Vous ne pouvez pas encore acheter une voiture à hydrogène. Toutefois, si vous habitez en Californie, vous pouvez en louer un. Il ne boit pas d’essence. Cela ne pollue pas l’air. L’échappement n’est que de la vapeur. Le carburant mystérieux est l’hydrogène. C’est l’élément le plus simple et le plus abondant de l’univers. Certains experts pensent que nous conduirons tous ces véhicules économes en carburant d’ici 20 à 30 ans.
L’idée n’est pas nouvelle. La technologie permettant d’utiliser l’hydrogène pour produire de l’électricité remonte à la première partie du XIXe siècle. C’est plus vieux que l’automobile elle-même. Ce qui est nouveau, c’est de voir une voiture à hydrogène sur la route. De la vapeur provenant du pot d’échappement au lieu de gaz nauséabonds. Plusieurs voitures à hydrogène existent aujourd’hui. La plupart sont des concept-cars. Ces machines à conduite écologiques comprennent le Chevrolet Equinox. La BMW 745h est un autre exemple. Le Honda FCX est celui actuellement disponible à la location en Californie.
Ce qui rend possible une voiture à hydrogène, c’est une pile à combustible. Il convertit l’hydrogène en électricité. Les seuls sous-produits sont la chaleur et l’eau. Parce qu’il est non polluant, l’hydrogène apparaît comme le carburant idéal du 21ème siècle. De nombreuses personnes au sein du gouvernement et de l’industrie automobile sont enthousiasmées par son potentiel. Les voitures à hydrogène ont le potentiel d’être économes en carburant. Ils offrent l’espoir d’une conduite écologique et écologique.
“À moins que vous ne viviez dans des régions très spécifiques du pays et que vous ayez les poches remplies d’argent, ne vous attendez pas à avoir une voiture à hydrogène dans votre allée au cours de la prochaine décennie.”
Il reste encore beaucoup de problèmes à surmonter. Il faut répondre à certaines questions avant que l’hydrogène ne devienne le carburant de choix. Cela doit faire une grande différence dans notre utilisation actuelle des combustibles fossiles. Par exemple, où allons-nous trouver l’hydrogène ? Quel sera le prix d’achat de ces voitures économes en carburant ? Saurez-vous trouver une station de ravitaillement en hydrogène pour faire le plein de votre réservoir ? Et peut-être plus important encore, en tant que carburant, l’hydrogène est-il vraiment aussi non polluant qu’il y paraît ?
Nous examinerons ces questions dans les pages qui suivent. Mais nous pouvons vous donner une réponse rapide dès maintenant. À moins que vous ne viviez dans des régions très spécifiques du pays et que vous ayez les poches remplies d’argent, ne vous attendez pas à avoir une voiture à hydrogène dans votre allée au cours de la prochaine décennie.
Piles à combustible à hydrogène
Sir William Robert Grove n’a pas seulement inventé un gadget. Il a inversé la physique. En 1839, le scientifique gallois a pris l’électrolyse – le processus consistant à utiliser l’électricité pour diviser l’eau en hydrogène – et l’a inversé. Il a créé l’électricité et l’eau à partir de l’hydrogène. Il l’a appelé une batterie voltaïque à gaz. Nous appelons cela une pile à combustible à hydrogène.
Des décennies plus tard, Francis Bacon a peaufiné la technologie. Cette invention est au cœur du véhicule à hydrogène moderne.
Des capsules spatiales aux rues de la ville
General Electric a construit le premier système pratique au début des années 1960. Il propulsait des capsules spatiales orbitales. Dans les années 1990, les piles à combustible faisaient fonctionner les bus urbains. La faisabilité n’était pas une supposition. Cela a été prouvé.
Considérez une pile à combustible comme une batterie avec un problème d’ego. Une batterie retient son carburant à l’intérieur. Une pile à combustible doit être rechargée. Son carburant est l’hydrogène. C’est l’élément le plus simple. Un électron. Un proton.
