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

[GillesH38]

il y a une quantité maximale d'énergie dans le gaz naturel que tu peux transformer en travail, donc tu peux choisir de fabriquer de l'électricité ou de l'hydrogène , ou une certaine proportion des deux, mais tu ne peux pas AJOUTER les deux.
En revanche, le reste est effectivement utilisable sous forme de chaleur. Mais uniquement si la chaleur te sert instantanément, puisque tu ne stockes pas non plus la chaleur. En été par exemple, ça sert à rien. Et en hiver, tu améliores un peu le rendement de ton installation de chauffage.... mais à condition de perdre du rendement en hydrogène.

Non, arrête de dire que ça ne peut pas fonctionner et verifie la théorie d'un reformeur: il me semble que c'est une reaction endothermique à haute pression. Pour la fourniture de la chaleur nécessaire à la réaction endothermique, une partie du gaz est brulée, et en sortie de reformeur, tu as un reste de chaleur et du gaz (H2) sous pression.

si tu récupères de la chaleur pour faire de l'électricité, c'est que tu as brulé au départ trop de gaz par rapport à ce dont tu avais vraiment besoin pour la reaction endothermique. Fondamentalement, c'est une réduction du gaspillage entrainé par les limites techniques du procédé, mais ça ne "gagne" pas par rapport au rendement idéal.

Concretement, suppose qu'avec le rendement de Carnot tu puisses au maximum à partir de 100 joules produire 30 joules d'électricité (et 70 de chaleur), c'est une limite maximale que tu ne pourras jamais dépasser.

En convertissant en hydrogène, tu vas peut etre ne produire que de l'hydrogène pour 10 joules, et 90 de chaleur. Tu as perdu 20 joules utiles.Si tu refais de l'électricité avec, tu vas peut etre faire 5 joules d'électricité et ne perdre plus que 85.

C'est "optimisé" au sens que c'est mieux que le procédé initial pour l'hydrogène, mais ça reste moins bon que le rendement maximal de départ. Tout est une question de par rapport à quoi tu compares .

Les problèmes viennent du fait ensuite que tout ce qui n'est pas stockage chimique ou gravitationnel (retenues d'eau) est tres mal commode à stocker : c'est vrai aussi bien de la chaleur produite pour le chauffage que de l'électricité. Il faut faire un bilan soigneux des conditions d'utilisation (été-hiver, jour-nuit), ainsi que de la "dilution" dans le réseau : si les panneaux photovoltaique ou les réformeurs à l'hydrogène ne produisent que 0,1 %, ou meme 1 % de l'électricité totale, on n'a aucun mal à l'incorporer au réseau en diminuant d'autant les autres sources, effectivement c'est tout bénef. A partir du moment où ça commencerait à représenter 20, 30 % ou plus, on court de gros risques que ça se mette à faire temporairement des surcharges qui non seulement sont de la production inutile, mais peuvent faire disjoncter le réseau. La plupart des solutions individuelles délocalisées ne sont viable qu'à la condition expresse qu'elles ne représentent qu'une part minime de la production, ce qui limite de facto leur interet comme solution globale...

[Leyland]

Pour les crtitiques, je te propose d'y repondre, et pour la "disponibilité sur le marché", je te propose d'essayer d'en louer une: pour le moment, sauf si tu es une star de cinéma, ce n'est pas possible , c'est donc de la com, CQFD.

C'est sûr les 1eres autos étaient achetées par des journaliers

[popeye]

si tu récupères de la chaleur pour faire de l'électricité, c'est que tu as brulé au départ trop de gaz par rapport à ce dont tu avais vraiment besoin pour la reaction endothermique. Fondamentalement, c'est une réduction du gaspillage entrainé par les limites techniques du procédé, mais ça ne "gagne" pas par rapport au rendement idéal.

Oui, c'est juste une manière plus intelligente de fabriquer de l'hydrogène, c'est pas la pierre philosophale.
C'est aussi pour ça que comparer avec un reformeur + une chaudière à gaz me paraissait carrement idiot.

