La Commission disperse ses financements sur les énergies renouvelables

Le Directorat-Général "Énergie et Transport " de la Commission finance; entre autres sujets, la recherche sur les énergies renouvelables et y consacre 111 M€ de son budget 2009, 83 M€ directement et 28 M€ à travers le groupement FCH-JTI (Fuell Cell and Hydrogen-Joint Technology Initiative- Initiative technologique "Pile à combustible et hydrogène").

Alors que le plus gros, l'énorme problème pour l'hydrogène est celui de sa fabrication (voir ci-après) seuls 2,9 M€ y sont consacrés contre 9 M€ aux problèmes de son transport et de sa distribution (de vrais défis mais secondaires tant qu'on ne sait pas produire efficacement).

Les piles à combustibles fixes et miniatures (pour PC et téléphones portables) se partagent 14,6 M€.

Sur les 6 ans du programme, la Commission a prévu de dépenser au total 470M€ à travers le JTI et donc investis sur la filière hydrogène sur un total de 2.350 M€ sur le thème énergie.

Qui fait partie de ce JU (Joint Understanding) qui pilote le FCH-JTI? Les constructeurs automobiles allemands, l'énergie (Shell, Total, BP, GdF, E-ON, Norsk Hydro), l'aéronautique (Rolls-Royce, Snecma, MTU, EADS), le maritime (Wärtsilä), nombre de PMEs et, bien sûr, Air Liquide.

Consulter la politique de recherche "Énergie" 2008-2013 de la Commission Européenne.

Le site web du JTI.

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La difficulté de produire de l'hydrogène sans CO2

La production actuelle d'hydrogène par voie chimique est trop polluante

Il n'y a pas de procédé chimique de production économe en CO2; la production de masse utilise toujours le vaporeformage du méthane, procédé dont le rendement énergétique est inférieur à 50% et qui produit du CO2 en grande quantité.
Son équation globale est en effet: CH₄ +2*H₂O -> 4*H₂ + CO₂

Il suffit de compter les nucléons pour comprendre que pour 8 g d'hydrogène, 44 g de CO2 sont produits dont on ne sait pas quoi faire aujourd'hui.

Autant carburer directement au méthane (GNV) technologie bien maîtrisée, nous économiserons la conversion, le transport et le stockage!

L'électrolyse n'est performante qu'avec de l'électricité renouvelable

Actuellement, le seul procédé donnant un bilan positif reste l'électrolyse de l'eau en utilisant de l'électricité provenant d'une source renouvelable (éolien, solaire). Dommage, nous sommes très loin d'en avoir assez pour les usages spécifiques* de l'électricité. Par ailleurs, le coût d'un électrolyseur est sans rapport avec celui d'un pompe à essence: pour un débit de 43,5 kg/heure soit l'équivalent de 4 pleins de 40L d'essence par heure, compter 3 000 000 Euro, hors réservoir tampon, compresseur et accessoires.

*les usages spécifiques de l'électricité sont ceux pour lesquels il n'est pas possible d'utiliser une autre énergie à grande échelle: éclairage, appareils électroménagers, informatique, télécommunications par exemple.

La pile à combustible est encore trop chère

Le principal intérêt du précieux hydrogène réside dans son utilisation dans une pile à combustible produisant de l'électricité à bord du véhicule qui permet un rendement deux fois meilleur qu'un moteur à pistons adapté. Son prix reste prohibitif, de l'ordre de 1500 € par kW, soit 75 000 € pour une petite voiture (70 ch).

Toutes les opinions semblent s'accorder (voir également ci-dessous) pour dire que l'hydrogène ne sera pas exploitable par le grand public avant 20 ans et, pour l'instant, il n'y a aucune garantie de savoir le produire efficacement.

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L'hydrogène pour véhicule: le défi du réservoir et de la distribution

Le réservoir reste un défi technique

Contrairement à l'essence dont le stockage est trivial, celui de l'hydrogène à bord d'un véhicule reste un défi technologique. Il y a principalement trois voies explorées:

• Réservoir sous pression (300 à 700 bars): le poids du réservoir est 7 fois celui du gaz, le remplissage consomme 10% de l'énergie stockée voire plus avec le remplissage refroidi (-85° C), le seul à permettre un remplissage rapide.
• Réservoir isotherme, hydrogène liquide (-253°C); la liquéfaction consomme l'équivalent de l'énergie stockée; 2 à 5 % de fuite par jour. Le réservoir pèse actuellement 19 fois le poids de l'hydrogène stocké, y compris les servitudes (système de remplissage, réchauffeur).
• Stockage dans des composés métalliques. Beaucoup de solutions explorées mais le poids du dispositif reste dans un ratio de 15 à 30 fois celui du gaz stocké; pas de données sur le coût de l'opération de remplissage.

Les recherches se focalisent sur l'hydrogène liquide, plus prometteur une fois à bord et devrait permettre de réduire sensiblement le poids et de rendre les réservoirs plus logeables; les meilleures estimations (2008) sont de 100 kg pour 10 kg de H2 stockés.