La cellule génère de l’énergie en éliminant les électrons des protons. Ces électrons circulent comme un courant pur. Les atomes d’hydrogène ionisés rencontrent l’oxygène. Ils forment de l’eau. La chaleur est l’autre sous-produit. Cette eau sort généralement sous forme de vapeur.
Zéro émission à l’échappement. Vous conduisez, vous expirez de la vapeur.
Les mécanismes du PEM
Les voitures utilisent un type spécifique de cellule. La pile à combustible à membrane échangeuse de polymère. C’est léger. C’est petit.
Il possède deux électrodes. Une anode chargée négativement. Une cathode chargée positivement. Un catalyseur. Et une membrane.
L’hydrogène entre sous forme de molécules H2. Deux atomes d’hydrogène enchaînés. Le catalyseur à l’anode rompt la liaison. Vous obtenez des ions hydrogène (protons) et des électrons. Les ions traversent la membrane. Les électrons ne le peuvent pas. Ils doivent faire le tour.
Ce détour est le pouvoir. Vous exploitez ce flux pour effectuer votre travail.
L’oxygène entre par la cathode. Les protons et les électrons s’y retrouvent. Ils se joignent à l’oxygène. L’eau se forme. La majeure partie devient un épuisement.
Les cellules sont plates. Mince. Ils s’empilent. Plus de cellules dans la pile signifient une tension plus élevée. Mathématiques simples.
L’Initiative Freedom Fuel
Beaucoup pensaient que les véhicules économes en carburant, comme les voitures à hydrogène, étaient la réponse aux demandes énergétiques du 21e siècle. En 2003, le président George W. Bush a exprimé cette conviction. Il a annoncé une initiative Freedom Fuel de 1,2 milliard de dollars.
Le but ? Soutenir le développement des piles à combustible.
Il existe deux principaux avantages par rapport aux combustibles fossiles. Premièrement, le pétrole n’est pas épuisé. Nous préservons les approvisionnements existants. Nous réduisons la dépendance au pétrole étranger.
Deuxièmement, la pollution tombe à zéro. Les seuls sous-produits sont la chaleur et l’eau. Les émissions de carbone des voitures sont liées au réchauffement climatique. Les piles à combustible n’ajoutent rien à cette pile.
Sur la page suivante, nous examinerons la production. Comment ces voitures sont construites. Et plus important encore, d’où vient l’hydrogène.
Fabriquer une voiture à hydrogène n’est pas compliqué. Ce n’est guère différent de la construction d’un véhicule à moteur à combustion interne standard. La transmission et l’architecture électrique en prennent bien sûr le coup. Une pile à combustible génère de l’électricité plutôt que de brûler du gaz. Cela signifie que le groupe motopropulseur partage plus d’ADN avec un véhicule électrique à batterie qu’avec une berline traditionnelle.
Le véritable goulot d’étranglement ne vient pas des chaînes de montage. C’est le carburant lui-même.
L’hydrogène est l’élément le plus abondant de l’univers. Il représente environ 90 pour cent de tous les atomes. On pourrait penser que l’extraire serait trivial. Détrompez-vous. C’est aussi l’élément le plus léger qui existe. Tout hydrogène libre à la surface de la Terre ne reste pas sur place. Il flotte dans l’espace. Ce qui reste sur la planète est enfermé. Le plus souvent dans les molécules d’eau (H2O). L’eau recouvre la surface de cette planète. Beaucoup.
Alors, comment diviser ces molécules H2O ? Ou allons-nous chercher une source ailleurs ?
La méthode d’électrolyse
Le chemin le plus simple remonte à plus de 150 ans et remonte à Sir William Grove. Électrolyse. Faites passer un courant électrique dans l’eau et les molécules H2O se brisent. Le processus reflète une pile à combustible à l’envers. Il utilise une anode et une cathode, généralement constituées de métaux inertes.