Relis moi, j'ai toujours parlé d'augmenter les rendements et bien noté qu'ils ne seraient jamais superieur à 1 (tu as peut-etre l'habitude de discuter avec des gens qui obtiennent des rendements superieurs, ça n'est pas mon cas - et je ne l'ai jamais laissé croire!).

Concretement, suppose qu'avec le rendement de Carnot tu puisses au maximum à partir de 100 joules produire 30 joules d'électricité (et 70 de chaleur), c'est une limite maximale que tu ne pourras jamais dépasser.

En convertissant en hydrogène, tu vas peut etre ne produire que de l'hydrogène pour 10 joules, et 90 de chaleur. Tu as perdu 20 joules utiles.Si tu refais de l'électricité avec, tu vas peut etre faire 5 joules d'électricité et ne perdre plus que 85.

D'ou sortent ces chiffres completement farfelus?
Regarde le reformeur Nuvera en 2003, 80% de rendement en hydrogène comprimé, et la chaleur qui est perdu dans la nature (dans les conditions véhicules, c-a-d plus contraignantes que du "à la maison"). Avec un rendement électrique Auto de 50% à 70% (source wikipedia), on est déjà "au pire" à 40% (50% voiture*80% Reformat de 2003) c-a-d déjà au dessus du cycle de Carnot.
Ensuite on récupère la chaleur du reformat ce qui améliore le rendement total et, pourquoi pas, on détend le gaz et en recupérant l'énergie mécanique on fait de l'électricité.

Sur les 100 joules de départ, on a certainement pas 110 joules en sortie, mais sans doute plus que les 30 joules utiles du cycle de Carnot.

Les problèmes viennent du fait ensuite que tout ce qui n'est pas stockage chimique ou gravitationnel (retenues d'eau) est tres mal commode à stocker : c'est vrai aussi bien de la chaleur produite pour le chauffage que de l'électricité. Il faut faire un bilan soigneux des conditions d'utilisation (été-hiver, jour-nuit), ainsi que de la "dilution" dans le réseau : si les panneaux photovoltaique ou les réformeurs à l'hydrogène ne produisent que 0,1 %, ou meme 1 % de l'électricité totale, on n'a aucun mal à l'incorporer au réseau en diminuant d'autant les autres sources, effectivement c'est tout bénef. A partir du moment où ça commencerait à représenter 20, 30 % ou plus, on court de gros risques que ça se mette à faire temporairement des surcharges qui non seulement sont de la production inutile, mais peuvent faire disjoncter le réseau. La plupart des solutions individuelles délocalisées ne sont viable qu'à la condition expresse qu'elles ne représentent qu'une part minime de la production, ce qui limite de facto leur interet comme solution globale...

Oui, "hors stockage chimique et gravitationnel", je suis completement d'accord, et c'est justement pour ça que personne ici n'a affirmé que c'était LA solution, c'est juste interessant mais ça reste de la com' de la part d'honda (j'ai toujours seulement qualifiée l'idée de "notable" ).

Et c'est marrant, le stockage chimique des ENR, ça peut justement être l'interet de l'hydrogène en situation sobre et décentralisé. Mais c'est une autre histoire

[GillesH38]

Regarde le reformeur Nuvera en 2003, 80% de rendement en hydrogène comprimé, et la chaleur qui est perdu dans la nature (dans les conditions véhicules, c-a-d plus contraignantes que du "à la maison"). Avec un rendement électrique Auto de 50% à 70% (source wikipedia), on est déjà "au pire" à 40% (50% voiture*80% Reformat de 2003) c-a-d déjà au dessus du cycle de Carnot.

euh, c'est pas clair du tout de ce que veulent dire ces 80 % de rendement ! si c'est en matière, en enthalpie (chaleur de combustion) ou en énergie libre (chaleur transformable en travail), ça ne veut pas du tout dire la même chose.

C'est vrai qu'un moteur purement thermique a un rendement bien inférieur à la limite de Carnot. C'est moins vrai si tu fais une installation optimisée de production d'électricité à gaz (avec condensation)+ batterie électrique. ce que je veux dire c'est qu'il y a une quantité de travail maximale qu'on peut extraire de la réaction globale (qui sera toujours la même)

CH4+302-> CO2 + 2H20

qui est sa variation d'enthalpie libre (facilement calculable avec des tables thermo) et que toutes les transformations intermédiaires que tu peux faire en électricité , hydrogène, PAC et tout ça ne dépasseront jamais ce maximum : tu peux juste répartir cette quantité entre les différents produits + les pertes et essayer de minimiser les pertes.

