L HYDROGENE, ENERGIE D AVENIR OU UTOPIE?

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4 L HYDROGENE, ENERGIE D AVENIR OU UTOPIE?

5 L hydrogène : un combustible fascinant l hydrogène comme combustible a quelque chose de fascinant élément chimique le plus abondant de l univers le plus léger le seul dont la combustion ne produit ni polluant, ni CO² difficile de trouver mieux, et pourtant Flamme d hydrogène

6 L hydrogène : deux utilisations possibles Soit directement comme carburant, en substitution du pétrole Soit comme «input» dans une pile à combustible, pour produire de l électricité

7 dans les deux cas, un cercle parfaitement vertueux au moins sur le papier

8 cycle de l hydrogène carburant énergies renouvelables hydrogène électricité électrolyse de l eau H² carburant + eau vapeur

9 cycle de l hydrogène dans une pile énergies renouvelables électricité hydrogène pile à combustible électrolyse de l eau électricité eau (liquide)

10 Encore récemment, l hydrogène carburant suscitait beaucoup d espoir 1979 : 1 prototype à hydrogène à prendre la route 1999 : première station-service publique à hydrogène liquide, installée à Munich (avec TOTAL) 2000 : 15 BMW 750 «h» servent de navettes pour «Expo 2000»

11 En 2007, on écrivait à propos de l hydrogène carburant «Dans les années qui viennent, les premiers véhicules à hydrogène seront livrés aux clients» «En 2010, le marché comptera plusieurs milliers de véhicules à hydrogène» «En 2025, 25% du parc mondial roulera à l hydrogène»

12 difficulté n 1: le stockage l hydrogène n est pas un carburant idéal (faible pouvoir énergétique faible densité du gaz H² ) Pour faire 400 km 4 kg d H² 45 m3 soit litres = cube de 3,5 m de côté à pression normale 90 g / m3 45 m3 = 4 kg d H² 3,50 m Avec un réservoir actuel, une voiture parcourrait 600 m dans le meilleur des cas

13 hydrogène comprimé (gazeux) Compression à 200 bars : savoir faire acquis = 11 Kg / m3. 4kg réservoir de 360 l. (2 baignoires) R & D sur réservoirs supportant 500 à 700 bars La compression absorbe une énergie représentant 10 à 20% de celle contenue dans le réservoir

14 hydrogène liquide 70 Kg / m3 60 l. pour 4 kg d H² : un réservoir «classique» suffit. mais C = température à maintenir et évaporation à éviter (se vide en 10 jours) construction complexe et coûteuse la compression = 30% de l énergie contenue

15 difficulté n 2 : la distribution

16 complexité de la distribution pour liées à Immenses flottes de camions citernes nécessaires (10 à 20 fois plus qu aujourd hui, les mêmes raisons, la nature de l hydrogène) Un réseau spécifique de gazoducs coûterait le double de celui du gaz naturel L AIE (Agence Internationale pour l Énergie) estime à plus de 2000 milliards le coût d un réseau mondial

17 difficulté n 3 : l hydrogène est mal adapté aux moteurs à pistons Faible densité du gaz problèmes d admission et de compression Rendement (< 25%) et puissance en forte diminution d environ 50% Moteur V cm3 450 ch. avec l essence 245 ch. avec l hydrogène Combustion à haute température = vapeur d eau et NOx, des gaz à effet de serre Moteur rotatif Wankel Mazda 210 ch. 107 ch.

18 => l hydrogène carburant est aujourd hui abandonné par son pionnier et par d autres constructeurs (Mazda, Ford)

19 Reste la pile à combustible De nombreux constructeurs veulent encore croire que la voiture à hydrogène représente toujours l avenir de l automobile la seule à se montrer aussi propre que la voiture électrique Mais sans souffrir de sa limite : l autonomie réduite de sa batterie

20 son cycle (même très simplifié) est toujours aussi vertueux

21 son rendement (pour transformer l énergie de l hydrogène) est supérieur au moteur thermique

22 2008/2009 : inflation de modèles de démonstrations

23 même des vélos (chinois) parmi les prototypes Vélo à pile à combustible alimentée à l hydrogène

24 des démonstrations presque tous les constructeurs présentent une voiture Pile à Combustible + Hydrogène mettent l accent sur l autonomie convaincantes adoptent un schéma technique quasi identique

25 la voiture à hydrogène, c est maintenant : une voiture électrique dont la batterie est remplacée par une pile à combustible cette pile est alimentée par un réservoir d hydrogène une batterie tampon est conservée pour récupérer l énergie cinétique au freinage

26 une technique maîtrisée par presque tous les constructeurs moteur électrique pile à combustible batterie tampon (lithium-ion) réservoir hydrogène air comprimé refroidissement

27 Scenic ZEV H² présenté en juin 2008 (oublié depuis, dans la nouvelle stratégie du tout «batteries»)

28 Klasse B Fuel Cell (2009) 100 kw (136 ch.) 170 km/h 1730 kg (surpoids de 250 kg) 380 km d autonomie réservoir H² gazeux à 700 bars rechargé en 3 min à une pompe à H² Un essai en janv.2010 : «une sacrée bonne auto»

29 FCX Clarity (2009) 1625 kg 460 km d autonomie avec 4 kg d H² sous pression 350 bars = 3 fois mieux qu une «électrique à batterie» de taille et de performances comparables

30 - Alors, la voiture à pile à combustible est viable? - Bien sûr que oui - Alors, la voiture à pile à combustible est à vendre? - Bien sûr que non