Lorsque le courant atteint l’eau :
– L’hydrogène s’accumule à la cathode.
– L’oxygène s’accumule à l’anode.
C’est lent. Mais ça évolue. Vous pouvez le faire au niveau industriel. C’est propre si l’électricité est propre.
Le raccourci du gaz naturel
Il existe une autre façon. Gaz naturel. C’est plein d’hydrocarbures. Le reformage à la vapeur extrait l’hydrogène de ce gaz et laisse le carbone derrière lui. Il s’agit actuellement de la méthode dominante pour la production d’hydrogène à l’échelle industrielle. Ce sera probablement la première méthode utilisée pour alimenter la première vague de véhicules à pile à combustible.
Voici le piège. La reformation à la vapeur repose sur des combustibles fossiles. Si l’objectif est d’arrêter de brûler des combustibles fossiles, utiliser le gaz naturel pour produire de l’hydrogène est ironique. C’est sans doute la pire source possible de carburant « vert ».
Plantes de la taille d’un garage et voitures à eau
Certains experts rêvent de centrales à hydrogène miniatures. Ceux qui rentrent dans votre garage. Vous n’auriez pas besoin de vous rendre dans une station-service. Vous feriez simplement le plein à la maison.
L’extrême extrémité de cette idée suggère de réaliser une électrolyse à l’intérieur même de la voiture. Une voiture qui roule à l’eau. Cela ressemble à de la science-fiction. Mais cela nécessite du pouvoir. L’électricité pour l’électrolyse doit venir de quelque part. Une batterie. Ainsi, une voiture fonctionnant à l’eau aurait toujours besoin d’une recharge périodique. Ce n’est pas une machine à mouvement perpétuel. Il s’agit simplement de déplacer la source d’énergie d’une pompe de station-service vers une prise murale.
Le chemin à parcourir
Ces machines à conduire vertes sont-elles l’avenir ? Beaucoup l’espèrent. Mais le chemin vers un monde alimenté à l’hydrogène est semé d’obstacles potentiels. Coûts de production. Lacunes en matière d’infrastructures. Pertes d’efficacité.
Nous examinerons ensuite ces revers.
Revers des voitures à hydrogène
Vous entendez toujours le battage médiatique. Les piles à combustible à hydrogène sont souvent présentées comme le Saint Graal du transport propre. Cela semble propre. Cela semble efficace. Cela ressemble à l’avenir. Mais la réalité est plus compliquée. Il nous faudra des décennies pour voir ces véhicules dominer les routes. Les obstacles ne sont pas seulement techniques. Ils sont économiques, logistiques et, franchement, un peu embarrassants pour les partisans de la technologie.
Nous pouvons diviser les revers en trois catégories. Le premier est l’argent. Beaucoup. La seconde est la physique du stockage d’un gaz qui refuse de rester sur place. Et la troisième est la vérité inconfortable sur la provenance réelle de cet hydrogène.
Le cauchemar des infrastructures et le prix à payer
Parlons dollars. Si vous achetiez un véhicule à hydrogène aujourd’hui, vous n’auriez nulle part où y mettre du carburant.
Les infrastructures de ravitaillement sont pratiquement inexistantes. La Californie est l’exception. Le gouverneur Arnold Schwarzenegger a fait pression pour cela à l’époque, vous y trouverez donc des stations. Autre part? Essayez de trouver un distributeur. C’est comme chercher une aiguille dans une botte de foin.
Construire ce réseau n’est pas bon marché. Des estimations pessimistes évaluent le coût d’une infrastructure nationale à 500 milliards de dollars. Et ce n’est pas un projet de week-end. Cela pourrait prendre quatre décennies pour y parvenir.
Ensuite, il y a la voiture elle-même.
Les piles à combustible utilisent le platine comme catalyseur. Le platine coûte cher. Très cher. Un seul véhicule coûte plus de 100 000 $. Certaines estimations vont encore plus haut. C’est pourquoi vous ne les achetez pas. Vous les louez. Et uniquement sur certains marchés. L’acheteur moyen ne peut pas se le permettre.
