Le moteur à hydrogène
A. Economie
En Europe, le principe de moteur à hydrogène est très peu répandu,à l'instar des Etats Unis où se met en place des kits à hydrogène. Cependant l'Europe essaye de progresser comme le prouve l'Allemagne et la firme Air Liquide, conjointement avec ses partenaires de l’initiative "H2 Mobility". Elle vient de signer un accord portant sur la mise en œuvre d’un plan pour la construction d’un réseau de stations d’hydrogène sur tout le territoire allemand.
L'objectif est d'étendre le réseau allemand, qui compte actuellement 15 stations, à environ 400 stations de distribution d'hydrogène d'ici 2023 sur l'ensemble de l'Allemagne. Cela reprèsente alors un investissement de plus de 350 millions d'euros. C'est un investissement collosal mais il devrait porter ses fruits sur le long terme si le moteur à hydrogène se répand. Cet investissement permettra de faire connaitre le moteur en Europe où il reste inconnu dans certaine région.
Les véhicules électriques seront disponibles , selon les prévisions, dans moins de 10 ans, et ce réseau répondra à leurs besoins. Il faut alors déployer dans un premier temps une centaine de stations d'hydrogène en Allemagne en environ 4 ans.
De plus, la firme a fait des partenariats du même type qu'en Allemagne en Grande Bretagne, Suède, France ou encore aux Pays Bas ou au Japon. Permettant ainsi un essor du moteur, ou du moins permettant d'en faire parler
L'exemple islandais
En Islande, les énergies renouvelables sont nombreuses. Ainsi les autobus fonctionneront bientôt avec une pile à combustible. De plus, la pêche représente un enjeu important, de ce fait les bateaux de pêche fonctionneront avec une pile à combustible. C’est 80% des exportations qui se feront à l’aide de l’hydrogène.
Les automobilistes pourront alors s’approvisionner directement en hydrogène dans des stations spécialisées. L’hydrogène sera produit pas électrolyse sur des sites à partir d’énergie géothermique.
L’Islande a bien compris que les énergies fossiles ne sont pas éternelles et veut maintenir un leadership dans le domaine de l’hydrogène, qu’il considère comme un vecteur d’avenir. En misant tout sur l’hydrogène, il pense pouvoir exporter leur technique et leur savoir faire.
D’un point de vue économique, lorsque l’Islande sera entièrement équipée, elle importera moins de pétrole et rejettera moins de 70% de gaz carbonique. Se sera plus de 130 000 voitures, 1 500 bus et 800 bateaux qui seront équipés d’un moteur à hydrogène.
Concurrence mondiale
La pile à combustible doit faire face à la concurrence des autres moteurs répandus. Le moteur GPL est déjà très répandu en Italie et au Japon, par exemple, à Rome et à Tokyo, les taxis en sont équipés. Cependant la voiture électrique, par son manque d’autonomie et l’absence de bornes, n’est pas très répandue. La voiture hybride apparait ainsi, mêlant un moteur électrique et un moteur à essence. Ainsi le moteur à hydrogène PAC peut voir son avènement au XXIème siècle. Les constructeurs du monde entier se livrent une guerre pour mettre au point le premier moteur commercialisable. Nissan a déjà des projets concernant ce moteur. Renault espérait commercialiser sa première voiture à hydrogène en 2010, mais il n’y est pas parvenu. D’autres sociétés se sont retrouvées dans la même situation que Renault. On pense à Daimler-Chrysler, avec son hybride : Necar IV présentée en 2000 au salon de Hanovre et toujours pas commercialisée. Le moteur devait fonctionner avec une pile à combustible au méthanol donnant une puissance de 75kW, et une vitesse de 150km/h, et une autonomie de 600km. D’autres, comme le groupe Ballart innove en produisant un autre type de pile : PEMFC (proton exchange membrane fuel cells) utilisant le méthanol, dont l’hydrogène est extrait par un catalyseur. Son inconvénient est de produire du CO2 mais deux fois moins qu’un moteur à explosion. Il peut cependant se ravitailler sur des pompes à méthanol.
Finalement, avec un tel moteur, ils y aurait moins de tensions géopolitiques pour le pétrole notamment au Moyen Orient.
La théorie de l'économie à hydrogène
L'hydrogène est effectivement un espoir d'énergie écologique et peu coûteux. George Bush avait à maintes reprises évoqué la création d'une économie à hydrogène, qui aurait bientôt délivré les USA de l'esclavage du pétrole.
Si l'hydrogène doit s'imposer comme vecteur énergétique, il faut s'assurer que les processus de production, de conditionnement, de distribution, … ne demandent pas plus d'énergie qu'ils n'en délivrent. La production d'hydrogène se fait essentiellement par électrolyse de l'eau, de ce fait comme tout transfert d'énergie, il y a des pertes. De plus, l'énergie requise pour la compression de l'hydrogène à une pression de 20MPa est de l'ordre de 7 % de l'énergie présente dans l'hydrogène. Qui plus est, le transport de l'hydrogène se ferait par camion citerne mais pour des raisons de sécurité, il faut que ces camions puissent rejeter de l'hydrogène. De ce fait, l'ampleur des pertes est conséquente et les scientifiques l'estiment de l'ordre de 3 % par jour pour une voiture à hydrogène classique. En conclusion, 69 % de l'énergie produite serait utilisée pour n'en livrer que 29 %. .
Le système H2O
Les Etats-Unis développent un systéme plus économique du moteur à hydrogène, en kit. Pour seulement 129 euros, le dispositif de H2O agit comme un moteur à hydrogène.
Les générateurs H2O fonctionnent sur tout les moteurs : Diesel, essence, GPL, biodiesel, Huile végétale, … Ils permettent ainsi de réaliser une économie de carburant de l'ordre de 20 à 50 %.