[phyvette]

intéressant, mais pour les électriques, je suppose que ce n'est valable qu'avec l'électricité nucléaire donc en France....

Mais ils y ont pensé Gilles . Voila leur conclusion :

[GlobalWarmingFR]

C'est sûr les 1eres autos étaient achetées par des journaliers

Ok, donc d'après toi quand est-ce que le pékin moyen pourra en acheter une, pour disons 5000€ en + par rapport à un diesel classique ?

[phyvette]

quand est-ce que le pékin moyen pourra en acheter une pour disons 5000€ en + par rapport à un diesel classique ?

Jamais !!

[popeye]

euh, c'est pas clair du tout de ce que veulent dire ces 80 % de rendement ! si c'est en matière, en enthalpie (chaleur de combustion) ou en énergie libre (chaleur transformable en travail), ça ne veut pas du tout dire la même chose.

Je te propose de mettre des chiffres sur ces explications. Change mon 80% (c'est le premier chiffre que j'ai trouvé, j'ai pas le courage de faire mieux) en ce que tu penses être le plus vrai.
Parceque tu vaux me que ce que tu as fait dans les deux derniers posts: d'abord des chiffres sans justification, maintenant des justification sans chiffres .

C'est vrai qu'un moteur purement thermique à un rendement bien inférieur à la limite de Carnot. C'est moins vrai si tu fais une installation optimisée de production d'électricité à gaz (avec condensation)+ batterie électrique. ce que je veux dire c'est qu'il y a une quantité de travail maximale qu'on peut extraire de la réaction globale (qui sera toujours la même)

CH4+302-> CO2 + 2H20

qui est sa variation d'enthalpie libre (facilement calculable avec des tables thermo) et que toutes les transformations intermédiaires que tu peux faire en électricité , hydrogène, PAC et tout ça ne dépasseront jamais ce maximum : tu peux juste répartir cette quantité entre les différents produits + les pertes et essayer de minimiser les pertes.

Hé, tu me paraphrases!!
J'ai toujours dit (au moins 3 fois en 5 posts ) qu'on obtiendrait pas plus d'energie à la sortie qu'au départ: mon point est toujours le même, le système Honda est malin parceque, sur le papier, il optimise au mieux ses pertes (qui sont de la chaleur et de l'energie mecanique dans le cas du reformage) que le moteur thermique. Et c'est mieux non?

Mais Gilles, ne t'affole pas , ça reste de la com'.

[GillesH38]

euh, c'est pas clair du tout de ce que veulent dire ces 80 % de rendement ! si c'est en matière, en enthalpie (chaleur de combustion) ou en énergie libre (chaleur transformable en travail), ça ne veut pas du tout dire la même chose.

Je te propose de mettre des chiffres sur ces explications. Change mon 80% (c'est le premier chiffre que j'ai trouvé, j'ai pas le courage de faire mieux) en ce que tu penses être le plus vrai.
Parceque tu vaux me que ce que tu as fait dans les deux derniers posts: d'abord des chiffres sans justification, maintenant des justification sans chiffres .

je n'ai pas les données pour faire l'évaluation, je disais juste que le gain en CO2 ne me paraissait pas du tout acquis. Le graphique de Phyvette semble donner la réponse : à puissance égale, la conversion en hydrogène emet PLUS de CO2 que l'utilisation directe optimisée par hybride. Il faut effectivement corriger par l'économie de chauffage et la récupération d'un peu d'électricité domestique en cas de cogénération, mais les limites pratiques connues de la cogénération (en particulier son utilité épisodique ) me rendent tres sceptiques sur le fait que le bilan pourrait etre finalement intéressant .