Les chercheurs recherchent des catalyseurs moins chers. Nous savons qu’ils existent dans les laboratoires. Personne ne sait quand ils passeront à la production de masse. En attendant, le prix reste un frein.
Le problème de la physique du stockage
L’hydrogène est un gaz. Il s’agrandit. Il veut remplir chaque centimètre cube disponible. Le compresser dans un réservoir pour une voiture est un casse-tête technique.
Mais il existe un problème thermique qui échappe à la plupart des gens. Lorsque l’hydrogène reste dans le réservoir d’une voiture garée, il se réchauffe. Le gaz se dilate. La pression monte. Le réservoir doit évacuer l’excès d’hydrogène pour éviter toute rupture.
Laisser la voiture en stationnement pendant quelques jours ? Vous pourriez trouver le réservoir vide. Tout ce carburant s’est échappé parce que la physique de la dilatation thermique l’a forcé à s’échapper. Ce n’est pas seulement inefficace. C’est un risque pour la sécurité.
L’hydrogène est hautement inflammable. Vous vous souvenez de la catastrophe de Hindenburg dans les années 1930 ? Cette explosion était probablement un incendie d’hydrogène. C’est une crainte valable.
Il y a cependant une lueur d’espoir. Les feux d’hydrogène brûlent plus froidement que les feux d’essence. Ils sont moins susceptibles de déclencher des explosions secondaires. Et parce que l’hydrogène est plus léger que l’air, il monte. S’il s’échappe, il s’envole rapidement. Il ne s’accumule pas sur le sol comme l’essence. Le risque d’explosion au niveau du sol est donc moindre. Mais le risque de fuite reste un défi technique persistant.
Le paradoxe de la pollution
Voici le kicker. L’hydrogène est-il vraiment non polluant ?
Le pot d’échappement dit oui. Les seules émissions d’une pile à combustible sont de la chaleur et de l’eau. Faire le ménage. Pur. Beau.
Mais regardez la source. L’hydrogène doit être fabriqué quelque part.
La majeure partie de l’hydrogène provient du gaz naturel. Ce processus, appelé reformage du méthane à la vapeur, libère du dioxyde de carbone. Nous utilisons un combustible fossile pour créer un combustible « propre ». Cela va à l’encontre du but recherché.
Ensuite, il y a l’électrolyse. Diviser les molécules d’eau à l’aide de l’électricité. Si cette électricité provient d’une centrale électrique au charbon, vous ne faites que déplacer la pollution de la voiture vers le réseau électrique. Vous ne l’éliminez pas. Vous le déplacez simplement.
Les émissions du cycle de vie sont importantes. Si l’énergie nécessaire à la production du carburant est sale, le carburant est sale.
L’alternative hybride
Les optimistes disent que nous résoudrons ces problèmes. Ils disent que l’infrastructure viendra. Les coûts vont baisser. Le stockage se stabilisera.
Mais le délai est long. Des décennies, pas des années.
En attendant, nous disposons de meilleures options pour une efficacité immédiate. Les véhicules électriques hybrides sont là maintenant. Ils fonctionnent. Ils sont abordables. Vous pouvez les acheter aujourd’hui.
La Toyota Prius. La Ford Fusion hybride. Ces voitures ne nécessitent pas de nouvelle infrastructure. Ils ne s’appuient pas sur des métaux rares comme le platine à des prix prohibitifs. Ils ne libèrent pas de carburant dans l’atmosphère en raison de la dilatation thermique.
Pour l’instant, les hybrides constituent le choix pragmatique. L’hydrogène pourrait encore être un objectif dans un avenir lointain. Mais la route est bloquée par la physique, la politique et l’économie pure.
Nous attendons toujours l’aube de l’hydrogène. Cela pourrait venir. Mais le soleil se lève d’abord ailleurs.
