Cette rubrique « Frequently Asked Questions » - pourquoi pas en français « Foire Aux Questions » ? - est, comme son nom l’indique, consacrée aux questions qui viennent le plus à l’esprit à propos de l’hydrogène.
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Mieux, cette rubrique se voudrait interactive en invitant toute personne la lisant à donner son appréciation et à faire des commentaires sur son contenu mais aussi, bien sûr, à proposer de nouvelles questions, avec ou sans leur(s) réponse(s). Pour ce faire adressez utilisez le formulaire de Contact.
Les questions sont identifiées par un numéro d’ordre et lorsqu’il y a lieu, est mentionné la référence de la, ou des, fiche(s) du Mémento de l’hydrogène (disponible sur le présent site) qui traite(nt) en détail du sujet correspondant.
Un vecteur d’énergie est une forme d’énergie transportable donc utilisable en un lieu différent de celui où elle est produite. Le vecteur d’énergie n’existe pas à l’état naturel, il doit être produit à partir d’une énergie existante (charbon, pétrole, gaz naturel, énergies renouvelables, ou nucléaire). L’électricité est le vecteur d’énergie type le plus répandu.
L’hydrogène répond à la définition d’un vecteur d’énergie: il n’existe pas à l’état naturel et doit être produit à partir de transformations chimiques ou électrochimiques nécessitant un apport d’énergie. C’est ainsi que le gaz de ville, dont l’hydrogène était le principal combustible, fut durant le XIXème siècle et jusqu’au milieu du XXème siècle, produit, stocké et distribué tant aux particuliers, aux services publics qu’aux petites industries dans toutes les villes de quelque importance.
Produire sans émission de gaz à effet de serre, ni de rejets polluants:
- de l’énergie mécanique ou de la chaleur,
- de l’électricité grâce à la pile à combustible (un convertisseur à haut
rendement),
Permettre le stockage des énergies renouvelables et ce, en produisant de l’hydrogène par électrolyse de l’eau avec l’électricité que fournissent ces énergies.
Cf . Mémento fiches 5.1 à 5.2.6
Parce que la houille et le pétrole étaient abondants et peu coûteux. L’idée de recours à l’hydrogène vient du fait de l’épuisement des réserves de ces combustibles et de la mise en évidence de leur contribution à l’augmentation de l’effet de serre et de leurs effets néfastes sur la santé et l’environnement.
Cf . Mémento fiches 0.1 et 1.1 à 1.6
Le plus tôt possible pour limiter les émission de gaz carbonique et au plus tard lorsque la raréfaction des ressources fossiles aura conduit à une augmentation significative de leurs prix. On pense généralement que cette situation verra le jour vers 2030-2050. Mais il faut encore faire des progrès technologiques pour diminuer le prix des équipements et vaincre de nombreuses réticences au niveau des tenants des énergies traditionnelles et du grand public et enfin affirmer une volonté politique déterminée.
Aujourd’hui pas encore. D’après de nombreuses prospectives économiques le prix de l’hydrogène distribué en station serait entre 4 à 6 fois celui de l’essence.
Cf . Mémento fiche 10
Oui, pour les transports par route, il partage cet avantage avec les hydrocarbures ou les alcools de synthèse issus de la biomasse. Mais l’hydrogène, s’il est l’élément le plus énergétique par unité de masse, présente l’inconvénient d’une très faible densité à l’état gazeux comme à l’état liquide, ce qui conduit pour les transports terrestres à des réservoirs encombrants et coûteux.
Ce n’est peut être pas une contrainte insurmontable, elle est le prix à payer pour rouler avec des véhicules qui suppriment:
- les pollutions locales (oxydes d’azote, composés organiques volatils, poussières),
- les pollutions sonores,
- et une partie des émissions de gaz à effet de serre (gaz carbonique CO2).
La substitution progressive de l’hydrogène au pétrole devrait débuter par l’équipement de flottes de véhicules de transports publics dans les grandes agglomérations.
Cela dépendra:
- de la conclusion d’accords internationaux sur les émissions de gaz à effet de serre,
- de la croissance mondiale de la demande énergétique,
- de l’évolution de la production de pétrole en fonction du temps (date du « pic » de la production mondiale).
