Nous avons évoqué brièvement ce sujet en février 2003 mais nous ne l’avions pas encore abordé de manière détaillée.

Comment stocker l’hydrogène à bord d’un véhicule ?

Stocker de l’hydrogène dans un véhicule est plus complexe que stocker les carburants traditionnels comme l’essence et le gas-oil, ou les carburants alternatifs comme le gaz de pétrole liquéfié (GPL) ou le gaz naturel (GNV).
Les caractéristiques de ce gaz, si elles sont très intéressantes en terme de rendement et d’absence totale de pollution pour comme carburant, posent quelques problèmes majeurs à résoudre avant de pouvoir faire le plein d’une berline…ou d’un scooter.

Rappelons que la combustion de (H2) dégage de la vapeur d’eau, c’est tout, et que l’on peut produire de l’hydrogène partout sur la planète par électrolyse de l’eau et de l’électricité produite par des énergies renouvelables.
(H2) est gazeux aux températures ambiantes, c’est un gaz léger, très léger même, il possède la plus faible densité de toutes les substances chimiques avec 0,08988 g/l (gramme par litre).
Pour le stocker et le transporter il faut le compresser, comme l’air comprimé des bouteilles de plongée, ou le liquéfier et le maintenir à très basse température. Liquéfié il bout et s’évapore à - 252,87° C ce qui pose quelques problèmes pour le garder liquide.

Stockage sous forme comprimé

C’est la solution adoptée jusqu’à présent pour les premiers véhicules à hydrogène. Dans ce cas la pression va de 200-350 à 700 bars.
Ça fonctionne, et depuis quelques temps des véhicules circulent munis de réservoirs qui vont faire le plein dans des stations spécialement équipées pour fournir du (H2).
Ces stations se trouvent dans quelques villes d’Europe (programme CUTE), en Californie et au Japon.

Mais une des difficulté de fabrication des réservoirs et donc, de cette forme de stockage, en plus des pressions élevées, réside dans la seconde caractéristique de (H2).
Ce gaz est très léger, nous l’avons vue, et ses molécules sont très petites. Si petites qu’elles passent à travers la plupart des matériaux.
En effet la faible taille des molécules de (H2) facilite sa diffusion à travers les matériaux. (H2) peut traverser des parois comme le caoutchouc, des matières plastiques, et même certains métaux.

Stockage sous forme liquide (cryogénique)

Dans cette méthode, (H2) est stocké sous forme liquide à -253°C. Le réservoir a souvent une double paroi, avec entre les deux un espace sous vide ou avec des super isolants. Il est généralement en acier mais on tente d’utiliser des matériaux composites. Le réservoir nécessite peu de place, d’où le choix de certains constructeurs pour ce type de stockage.

Mais, au vu de la très basse température, les pertes thermiques sont inévitables de même que l’évaporation d’une partie de (H2).
Il faut aussi amener (H2) à cette température et le liquéfier, ce qui nécessite 30% de l’énergie totale.

Stockage dans des hydrures métalliques

C’est cette technologie que nous voulons évoquer particulièrement aujourd’hui. Notre attention a été attirée par un communiqué de presse émanent d’une société américaine, Quantum Fuel Systems Technologies Worldwide, Inc., que nous avons reçu il y a quelques jours.
Quantum a annoncé le 20 mars 2004 que les responsables de l’air en Californie (California’s South Coast Air Quality Management District) finançait, à hauteur de 2,3 millions de $, un programme de recherche, développement et d’applications de systèmes à hydrogène, conçus par Quantum.

Ces systèmes vont équiper une flotte de 30 voitures Toyota Prius Hybrid Electric.
Quantum va équiper ces véhicules de 2 types de réservoirs pour stocker (H2).
Des réservoirs de gaz comprimé sur 25 des véhicules et des réservoirs de stockage par hydrures métalliques pour 5 des Toyota Prius qui seront ainsi "transformées".
Les réservoirs de stockage par hydrures métalliques seront fournis par le partenaire traditionnel de Quantum : Texaco Ovonics.

Ces 2 entreprises ont précédemment réalisé un prototype basé sur une Prius 1 qui participa au Challenge Bibendum 2003. Une "compétition" réservée aux véhicules propres qui se déroule tous les ans dans un pays différent.

Prius 2 H2 au banc d’essai chez Quantum technologies

Mais que sont donc ces hydrures métalliques, utilisés pour équiper ces véhicules de série transformés, et quels sont leurs avantages ?