[jean.thevenet]

si on remarque que un moteur de cette voiture ici décrite

"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

il s'agit d'énergie mécanique... utilisé à 15% de puissance ce moteur ferait, 15kw divisé par vitesse moyenne = 250wh/km d'énergie à prduire au roues
à 7% ça ferait encore au dela de 100wh/km. C'EST TROP n'importe quelle solution pour satisfaire le besoin de près d'un milliard de véhicules n'irait pas sans causer trop de nuisances

n'importe quelle solution de transport ne devrait consommer plus que 15wh/km/personne. c'est la consommation d'énergie mécanique de la marche à pieds. le progrès consisterait à obtenir du rendement mécanique pour ne pas consommer plus à grande vitesse: le train ne consomme pas plus d'énergie que la marche à pieds en utilisation!

le vélo fait déjà 2 fois moins, dans les 7.5wh/km, et c'est pourquoi l'économie d'énergie du vélo par rapport à la marche à pieds le rend intéressant, même en construisant vélo et route, le bilan global serait intéressant et c'est le seul moyen de transport individuel qui réussisse cet exploit
le train corail ferait 10wh/km d'énergie consommée par passager, et le TGV 40 en conditions d'utilisations optimales.
les bateaux des années 1800, faisaient dans les 7.5wh/km: 15km/h 600 personnes, 80CV pour l'hirondelle liant aix les bains à lyon.

mis à part l'avion et la voiture, et le TGV, tout moyen de transport semble guère plus consommer que la marche à pieds, la différence étant simplement le rendement. attention: on peut utiliser beaucoup de puissance mais si ça fait un trajet court, bien que la puissance soit au dessus des capacités humaines (exemple train corail, plus de watts/passagers que le pourrait un athlèthe) le résultat reste économique.

je pense que une voiture comme celle ci, à hydrogène, en état de prototype ne devrait pas consommer plus que le vélo, et il n'est pas irréaliste de faire des engins acceptables consommant dans les 15wh/km d'énergie à produire... contre 10 à 20 fois plus

pour faire mieux que le vélo il faut être plus aérodynamique encore pour compenser un plus grand coût de confort et de technologie, et aussi pour pas que ça tienne trop de place...
je pense que de tels véhicules seraient associés à du ferroutage massif (autoroutes reconverties) et aux transports en commun.
l'humanité voyagerait au quotidien en exigeant alors moins de 15wh/km d'énergie mécanique à produire.

texte trouvé sur
http://generationsfutures.chez-alice.fr ... itures.htm
----------------------copié collé texte ----


Le cas de la HYSUN 3000
: un prototype d'une voiture capable de parcourir 3000 km avec 3 kg d'hydrogène.

Il s'agit d'un tricycle à roue arrière motrice. Cette voiture est une monoplace, avec le conducteur assis juste en arrière de l'essieu avant. L'Hysun est très stable. L'Hysun n'est pas un véhicule commercialisable, mais un véhicule de records. Il nous permet d'explorer les contraintes qui peuvent peser sur les hypervoitures en matière d'autonomie. Son nom complet est Hysun 3000. Son objectif est de parcourir 3000 km, en ne ravitaillant qu'une seule fois. Soit de parcourir plus de 1500 km avec un plein.

Au cours d'un essai sur route à travers l'Europe, cette voiture a parcouru 3000 km en ne consommant que 3.265 kg d'hydrogène. Cette performance n'a été possible qu'après une très sérieuse étude aérodynamique en partenariat avec DaimlerChrysler. Des essais en soufflerie ont permis de tester l'Hysun et d'obtenir un Cx de 0.15.

La question du poids est cruciale mais l'équipe a jugé bon que la voiture garde un certain confort pour qu'il n'y ait rien d'éprouvant à passer une journée entière à son bord. Le poids de l'auto, qui était de 120 kg dans sa version la plus optimisée, est monté à 187 kg dans la version homologuée.

Pour optimiser l'autonomie, les performances ont ensuite été limitées. Sans limiteur, la voiture peut atteindre le 100 km/h, mais pour établir le record, l'Hysun a été bridée à 80 km/h. C'est ce qui fait qu'établir le record a demandé 14 jours (dont 2 de repos), pour donner un kilométrage journalier moyen de 250 km.

