[Automobiles] Voiture à pile à combustible (et hydrogène)

[sceptique]

Je pense effectivement que la batterie (en plus de la PAC donc) sert de tampon. Je ne connais pas en détail les PAC mais je présume qu'elles apprécient de fonctionner en continu sans à-coups. C'est alors la batterie qui fournit ces à-coups et qui récupèrent l'énergie au freinage par exemple.
C'est un peu le principe des hybrides thermiques série ou on essaye de garder le régime et la charge du moteur thermique dans la plage de rendement maxi. La batterie prenant ou fournissant le complément d'énergie.
Dans ce cas on recherche plutôt des batteries capables d'encaisser des intensités élevées et un grand nombre de cycles au détriment de la capacité par kg.

[jimfells]

Les conditions pour faire exploser l'hydrogène, elles ne sont pas évidentes du tout à réunir (l'hydrogène est très volatile). C'est en tout cas beaucoup plus dur que de faire cramer une flaque d'essence ou exploser du Gaz Nat (qui arrive dans bien des cuisines pourtant - comme quoi on peut s'habituer a tout...).

Ce n'est pas parce que l'H2 est très volatil que c'est plus difficile à faire péter ou plus simple à gérer que de l'essence. Je n'ai pas non plus dit que c'est plus dangereux. C'est simplement très différent, et le risque ne se gère pas de la même façon, ni avec le même coût !

Bon je m'y colle , avec quelques notions sur la réglementation ATEX

Groupes :
En matière de directive ATEX (matériel pour ATmosphères EXplosibles), on classe les gaz selon plusieurs catégories en fonction du danger (LIE, LSE, EMI etc...):
J'ai indiqué ci-dessous les gaz qui servent de référence aux différents groupes :

Groupe I : Méthane - LIE=5% - LSE=15% - EMI= 0,28mJ
Groupe IIA : Propane LIE=2,1% - LSE=9,5% - EMI=0,25mJ
Groupe IIB : Ethylène - LIE=2,7% - LSE=36% - EMI=0,07mJ
Groupe IIC : Hydrogène - LIE=4% - LSE=75% - EMI=0,011-0,017mJ

Termes :
LIE (Limite Inférieure d'Explosivité): concentration minimale dans mélange air/substance au-dessus de laquelle
celui-ci peut être enflammé.
LSE (Limite Inférieure d'Explosivité): concentration maximale dans mélange air/substance au-dessous de laquelle
celui-ci peut être enflammé.
EMI (Energie Minimale d'Inflammation): quantité d'énergie minimale qui doit être apportée localement (sous forme
de flamme, étincelle, choc, frottement ...) pour provoquer l'inflammation d'une atmosphère explosible.
Atmosphère explosible : atmosphère susceptible de devenir explosive (danger potentiel)
Atmosphère explosive : mélange avec l'air de substances inflammables sous forme de gaz, vapeur, brouillards,
poussières, dans lequel après inflammation, la combustion se propage à l'ensemble du mélange non brulé.

Donc :
On voit bien que le dihydrogène n'a rien a voir en terme de facilité à faire péter (très faible quantité d'énergie
à apporter) ou en limite d'explosivité (LIE trés basse et LSE très haute, donc domaine très étendu !) avec le
gaz naturel (méthane) ou même l'essence (LIE = 1%, LSE = 7,6%). Je vous laisse imaginer ce que représente 0,01mJ en terme énergétique, c'est très vite atteint .

Conclusion
En faisant l'hypothèse (très osée ) que l'on sache produire en grande quantité ce fabuleux gaz, a moins
que les normes évoluent vers plus de laxisme (l'ATEX est incroyablement contraignante* et ne concerne pas les moyens de transports), je ne vois pas comment une industrie de masse comme l'automobile pourrait adopter l'hydrogène comme vecteur énergétique.

Voilà pour ma contribution, merci de critiquer et démonter mes arguments afin d'enrichir encore et toujours
ce précieux forum

(*) : pour exemple, l'aluminium n'est pas autorisé en zone 0, car trop de facilité à faire des étincelles.