C’est une autre entreprise du secteur, canadienne celle-là qui nous en apprend un peu plus. Hera, Hydrogen Storage Systems est une filiale commune de Shell Hydrogen, Gesellschaft für Elektrometallurgie (GfE) et Hydro-Québec CapiTech.

Les hydrures métalliques sont des alliages qui absorbent l’hydrogène gazeux, un peu comme une éponge qui absorbe l’eau. Par une réaction chimique, des composés d’hydrogène métalliques solides sont formés et de la chaleur est dégagée. Réciproquement, de l’hydrogène est libéré lorsque de la chaleur est fournie aux matériaux. Ce procédé peut être répété plusieurs fois sans qu’il y ait perte importante de capacité de stockage.

Les principaux avantages des hydrures

1. Densité énergétique élevée / compact

• Densité volumétrique élevée d’énergie à basse pression - très compact.
• Densité de stockage d’hydrogène améliorée par rapport à l’hydrogène comprimé, même à très haute pression.

2. Basse pression

• Chargement et déchargement de l’hydrogène à basses pressions par rapport aux solutions utilisant de l’hydrogène comprimé.
• L’hydrogène est stocké sous forme solide (liaison moléculaire aux hydrures) et il est libéré seulement lorsque de la chaleur est produite.

3. Intégration efficace et simple

• Remplissage à basse pression à l’aide d’électrolyseurs ou de bouteilles d’hydrogène gazeux conventionnelles sans avoir recours à des compresseurs externes coûteux.
• Possibilité de réservoirs de diverses formes pour une intégration facile et efficace en cas de contraintes d’espace, comme dans les véhicules.
• Lorsque jumelé à une pile à combustible ou à un moteur à combustion interne, la chaleur nécessaire pour le déchargement de l’hydrogène peut provenir du moteur, ou de la pile, et ainsi réduire les besoins en refroidissement de ce dernier.
  

Cette nouvelle forme de stockage, couplée à une électrolyse alimentée par du solaire ou de l’éolien, permet d’envisager une autonomie en carburant pour les entreprises où personnes équipées de petites unités de production et des véhicules disposant d’une autonomie similaire au véhicules actuels.
Mais ce seront des "SULEV" (Super Ultra Low Emissions Vehicle) comme disent les anglo-saxons. Finalement Jeremy Rifkin ne s’est pas beaucoup trompé en écrivant "l’Economie Hydrogène", progressivement les solutions se mettent en place.

Pour en savoir plus

• Le remarquable site web d’ECD Ovonics (ECD pour Energy Conversion devices) qui produit des capteurs solaires, des piles à combustible, des batteries NiMH, des unités de stockage à hydrures métalliques.
  Les partenaires et investisseurs chez Ovonic se nomment entre autres Intel, Chevron Texaco, General Electric.
  www.ovonic.com
  
• A voir absolument la filiale d’Ovonic spécialisée dans le solaire, Uni-Solar.
  www.uni-solar.com
  
• La filiale commune à Ovonic et Chevron Texaco : Texaco Ovonic Hydrogen Systems qui produit des réservoirs à Hydrures Métalliques.
  www.txohydrogen.com
  
• Quantum Fuel Systems Technologies qui produit, entre autres ces fameuses Toyota Prius à hydrogène.
  www.qtww.com
  
• Avec ses installations de Montréal au Canada et de Nuremberg en Allemagne, HERA est un chef de file dans le domaine des systèmes de stockage d’hydrogène basé sur les hydrures métalliques et répond aux besoins de clients partout dans le monde.
  www.herahydrogen.com
  
• Air Liquide - Division Techniques Avancées Hydrogène et piles à combustible
  www.clean-auto.com
  
• Japan Air Gases, filiale du groupe Air Liquide, inaugure la 6eme station service à hydrogène japonaise.
  www.clean-auto.com
  
• Excellentes performances du FCX équipé d’une pile à combustible Honda au démarrage à froid.
  www.clean-auto.com
  
• Classe A et 30 bus, fonctionnant à l’hydrogène, sont mis à l’épreuve pratique.
  www.clean-auto.com
  
• Bruxelles, mise en place du groupe de recherche européen sur l’hydrogène et les piles à combustibles.
  www.clean-auto.com
  
• La mairie de Los Angeles roule à l’hydrogène.
  www.clean-auto.com
  
• H2 à Monaco, ça roule !
  www.clean-auto.com
  

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