Car si la réalisation de ce prototype a demandé 3 ans de travail, la trentaine d'ingénieurs allemands est très fière de pouvoir annoncer que presque tous les éléments utilisés sont disponibles à tous, puisque fabriqués en série. La pile à combustible utilisée est en effet une Ballard de 1.2 kW
Quant au reste, moteur électrique de 3 kW, supercondensateurs (plus légers que des batteries, ils sont en bleu sur le shéma ci-dessus), ou réservoirs d'hydrogène, il n'y a pas de souci particulier pour les trouver. Il fut plus difficile de fabriquer la carrosserie qui est en fibre de carbone ! Sur le schéma,

on remarque les gros réservoirs d'hydrogène, ce sont des Dynetek, et offrent chacun une contenance de 39 litres, soit 78 litres au total. Avec de l'hydrogène compressé à 350 bars, l'Hysun n'a pas eu besoin de plus pour parcourir 1643 km. En compressant l'hydrogène à 700 bars, on pourrait encore augmenter l'autonomie, mais à quel coût ?

L'équipe voulait que cette voiture roule avec de l'hydrogène issu du soleil, ce qui explique le nom de ce prototype : "Hy" "sun" pour hydrogène solaire.

[Sandro Minimo]

Wow, ça fait envie, 3000km dans un caisson hyperbare avec des bouteilles d'hydrogène prêtes à exploser dans le dos, à se faire dépasser sur des autoroutes par des énormes camions. Pourquoi ne pas simplement prendre le train?

[mobar]

Wow, ça fait envie, 3000km dans un caisson hyperbare avec des bouteilles d'hydrogène prêtes à exploser dans le dos, à se faire dépasser sur des autoroutes par des énormes camions. Pourquoi ne pas simplement prendre le train?

C'est dans le texte : parce que c'est un prototype! ]

[popeye]

je n'ai pas les données pour faire l'évaluation, je disais juste que le gain en CO2 ne me paraissait pas du tout acquis. Le graphique de Phyvette semble donner la réponse : à puissance égale, la conversion en hydrogène emet PLUS de CO2 que l'utilisation directe optimisée par hybride.

A puissance mécanique égale, oui. C'est le tableau qui le dit (on est bien d'accord pour faire le parallèle CO2/rendement energetique).
Nota: sur le tableau de phyvette, le véhicule "pile à GNV" à du reformage on-board, plus complexe et moins efficace (parceque plus compact et plus sujet aux vibrations) que du reformage on-site.

Il faut effectivement corriger par l'économie de chauffage et la récupération d'un peu d'électricité domestique en cas de cogénération, mais les limites pratiques connues de la cogénération (en particulier son utilité épisodique) me rendent tres sceptiques sur le fait que le bilan pourrait etre finalement intéressant .

Bon, "il faut effectivement corriger" de la puissance thermique dissipée dans le cas de l'hybride, et qui serait utilisable (au moins en partie) dans le cas de Honda.
Pour rappel, dans une auto, si 30% à 40% de l'energie du carburant est transformée en mouvement, 60% à 70% est perdu sous forme thermique. Ce qui signifie qu'a puissance "mécanique" égale et en recuperant ne serait-ce que la moitié de la chaleur perdu dans l'hybride on double le rendement. Que ce soit en g/CO2 ou en energie, ça me parait un gain (et pour re-rappel, l'hydrogène permet une gestion de la saisonnalité, parceque c'est un moyen de stockage chimique).

Enfin je suis super surpris que tu remettes en cause l'interêt de la cogénération. Passer d'un rendement energetique (ou de CO2, peu importe) de 30 à 40% dans les grandes centrales ou les centrales domestiques à un rendement de 90%, je pensais que tout le monde (en particulier ici et en particulier toi) trouvais ça logique .