Elles tiennent à la très faible densité spécifique de l’hydrogène. A la pression atmosphérique et à la température ambiante, 1m3 d’hydrogène gazeux ne pèse que 90 g. Ainsi pour stocker 5kg d’hydrogène gazeux sous 35 MPa (5000 psi) permettant à une automobile une autonomie de 500 km, il faut un réservoir composé de tubes métalliques ou thermoplastiques renforcés par des bobinages de fibres de carbone enrobés de résine époxy représentant un volume de l’ordre de 200 litres; des développements plus récents permettent le stockage à 70 Mpa et donc sous un moindre volume.
Par rapport à un réservoir à essence le réservoir à hydrogène comprimé est une solution techniquement plus complexe, plus volumineuse et plus coûteuse. Elle a néanmoins été adoptée pour la plupart des prototypes de véhicules à pile à combustible.
La solution hydrogène liquide stocké à la pression atmosphérique (ou sous faible pression de quelques bars) à –252°C est également expérimentée. Elle demande des volumes du même ordre, une isolation thermique du réservoir de type cryogénique et présente l’inconvénient d’exiger un dégagement permanent d’hydrogène gazeux (du à l’ébullition de l’hydrogène liquide).
D’autres voies sont explorées : hydrures métalliques, borohydrures liquides, alanates, adsorption dans des nanostructures, mais pour l’instant, elles ne sont pas en mesure de s’imposer face à la solution hydrogène gazeux comprimé.
Cf . Mémento fiches 4.2 à 4.4
En station service. Une telle distribution de l’hydrogène est aujourd’hui pratiquement inexistante à l’exception de la centaine d’installations de chargement liées à des démonstrations de bus ou de voitures particulières. Elle s’adaptera à l’évolution de la demande en fonction du temps.
Au départ, les expérimentations sur des flottes captives comporteront des installations autour des sites de production et de chargement d’hydrogène gazeux sous pression (35 MPa) (cf. projets ECTOS et CUTE).
Des réseaux expérimentaux de stations de chargement se développent actuellement le long des autoroutes ou en ville et ce: aux USA (Californie, Ohio, Washington, Floride), au Canada (Vancouver, Montréal) et au Japon (Tokyo, Yokohama) et d’autres projets sont à l’étude en Allemagne.
Cf . Mémento fiche 4.5.1
Dans le cadre international, l’ISO TC 197 « Technologies de l’hydrogène » travaille à l’élaboration des normes et de règles pour l’utilisation de l’hydrogène en dehors de ses emplois classiques dans l’industrie chimique et le raffinage.
Il existe des directives européennes transposées en droit français qui s’appliquent à l’hydrogène dans les applications traditionnelles, à son stockage et à son transport, aux travailleurs.
Il n’y a pas encore de réglementation concernant l’hydrogène dans les applications transport; en revanche une directive européenne est en voie de préparation.
Cf . Mémento fiche 7.3
De nos jours, la production d’hydrogène la plus massive provient du gaz naturel, de produits pétroliers ou de charbon mais elle s’accompagne de rejets importants de CO2 qu’il semble néanmoins possible de pouvoir séquestrer dans des sites géologiques souterrains, des projets sont à l’étude. En revanche l’utilisation d’électricité d’origine hydraulique, nucléaire, éolienne ou solaire permet, par électrolyse de l’eau, de faire de l’hydrogène propre, c’est à dire sans rejet de CO2. Jusqu’en 2030 et même après, ces procédés sont les seuls qui paraissent susceptibles d’être utilisés dans le cadre de la sauvegarde de notre environnement. On pourra ultérieurement leur ajouter le traitement chimique de la biomasse et la dissociation de l’eau à haute température à partir de la chaleur de réacteurs nucléaires ou de capteurs solaires à concentration, deux moyens de production actuellement au stade de la recherche et du développement.
Cf . Mémento fiches 3.1.1 à 3.3.2
Le bilan thermodynamique intrinsèque dépend essentiellement des molécules chimiques dont on va extraire l’hydrogène. L’augmentation de la taille de l’installation et de sa complexité -processus chimique et dispositifs de récupération d’énergie - sont les voies qui permettent de mettre en œuvre des cycles qui rejetteront la plus faible quantité d’énergie thermique à l’extérieur du système (par exemple reformer avec cogénération de vapeur).