.

[popeye]

Ce n'est pas parce que l'H2 est très volatil que c'est plus difficile à faire péter ou plus simple à gérer que de l'essence. Je n'ai pas non plus dit que c'est plus dangereux. C'est simplement très différent, et le risque ne se gère pas de la même façon, ni avec le même coût !

C'est vrai que le risque ne se gère pas de la même manière, et que le prix (surtout pour des pièces uniques, souvent pour des démonstrateurs) est plus élevé.

Mais je maintiens , comme je l'ai dit à plusieurs endroits, que l'hydrogène du fait de sa volatilité est plus difficile à faire exploser que d'autres produits de la vie courante. En particulier à l'air libre (cas des automobiles - qui en général ne m'intéresse pas mais tu poses la question).

En faisant l'hypothèse (très osée ) que l'on sache produire en grande quantité ce fabuleux gaz, a moins
que les normes évoluent vers plus de laxisme (l'ATEX est incroyablement contraignante* et ne concerne pas les moyens de transports), je ne vois pas comment une industrie de masse comme l'automobile pourrait adopter l'hydrogène comme vecteur énergétique.

L'automobile à bien adopté le GNV?
Je remet les valeurs que tu cites:
Groupe I : Méthane - LIE=5% - LSE=15% - EMI= 0,28mJ
Groupe IIA : Propane LIE=2,1% - LSE=9,5% - EMI=0,25mJ
Groupe IIB : Ethylène - LIE=2,7% - LSE=36% - EMI=0,07mJ
Groupe IIC : Hydrogène - LIE=4% - LSE=75% - EMI=0,011-0,017mJ
Pour faire une explosion, il faut le "triangle du feu" (j'ai bien suivi mes vieux cours), c-a-d à la fois un gaz qui brule, un gaz qui permet de bruler (c'est souvent l'oxygène de l'air) et de l'énergie pour enflammer.
_ 0,28mJ c'est rien du tout dans la vie courante (c'est de l'ordre de l'étincelle, ou de l'électricité statique d'un pull). Alors d'accord, 0,01 c'est trois fois rien du tout, mais c'est pas beaucoup plus dangereux comme tu l'affirmes.
Disons que tous les objets de la vie courante sont dangereux une fois les limites LIE-LSE franchies pour tous les gaz que tu cites et l'essence.
_ l'oxygène de l'air, sauf cas particulier tordu, il y en a toujours.
Disons que à nouveau une fois les limites franchies, c'est dangereux.
_ maintenant les limites: aussi bizarre que ça puisse paraitre, je vais pas trop m'intéresser aux limites hautes (en effet si on dépasse la LIE lors d'un fuite, c'est en gros qu'on a un nuage, qui va du plus - la fuite - au moins concentré - l'air "sain" - du coup on aura toujours la zone LIE-LSE vérifiée dans le cas d'un nuage; pour faire simple, même dans une pièce ou il y a 20% de propane - donc sans danger d'après les chiffres... -, bah moi je ferai pas le fier).
Du coup, la limite basse est l'objectif à ne pas atteindre! Maintenant, en partant du principe que le méthane est 16 fois plus lourd que l'hydrogène, ce dernier mettra 16 fois moins de temps à se disperser. C'est juste ça mon point de vue. J'ai des amis qui l'ont mis en application (involontairement), des fuites massives d'hydrogène dans une pièce remplie d'ordis, ils ont fait dans leur pantalon, mais ce sont les seuls dégâts répertories .

C'est une autre manière de voir la sécurité (le meilleure exemple est cette soupape qui en cas de problème "dirige" tout l'hydrogène dans une seule direction, considérée comme sûre, sauf pour les oiseaux), mais ce n'est en aucun cas plus dangereux.