Le remplissage n'est pas une sinécure

Le réservoir sous pression reste et restera pour plusieurs années le stockage le plus efficace, à cause du coût très élevé de la liquéfaction. Il nécessite actuellement pour stocker 10 kg d'hydrogène -permettant une autonomie de 600 km- un réservoir de volume de 220 L, le tout pesant environ 198 kg. Pour mémoire, 30 L et 34 kg pour l'essence. Les premières évaluations de prix sont de 3 600€ pour stocker 10 kg d'hydrogène.

Faire le plein en quelques (5) minutes nécessite de refroidir le gaz afin de contrecarrer l'échauffement du contenu du réservoir au fur et à mesure de la montée en pression. L'installation devient suffisament complexe pour que l'échange du réservoir vide contre un plein soit envisagé (comme pour les bouteilles de butane). Sauf que l'on parle de centaines de kg, pas d'une quinzaine.

Consulter le rapport final (juin 2008) du projet de recherche européen STORHY et l'état de l'art (2006) ainsi que le rapport sur le remplissage du réservoir;

Transporter un carburant aussi léger est un non-sens énergétique

Le transport pose d'autres défis; par la route, il nécessite 20 fois (gazeux) ou 5 fois (liquéfié) plus de camion que les carburants traditionnels. Sur plusieurs dizaines et, a fortiori, sur plusieurs centaines de kilomètres seul un réseau de canalisations est rentable mais l'investissement est énorme, à moins de produire sur place, à partir d'eau et d'électricité.

Ces informations peu encourageantes sont extraites du mémento "La distribution de l'hydrogène pour les véhicules automobiles" réalisé par l'AFH2, une association de promotion de l'hydrogène. Vous ont été épargnés: l'impossibilité d'utiliser complètement le contenu des réservoirs, l'impact des fuites d'hydrogène sur l'effet de serre...
Lire le mémento de l'AFH2 (pdf)

Certaines valeurs ont été corrigées à partir de l'analyse JRC/EUCAR/CONCAWE (voire Horizon 2010)
Accéder aux rapports (anglais)

Exemple de la BMW Hydrogen 7, la vitrine écologique d'une marque qui n'a de cesse d'entasser les chevaux sous ses capots et de faire capoter toute tentative de limiter la vitesse en Europe: le réservoir d'hydrogène de 220 kg permet une autonomie de ... 200 km.

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Stocker l'énergie à bord d'un véhicule : hydrogène ou accumulateurs?

L'utilisation la plus performante de l'hydrogène se fait avec les piles à combustible qui produisent directement de l'électricité. Toutefois le prix de la pile à combustible reste prohibitif, de l'ordre de 1 500 € par kW, et son poids fort élevé (en se limitant à 30 kW, le volume est de l'ordre de 300 L et le poids de 180 kg) et il faut y ajouter poids et volume du réservoir d'hydrogène, 200 L et 120 kg soit au total 500 L et 400 kg.

La seule source efficace d'hydrogène étant l'électrolyse utilisant de l'électricité renouvelable, quel est son intérêt réel pour les utilisations automobiles par rapport aux batteries d'accumulateurs?

Rendement du cycle hydrogène: électrolyse plus stockage intermédiaire entre 40% (pratique) et 70% (théorique) pour produire l'hydrogène près de la pompe; il faut déduire environ 15% pour le comprimer dans le réservoir (700 bars) on y trouve 34% de l'énergie électrique. Le rendement de la pile à combustible (type PEFMC-le plus utilisé actuellement pour les véhicules) est de 40%. Elle ne restitue donc que 12% de l'électricité utilisée pour électrolyser l'hydrogène.

Les batteries sont éprouvées

A contrario, les batteries actuellement utilisées (NiMH) restituent plus de 80% de l'électricité utilisée pour les charger; en tenant compte de diverses pertes et de l'auto-décharge, au moins 60% de l'énergie électique est utilisable pour propulser le véhicule.. Leur prix reste élevé; pour une autonomie de 200 km, il faut une batterie de 30 kWh dont le poids avoisine 450 kg (NiMH); le prix généralement cité est de 10 000 €, sans rapport toutefois avec celui de la pile à combustible de même performance: 45 000 €. La mise au point de batteries Li-Ion d'une fiabilité et sécurité compatibles avec une utilisation automobile diminuerait le poids de moitié; elles ne sont pas encore disponibles actuellement (début 2009).

A l'heure actuelle la batterie est bien plus performante (60% contre 12%)

On voit donc qu'à l'heure actuelle le poids (réservoir+PAC versus batteries) est proche, le moteur électrique étant équivalent; le prix d'achat est à l'avantage des batteries. Quant au rendement, il n'y a pas photo: batterie 60%, PAC: 12%.

Le seul avantage de l'hydrogène est la facilité (relative-voir ci-dessus) et la rapidité du plein. Pour les batteries, le meilleur délai est de 30 minutes avec une installation 150 A mais de 4 heures à 32 A, un débit plus courant.

Beaucoup de détails sur ce site dédié aux piles à combustibles.

Le site d'un fabricant de PAC: Hydrogenics et celui d'un fournisseur d'électrolyseur et compresseur, HGenerators.

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