Une amélioration du bilan « économico-thermodynamique » peut être obtenue en associant des sources d’énergie de coûts différents, comme dans le cas de l’électrolyse à haute température, ou encore de « l’électricité d’heures creuses », quelle que soit la source de cette électricité.
- Dissociation de l’eau par électrolyse haute température ou par dissociation thermochimique à partir de réacteurs nucléaires à haute température ou de systèmes solaires à concentration. Pour ces derniers, même s’ils existent déjà (expérimentations Dish Stirling aux USA), les points durs sont économiques. Quant aux systèmes nucléaires ils sont en cours de développement dans la cadre d’accords internationaux sur les futurs réacteurs nucléaires dits de génération IV, le premier prototype devrait voir le jour vers 2017.
- Traitement de la biomasse. Les points durs sont d’ordre technique pour diminuer le coût de ce procédé
- Electrolyse à partir de l’électricité éolienne ou photovoltaïque. Il n’y a pas véritablement de point dur si ce n’est un développement de ces technologies pour en abaisser le coût.
- Pratique généralisée de la capture et de la séquestration souterraine du CO2 dans le cas des grandes unités de production. Mais il reste à prouver que l’opération est à plus ou moins long terme sans effet sur l’environnement.
Cf . Mémento fiches 3.1.2 à 3.3.2
Pas tout à fait car en milieu non confiné (c’est le cas des milieux dans lesquels circulent les automobiles, y compris les tunnels qui sont tous ventilés), la grande vitesse de diffusion de l’hydrogène que lui confère sa faible densité rend impossible la formation d’un nuage explosif air/hydrogène. Pour la même raison les risques d’inflammation sont très limités surtout si le réservoir est placé dans le châssis (cas des V.L.) ou sur le toit du véhicule (cas des bus).
En tout état de cause l’utilisation de l’hydrogène présente des risques mais ils pourront être maîtrisés moyennant des précautions impératives tant au niveau des fuites et de leur détection qu’à celui d’une ventilation efficace.
Cf . Mémento fiches 7.1 et 7.2
Le volume de la pile à combustible s’est réduit de façon spectaculaire au cours des dix dernières années (> 1kW/litre) et l’architecture « monospace » qui se généralise même pour les véhicules du segment A (les plus compacts) contribue à réduire encore cet inconvénient. Tous les prototypes les plus récents (GM Hy-Wire, Ford, DaimlerChrysler, Toyota, Honda) offrent un volume intérieur disponible identique à celui des modèles traditionnels dont ils sont issus.
Cf . Mémento fiches 9.1.1 à 9.1.10
Les prototypes les plus récents ont une vitesse maximum identique à celle des modèles traditionnels dont ils sont issus. Pour ce qui concerne l’accélération, les caractéristiques d’un moteur électrique (fort couple au démarrage) permettent de meilleures performances que les véhicules traditionnels au point que certains constructeurs les limitent volontairement. Le bruit est quasiment inexistant en dehors du bruit de roulage, il se limite souvent à celui du dispositif d’aération nécessaire au refroidissement de la batterie. Quant aux émissions de polluants, elles sont nulles si le véhicule embarque son hydrogène, mais ne le sont pas (émissions de CO2) si l’hydrogène est produit in situ via un reformeur d’alcool ou d’essence.
Cf . Mémento fiches 9.1.1 à 9.1.10
L’autonomie du véhicule est directement liée à la quantité d’hydrogène embarqué: il faut embarquer environ 5 kg sur un véhicule léger. Sous 70 MPa, le volume occupé par les réservoirs est intégrable dans le châssis (voir le véhicule Sequel de GM).
Cf . Mémento fiches 9.1.1 à 9.1.10
Non, car la capacité de stockage de l’électricité par les batteries est trop limitée (130-150 Wh/kg avec la meilleure batterie de type Li-ion) pour leur masse, sans oublier leur temps de recharge et le nombre limité de cycles possibles.
Oui :
- soit seul (1200 km de pipes existent dans le nord de la France et le sud de l’Allemagne, pour acheminer de l’hydrogène destiné à l’industrie chimique depuis les unités de production jusqu’aux sites d’utilisation, et 2500 km ont été construit en Amérique du nord et dans le reste du monde).
- soit mélangé au gaz naturel dans des proportions en cours d’études, mais en tout état de cause dans des proportions supérieures à 20%
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