Enfin, pour ta culture générale :

La consommation mondiale d’hydrogène est aujourd’hui d’environ 50 Mt c’est-à-dire près de 140 Mtep, représentant moins de 2 % de la consommation mondiale d’énergie.

lien
De l'hydrogène on en fabrique des quantités astronomiques (mais pour des utilisation moins cool que les piles... )

[shadoko]

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[jimfells]

Enfin, pour ta culture générale :

La consommation mondiale d’hydrogène est aujourd’hui d’environ 50 Mt c’est-à-dire près de 140 Mtep, représentant moins de 2 % de la consommation mondiale d’énergie.

lien
De l'hydrogène on en fabrique des quantités astronomiques (mais pour des utilisation moins cool que les piles... )

Oui en produit de grandes quantités. Mais les hydrocarbures dont il proviennent pourraient tout autant être utilisé classiquement avec des coûts globaux qui sont trois à six fois moins chers

Hors marché de niche, je ne vois pas pourquoi dans les 15 ans qui viennent une industrie de masse comme l'automobile ferait l'économie de quitter une filière qui fonctionne déjà et dont les infrastructures sont en place, avec un rapport coût/performance pour le consommateur imbattable à ma connaissance.
Les voitures seront probablement plus légères, plus petites, leur GMP plus efficient, les fonctions traditionnellement hydrauliques seront électrifiées, hybridisées, elles rouleront moins souvent et s'accommoderont d'un carburant plus cher mais toujours aussi pratique et énergétiquement dense.

Mais n'atant pas devin, je me trompe souvent

[GillesH38]

Une pile (ou des supercondensateurs) est nécessaire parce que la pile à combustible supporte très mal les variations brutales de puissance, et aussi parce qu'elle ne permet pas de récupérer d'énergie au freinage. Energétiquement parlant la pile à combustible est un désastre par rapport à une batterie (rendement minable) mais c'est le seul moyen actuellement d'augmenter sérieusement l'autonomie des voitures électriques....

euh... je suis un peu perdu là, popeye dit que c'est en fait pas adapté pour les voitures, et toi du dis que ça ne servirait qu'a ça... vous pouvez vous mettre d'accord pour expliquer au néophyte moyen à quoi ça sert alors?

[sceptique]

Je vais tenter d'expliquer à quoi peut bien servir une PAC (pile à combustion hydrogène) dans une voiture à (très ?) long terme.
Le principe est bien connu : avec H2 embarqué (comprimé, liquide ou dans des hydrures métalliques) et O2 (embarqué, très efficace, ou pris dans l'air) on obtient de l'électricité et comme déchet ultime de l'eau.
Evidement, le seul mode industriel de production de H2 actuellement connu (extraction du gaz naturel) est exclu à long terme (pénurie de gaz naturel). Et puis, surtout, il est plus efficace de mettre le gaz naturel directement dans un moteur essence adapté (modèle commercial C2). On fera toujours plus de kilomètres ainsi (et pour moins cher) qu'avec la chaine H2 : reformage du gaz naturel, compression, transport, PAC. Carnot est implacable.
La solution "écologique" serait de produire du courant décentralisé et intermittent (PV ou éolien par exemple), électrolyser de l'eau et stocker H2 (éventuellement O2). L'autre option étant de stocker directement l'électricité dans une batterie. Toutefois, le rendement final avec les batteries est meilleur (en gros un facteur 2) qu'avec la PAC. Mais les batteries sont chères, offrent une autonomie limitée, et s'usent assez vite.
Un mix des 2 (batteries et PAC) peut être intéressant. La PAC tourne en régime continu en fournissant juste la puissance moyenne nécessaire (par exemple le quart de la puissance maxi). La batterie sert alors de tampon, fournissant la puissance nécessaire lors des phases d'accélération et la récupérant lors des phases de freinage. De plus la batterie peut être seule dans les phases à faible vitesse (moins de 30-50 km/h) ou la PAC serait "surpuissante". On obtient ainsi un véhicule avec des performances et une autonomie "acceptable" selon les normes actuelles.
Maintenant les batteries n'apprécient pas trop les fortes intensités en charge ou décharge lors des phases d'accélération ou de ralentissement. Les super-condensateurs stockant quelques dizaines de Wh (correspondant à l'énergie cinétique acquise ou cédée par le véhicule E = 0.5 * m * v²) sont parfaitement adaptés.
Un mix supercondensateur + batteries + PAC semble optimal

