cycle urbain est tout simplement bluffante : 360 kms !

 

 

 

   Conclusion

 

     La pile à hydrogène, bien que moins médiatisée que l'énergie électrique avec batteries, semble bien plus prometteuse que les autres technologies. Avec des autonomies plus acceptables (360 kilomètres ci-dessus), cette technologie pourrait bien être très vite adoptée à la fois par les autobus, mais aussi par tous les cars vu l'autonomie plus importante. De plus, les pleins en stations à hydrogène seront assez rapides (1 à 2 minutes). 

      Ainsi avec une production conséquente d'hydrogène et des matérieux moins chers, cette énergie pourrait bien attendre 80% des ventes du marché des transports en 2050 d'après certains analystes.

 

 

 

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