[GillesH38]

moi aussi je trouve ça logique. Mais j'ai donné des mémoires à faire à des étudiants et un binome a étudié de près une centrale à cogénération sur Grenoble. Et j'ai découvert que c'est pas si rose....

a) pour pouvoir utiliser de la chaleur pour le chauffage, il faut une température suffisante (60 °C) ce qui oblige à dégrader la performance en électricité.
b) la chaleur n'est elle même utilisable qu'en hiver, la centrale tourne donc de 4 à 5 mois par an uniquement. Sinon ce n'est plus rentable.
c) bien sur ça ne chauffe que les alentours....

d) bilan : il n'est pas du tout sur que le contrat d'exploitation soit renouvelé.

bref, dès qu'on rentre dans la vie réelle, on déchante un peu. Les 90 % sont valables uniquement pendant les périodes optimales d'utilisation. Mais en pratique, c'est inférieur, et ça conduit à une baisse du cycle utile et donc un coût d'amortissement plus élevé. Ca serait la même chose pour une installation personnelle de microgénération....


de façon générale, je ne crois plus aux "solutions" qui gagnent 10 ou 20 % d'efficacité. Meme si c'est vrai, c'est pas forcément moins cher, et ça ne résout pas FONDAMENTALEMENT le problème d'une dépletion tendant asymptotiquement vers zéro. Ca n'est pas forcément inutile, mais c'est que du replatrage. Le probleme de la dépletion n'est pas un probleme fondamentalement technique, c'est un probleme fondamentalement social et culturel. Je pense qu'il faut arriver à rentrer dans une nouvelle logique de société, pas compter sur des zinzins d'ingénieur pour y faire face.

[popeye]

moi aussi je trouve ça logique. Mais j'ai donné des mémoires à faire à des étudiants et un binome a étudié de près une centrale à cogénération sur Grenoble. Et j'ai découvert que c'est pas si rose....

a) pour pouvoir utiliser de la chaleur pour le chauffage, il faut une température suffisante (60 °C) ce qui oblige à dégrader la performance en électricité.
b) la chaleur n'est elle même utilisable qu'en hiver, la centrale tourne donc de 4 à 5 mois par an uniquement. Sinon ce n'est plus rentable.
c) bien sur ça ne chauffe que les alentours....

d) bilan : il n'est pas du tout sur que le contrat d'exploitation soit renouvelé.

bref, dès qu'on rentre dans la vie réelle, on déchante un peu. Les 90 % sont valables uniquement pendant les périodes optimales d'utilisation. Mais en pratique, c'est inférieur, et ça conduit à une baisse du cycle utile et donc un coût d'amortissement plus élevé. Ca serait la même chose pour une installation personnelle de microgénération....

Dans la vie réelle, on a des mauvaises habitudes du type "ne faisons pas attention à notre consommation d'énergie" (acquise grâce à des années d'energie bon marché) qui se telescopent avec des techniques contraignantes.
Sans doute que le prix, ou l'importance que prendra l'énergie ou les rejets de CO2 va changer la donne à court terme.
A ce propos, je me fais pas de souci pour Isergie (si c'est bien de ça que tu parles) ni des nouvelles installations de la Caserne de Bonne par exemple. Tiens moi au courant si je me trompe, mais je fais plus confiances aux pros qu'à tes etudiants .

de façon générale, je ne crois plus aux "solutions" qui gagnent 10 ou 20 % d'efficacité. Meme si c'est vrai, c'est pas forcément moins cher, et ça ne résout pas FONDAMENTALEMENT le problème d'une dépletion tendant asymptotiquement vers zéro. Ca n'est pas forcément inutile, mais c'est que du replatrage. Le probleme de la dépletion n'est pas un probleme fondamentalement technique, c'est un probleme fondamentalement social et culturel. Je pense qu'il faut arriver à rentrer dans une nouvelle logique de société, pas compter sur des zinzins d'ingénieur pour y faire face.

Wahou!!! On est d'accord: l'ensemble du problème est avant tout sociétal (voila pourquoi négawatt, recyclage, ENR ) et d'ici 200 à 1000 ans, tu as peut-etre raison sur le peu d'interet "fondamental" de toutes ces questions techniques.

N'empeche, pendant ce temps, "Les zinzins d'ingénieur" (parmis lesquels ceux de honda - qui sont capables de faire de la merde par ailleurs) proposent des outils pour "replatrer" aujourd'hui; à voir qui est prêt à ce changement dans le sens d'une meilleur gestion.