[shadoko]

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[GillesH38]

OK, je reste alors à ce que j'ai dit : je doute que le rapport qualité/prix soit jamais supérieur à celui du pétrole (quand je dis qualité, je pense à tout ce que ça impliquetres concrètement comme contraintes d'utiliser l'hydrogène - tiens comment on fait pour aller chercher un jerrycan d'hydrogène quand on est betement tombé en panne d'hydrogène sur le bord de la route? ) , et quand le pétrole sera devenu très très cher, je pense que tout ce qui est en amont de la production d'hydrogène sera tout autant très très cher. La pénurie de pétrole se réglera par la plus simple manière qui soit : par la baisse du pouvoir d'achat qui empechera simplement d'en consommer - et c'est bien sur pas de savoir qu'il existe des voitures à hydrogène 10 fois plus chères, ou même 2 fois, ou même aussi chères , qui aidera un chomeur à en avoir une. Il faudrait qu'elle soit beaucoup MOINS cher pour que ça l'aide ! et franchement.... je vois pas comment y arriver !

Bref je ne vois toujours pas en quoi ça nous aidera le moins du monde a perpétuer notre mode de vie.... sans parler naturellement d'amener des milliards d'africains et d'asiatiques à quelque chose qui y ressemble !

[Krom]

Je recopie ci-dessous un post que j'ai mis dans un autre fil concernant l'hydrogène :

A propos de l'hydrogène, un article sur TOD.

If you go through a hydrogen chain, you find that after the fuel cell only 25% of the original electricity is available for use by consumers. A hydrogen economy is a gigantic energy waste. We cannot afford this in the future

(Ou comment exposer les choses simplement.)

Plus loin, il donne l'exemple fictif d'une aviation fonctionnant à l'hydrogène :

About 50 jumbo jets leave Frankfurt every day, each charged with 130 tons of kerosene. If you replace kerosene by hydrogen on a one-to-one energy base, each plane needs 50 tons of hydrogen. To fill the 50 jumbo jets one needs 2,500 tons of liquid hydrogen every day. 22,500 cubic meters of water, the water consumption of a city of 100,000, must be split by electrolysis. For this one the continuous electricity output of about eight nuclear power plants is needed. Now, if the entire traffic at Frankfurt Airport was all done with hydrogen, one would need the water consumption of the City of Frankfurt plus about 25 nuclear power plants.

[popeye]

http://www.auto123.com/fr/actualites/ac ... rtid=98426

D'après mes sources (une conférence du Pdg de Toyota Motor France, ça vaut ce que ça vaut, Honda étant l'ennemi naturel) cette FCX coûte à Honda la bagatelle de 800.000 euros pour le moment. Donc "entrer en production" (200 auto) est une super façon de parler.

@Krom: Sinon pour Ulf Bossel sur Tod , j'ai déja exposé mon avis sur ces thèses (le fameux graphe comparaison batterie/pile a combustible pour l'auto, c'est lui). Il a raison sur beaucoup de points (économie hydrogène voiture/avion/rendement global dans un business as usual), mais sa vision de l'économie électron, bah c'est toujours aussi peu réél (à peu près autant qu'une économie hydrogène ).

Un électron ne se stocke pas, ne s'échange pas, et plutôt que perdre un électron à un moment où il ne nous interesse pas, je trouve plus malin de le transformer en H2, même avec un rendement de 40% (40% étant superieur à 0%).

This has a roundtrip efficiency of about 35-45% while compressed air has 75%, flywheels perhaps 80% and Lithium-ion batteries about 90%

Toujours la même approximation dans ces présentations: les rendements sont vrais, à ceci près que pour du stockage, le rapport énergie stockée/volume est bien meilleur avec de l'hydrogène (surtout pour du stockage stationnaire comme il est queston ici), le temps de stockage est bien meilleur avec l'hydrogène qu'avec une batterie ou une roue d'inertie (avec auto-decharges ou frottement) et la cogéneration permet d'augmenter ce rendement de 40% à 80% tranquillement.