31 difficulté n 4 de l hydrogène : le coût prohibitif d une pile à combustible (coeff. x 50) Coût de base : 1000 Coût de base : coût en partie dû au platine (80 g par pile) utilisé comme catalyseur de dissociation de la molécule H²

32 Quelles perspectives pour les coûts? GM annonce la commercialisation d une pile à combustible qui se contenterait de 30 g de platine en 2015 Honda et Toyota annoncent aussi des modèles commercialisables à prix concurrentiel en 2015 on peut néanmoins craindre des effets d annonces. Il faudra toujours des catalyseurs

33 les dernières positions des constructeurs sont prudentes ne parle plus ni de pile à combustible, ni d hydrogène. Fait un pari sur le «tout batterie» ne communique pas sur les prix de ses prototypes, «aux coûts unitaires monstrueux» «La FCX Clarity, bien que produite en petite série,(200 ex. sur 3 ans) n est pas à vendre»

34 positions de constructeurs : «En 2020, 10% des autos rouleront avec des batteries» (donc sans pile à combustible, ni hydrogène) Lance une petite série de 200 Klasse B Fuel Cell, «pour voir». Déplore l absence d un réseau H² en Europe «La FCX Clarity expérimentale - est louée à perte» (600 $ / mois) avec restitution obligatoire au constructeur, qui en attend un maximum de retour d expérience

35 difficulté n 5 : la batterie concurrence l hydrogène par la simplicité de sa chaîne énergétique par son moindre prix de revient, même pour les batteries haut de gamme, comparé à la pile à combustible

36 la batterie concurrence l hydrogène par son meilleur rendement de «l électricité à la roue» 100 % d énergie électrique Rendement final 60 % 100 % d énergie électrique 12 %

37 La batterie concurrence l hydrogène par son réseau de recharge, qui existe déjà, même s il est perfectible par ses progrès technologiques, peu spectaculaires, néanmoins bien réels (autonomie, poids )

38 Quelques batteries Accumulateurs Acide Plomb Nickel Hydrure «Prius» Nickel Métal Hydrure Lithium Ion Lithium-ion Polymère / brevet et voiture Bolloré

39 difficulté n 6 : l hydrogène pur n est pas une énergie primaire. Comme l électricité, c est un vecteur d énergie Il n existe pas dans la nature, comme le pétrole, le gaz, ou le charbon Il faut l extraire. A l état naturel, il est toujours lié solidement à d autres atomes À l échelle industrielle, cette production s effectue au prix d une importante consommation d énergie

40 produire de l hydrogène est banal

41 production mondiale d hydrogène 50 millions de tonnes / an 95 % par raffinage de combustibles fossiles 50 millions de tonnes / an = 1,5 % de la demande mondiale d énergie primaire Utiliser l hydrogène comme vecteur d énergie suppose donc d augmenter radicalement sa production

42 le procédé industriel le plus rentable pour l instant à partir du gaz naturel Un rendement de 70 % Un «kwh» hydrogène 3 fois plus cher qu avec le gaz Une méthode qui rejette 8 tonnes de CO² / tonne d H² il est plus intéressant d alimenter le moteur directement en gaz naturel

43 L hydrogène produit à partir de l électricité Électrolyse de l eau (bien connue) 50 kwh d électricité pour produire 1 kg d H² Assez pour parcourir une centaine de km dans une voiture aussi efficace que la Honda FCX par exemple Mais cette quantité d électricité permettrait aussi de parcourir 300 km dans une voiture à batterie, (certes au prix de 3 recharges)

44 Le récent revirement américain G. Bush avait fait de l hydrogène le Graal de l industrie automobile américaine B. Obama vient de couper 100 millions de $ sur le budget de l hydrogène, au profit de recherches sur le véhicule rechargeable et les infrastructures

45 Le récent revirement américain Stephen CHU, secrétaire à l énergie du gouvernement américain, et prix Nobel de Physique 1997 : «Nous nous sommes posés la question : est il probable que dans les dix, quinze, vingt prochaines années, nous nous convertissions à l économie de la voiture à hydrogène? Nous avons conclu que la réponse est non»

46 CONCLUSION l avenir réel de la voiture à hydrogène interroge La pile à combustible progresse, mais demeure onéreuse La production d hydrogène «propre» reste à inventer, et surtout à construire Tout comme ses modes de distribution, de conditionnement et de stockage La voiture à hydrogène n est pas pour demain!

47 Illustrations annexes pour débat ou questions-réponses

48 deux aspects de l hydrogène

49 Steven CHU Secrétaire d État à l Énergie dans le Gouvernement de Barack Obama Prix Nobel de Physique 1997

50 La solution au problème de l autonomie des véhicules à batterie?

51 autoroutes de l hydrogène Norvège Projet HyNor 4 stations opérationnelles Californie Projet gelé en stations fermées 20 Autobus à Piles à Combustible pour l Hydrogen Highway des JO d hiver 2010 (Colombie Britannique/Canada)

52 principe de fonctionnement d une pile à combustible 2 obstacles majeurs à surmonter à ce jour : > le coût de fabrication > la durée de vie (env h. max)

53 station solaire de production d H² Station individuelle développée par la R & D du constructeur HONDA Pas de compresseur. Les panneaux solaires fournissent de l H². 0,5 kg d H² en 8 h. de quoi faire 80 km

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55 combustion comparée H²/essence