L'hydrogène et l'oxygène formés par l'électrolyse de l'eau, sous forme de gaz, sont injectés dans le circuit d'air du véhicule. Ils se combinent alors avec le carburant et favorisent la combustion (augmentent le degré énergétique de gasoil/essence). De ce fait, il y a une économie de carburant.
D'autre part, les rejets au pot d'échappement sont beaucoup moins nocifs, les gaz se recombinants en vapeur d'eau. En outre, l'alternateur de la voiture ne peut produire une quantité suffisante d'hydrogène car il ne peut générer assez de courant. Sachant qu'il faut 2 euros d'électricité pour produire l'équivalent énergétique d'un litre de pétrole, on peut produire de l'hydrogène de manière économique. De plus, le coût d'un moteur à piston à hydrogène (BMW) ou d'une pile à combustible reste trop élevé : 150 000 euros. Le dispositif H2O permet donc une économie de carburant mais aussi un prix abordable par rapport à un moteur à hydrogène classique.
La production
L’hydrogène peut être produit à partir de ressources renouvelables, et converti en énergie par une pile à combustible embarquée dans le véhicule sans émission de gaz à effet de serre. Il peut être alors la solution pour les défis énergétiques actuels, mais pour cela des barrières doivent être encore surmontées avant qu’il puisse entrer sur le marché.
L’économie de l’hydrogène apparaît alors comme un concept qui décrit un monde où l’énergie provient essentiellement de sources non polluantes(et renouvelables à long terme) par l'intermédiaire de l’hydrogène.
A l’heure actuelle, le stockage sous forme comprimée et liquide sont les manières les plus économiques d’emmagasiner l’hydrogène. Les coûts restent toutefois très élevés, 2 à 3 fois supérieurs au niveau concurrentiel actuel. La production en masse doit réduire les coûts des réservoirs. Par ailleurs, des avancées technologiques sont nécessaires pour toutes les méthodes de stockage afin que l’hydrogène ne soit pas trop pénalisé en termes de coût et de performance. Spécialement dans les nouvelles méthodes métallique et chimique très prometteuses.
Le coût du transport
Les différentes options de transport entraînent des coûts très différents. De plus, les premières années après l’introduction de l’hydrogène dans le marché seront naturellement marquées par une incertitude sur la demande. Cela aura des répercussions sur le choix des entreprises d'investir ou non dans cette nouvelle filière. Dans le cas d'un transport par des pipelines, l’amortissement de ces coûts colossaux oblige à une utilisation maximale de la capacité en place. Ainsi, s'il existe une incertitude sur demande, il n'y aura pas d'investissements. Cependant, il est possible de produire l'hydrogène sur place ou le délivré par camion sous forme gaseuse ou liquide entrainant une baisse de coût. C'est donc l'incertitude constante qui empèche l'avénement du moteur à hydrogène. D'une part le systéme du moteur à hydrogène est peu connu, et d'autre part les techniques de fabrication de l'hydrogène ne représentent pas une certitude au niveau du coût et donc du prix de vente. Or un produit trop chère ne peut ètre commercialisé.
Un substitut économique?
La diminution des ressources pétrolières entraîne une importante recherche vers un substitut économique. L'utilisation de l'hydrogène permettrait d'assurer un approvisionnement en énergie à des pays ne possédant aucun gisements pétroliers. L'augmentation du prix du baril de pétrole rend viable un passage à l'hydrogène comme alternative. Sachant que le moteur à hydrogène fait économiser entre 20 et 60 % de carburant, les apports liées aux taxes sur le carburant seront moindre, et les gouvernements devront y faire face.
Une voiture moins chère?
Les entreprises automobiles essayent de développer une voiture moins coûteuse. En effet, les voitures à hydrogènes existantes coûtent 2 à 4 fois plus chères qu'une voiture à essences.
C'est pour cela que Toyota prévoit de lancer une berline hybride à pile à combustible accessible. L'autonomie et les performances de la voiture doivent être comparables à celles d'une voiture à essence, ainsi Toyota ne change pas les composants de la voiture mais remplace le moteur par une pile à combustible et les réservoirs d'essence par des réservoirs d'hydrogène. De plus la batterie de 21kW permettra aussi de stocker l'énergie perdue lors du freinage.
Des progrès ont aussi été fait sur la pile à combustible et sur les réservoirs. La densité de puissance de 3kW/L est inégalée à ce jour, qui plus est la pile est plus petite. Son efficacité a permit de réduire considérablement la taille des réservoirs, qui sont passés de 4 à 2. Un survolteur a été installé pour augmenter la tension du système et donc de diminuer la taille du moteur et le nombre de composants de la pile.
Cependant tout ceci doit correspondre à une berline familiale. De ce fait, l’espace au sein de la voiture doit être géré, les réservoirs et la pile sont alors placés sous le plancher.
En conclusion, Toyota proposera une berline moins coûteuse et plus performante: la pile est plus légère et plus petite, la voiture à doublée son autonomie passant de 330 km à 830 km et la voiture peut désormais démarrer à une température de -30°C. Finalement toutes ces améliorations ont permis à Toyota de réduire le coût de la voiture à hydrogène, cependant il reste élevé: 10 millions de yens soit 80000 euros.
Un autre exemple est BMW. La firme a loué au gouvernement allemand une dizaine de berlines de luxe équipées d'un moteur à combustion, semblable au moteur à essence, mais alimentées exclusivement par de l'hydrogène. Toyota, Honda, General Motors, Mercedes et bien d'autres constructeurs ont réalisé leur prototype à hydrogène, avec moteur électrique alimenté par des piles à combustible.