Donc sans parler "économie hydrogène", l'hydrogène énergie, dans des cas spécifiques, me semble toujours interessant (j'ai rien contre les autres méthodes, on peut même ajouter des cuves d'eau à remplir et à vider pour stocker l'éléctricité).

Par ailleurs, j'ai déja eu l'occasion de le voir (Ulf Bossel) dans une conference en suisse (c'était il y a quelque temps, me semblait moins catégorique...). Son dada est une technologie différente de pile, la SOFC, qu est beaucoup plus complexe, qui est stationnaire et très chaude, mais qui à l'avantage de fonctionner avec toutes sortes de combustibles en plus de l'hydrogène. Pour cette techno des ceramiques très complexes sont mises en oeuvre et, le milieu étant très oxydant et à 800-1000°C, le coeur du système est très difficile à conserver sans fuite. Pour simplifier (et c'est pour ça que tout les industriels s'interessent à la PEM) en comparaison, la pile est juste un bout de plastique avec du catalyseur dessus. C'est faisable pour un objet de tout les jours (modulo le catalyseur pour le moment ), la SOFC, il y a encore beaucoup de travail, mais elle à sa place aussi dans des cas specifiques (gros-moyen residentiel pour le moment, voir par exemple cellia qui est d'une technologie proche)

Il me fait toujours autant l'impression d'un vendeur d'aspirateur qui explique pourquoi les balais ont un problème de conception

[rico]

Au 13H de France :
Tout va bien : la voiture à hydrogène sera dispo dans 7 ans. Et la voiture électique est déjà prête.

[parker1]

Au 13H de France :
Tout va bien : ....Et la voiture électique est déjà prête.

Les rues en sont remplies...

[sylva]

Au 13H de France :
Tout va bien : la voiture à hydrogène sera dispo dans 7 ans. Et la voiture électique est déjà prête.

Ils ont dû lire l’Ouest-France de samedi dernier
il était question des différentes marques qui développent la voiture électrique ;
puis un article sur "le moteur à hydrogène : la bouffée d’air frais"...
les avantages : non dépendante du pétrole (ben tiens ! et pour sa fabrication ?) ; ne rejette qu’un peu de vapeur d’eau, etc...
Mais pas un mot sur la question de base : d’où sort l’hydrogène ?

C’est avec ça qu’on endort les lecteurs moyens (et l’électeur moyen )

[Leyland]

Au 13H de France :
Tout va bien : la voiture à hydrogène sera dispo dans 7 ans.

Erreur.

Elle est déjà en vente !

>>>>>>> Honda FCX Clarity, commercialisée dès juillet en Californie.

Le coût: une location de $ 600 / mois (entretien et assurance compris)

Photo



La FCX Clarity est équipée d'une pile à combustibmle Honda V Flow FC Stack associée à une batterie Lithium-ion. La combinaison de l’hydrogène et de l’oxygène dans la pile fabrique l’énergie électrique qui est la source principale d’énergie du véhicule. Par ailleurs, la récupération de l’énergie au freinage alimente la batterie lithium-ion qui complète l’énergie de la pile si besoin.

Puissance: 160 ch (100 kw)
Couple: 256 Nm
Rejet de CO2: 0 g (mais en fait tout dépend de la source de production de l'hydrogène ! ).

Pour ceux qui n'aurait pas bien suivi cette auto est donc une hybride életricité / hydrogène.

J'ai donc beaucoup ri quand j'ai entendu au détour d'un journal tv (TF1 ) "selon Peugeot les véhicules PAC ne seront pas prêt avant 2030" sans doute PSA compte-t'il faire faillite...

Donc n'en déplaise aux nombreux ultra-pessimistes locaux, des efforts sont faits, et cela est louable.