L'impasse de l'utilisation de l'hydrogéne dans l'éenergie .

Cela fait plusieurs dizaines d'années que l'hydrogéne se développe dans l'énergie , pourtant il est extrement simple de comprendre pourquoi il n'a pas d'avenir , car pour obtenir 1 kWh émis par un systéme de stockage à hydrogéne il faut depenser 4 kWh d'électricite contre 1.33 kWh pour charger une pile qui produit 1kWh à la décharge et en plus l'hydrogéne est plus couteux par kWh émis.

On voit apparaître en plus des rares voitures à hydrogène surtout japonaises, ponctuellement des bateaux a hydrogène, vélos à hydrogène, train  a hydrogène, avions a hydrogène, camions à hydrogène ;

 

Le moins stupide est le vélo a hydrogène car avec énergie produite pour la propulsion  de moins de l’ordre de 0.6kWh il est peu important si on a besoin de  0.8kWh d’énergie électrique pour recharger son vélo comme cela serait le cas avec un classique vélo électrique ou 2.4kWh pour le vélo à hydrogène (si on a l’installation de production chez soi.

 

Pour le reste stockage d’électricité fixe et véhicules un peu plus gros qu’un vélo , l’utilisation de l'hydrogène est non seulement 3 fois plus couteuse en énergie donc bien moins écologique que l’utilisation de  piles mais en plus  chère par kWh restitué

.

Il n’est que 2  cas ou l’hydrogène s’impose :

C’est celui des derniers etages des fusées, ceux ci doivent être amené par les etage amont a plusieurs dizaine de kilometre d’altitude et l’énergie massique devient  essentielle, il s’agit évidemment pas d’hydrogène comprime comme pour les véhicules dont le réservoir pesé 20 fois le poids de l’hydrogène, mais d’hydrogène liquide avec des réservoir à pression atmosphérique léger. Il faut encore plus d’énergie pour produire cet hydrogène liquide que pour de l’hydrogène comprimé, mais cela n’a pas d’importance, seul le poids compte,  car il faut 10 fois plus d’énergie donc de poids de fusée, que celle du derniers étagés amener celui ci à l ‘altitude ou il est allumé.

 

Pour la mémé raison l’hydrogène gazeux sous pression était utilisé pour stocker l’électricité solaire, des satellites et de la station spatiale, dans les piles NiH2 à électrode positive baignant dans un bouteille d’hydrogène gazeux dont la pression varie avec le charge ou la décharge et l’électrode négative placée dans la bouteille a oxyhydroxyde de nickel. Les piles Ni Hé sont maintenant remplacées par des piles ion (voir mission de Thomas Pesquet sur la station spatiale internationale).

 

La raison de l’échec programmé de l’hydrogène, est  une constante physique de l’oxygène  dans une obscure loi de Tafel qui n’est pas favorable,  l’hydrogène gazeux n’est en  rien responsable de cela. Dieu a voulu cela, mais dans quel dessein ?

 

Toute une industrie s'est construite sur l'hydrogène énergie, producteurs d'équipements : d'électrolyseurs, de réservoirs de stockage fixes et de véhicules, de compresseurs. de piles a combustible et d'ensembles : stockage d'électricité , station de chargement de véhicules , station de production d'hydrogène et chargement de véhicules , véhicules intégrant réservoir , piles a combustibles et moteurs électriques .

 

Les sociétés sont par exemple :Ballard, Altergy, Toshiba, Horizon, Toyota, Nissan, Hyundai, Honda, Mercedes, GM, Nikola ( le prénom de Tesla )  , Pragma, Burelle, De nora, IHT, Hydrogenics,, Angstrom Advanced, NEL hydrogen, Mc phy, Areva smart energy, Siemens , Mitsubishi , CEA liten,

Beaucoup de gens en vivent, et certains qui en vivent savent que l'hydrogène est économiquement et énergétiquement un énorme gâchis.

 

Quasiment tout ce qui touche a l'hydrogène est antiéconomique et anti écologique, la raison principale est que le rendement énergie électrique produite par l'hydrogène sur énergie électrique pour produire l'hydrogène est de 25 %, contre 75% comme rapport entre l'énergie que l'on extrait du pile a la décharge et l'énergie pour la charger .
Bref un stockage d'énergie par hydrogène ou un véhicule a hydrogène consomment pour le même produit, énergie déstockée ou kilomètre d'avancement de véhicule , 3 fois plus d'énergie électrique qu'un stockage ou un véhicule a piles .

Stockage d'énergie par hydrogène 
La réaction de l'hydrogène avec l'oxygène produit 34 kWh par kg d'hydrogène - c'est plus que le lithium 14 kWh par kg et que l'essence 12kWh par kg.
L'hydrogène forme avec l'oxygène l'eau et est donc très abondant, l'oxygène présent a 20% dans l'air .
L'hydrogène peut être produit facilement par électrolyse de l’eau, et on peut produire facilement de l'électricité par pile a combustible nom donne a la pile hydrogène air .
D'ou l'idée de stocker l'énergie électrique quand elle est abondante dans l'hydrogène et de produire de l'électricité a partir de l'hydrogène quand l'électricité manque.

On produit l'hydrogène par électrolyse de l’eau, Puis on le stocke, le stockage le plus économique est l'hydrogène gazeux sous pression, on comprime l, hydrogène a 700 bars et on le stocke .
La compression de 30 bar a 700 bar , par compresseur multi étagé avec réfrigérations intermédiaires entraîné par moteur électrique , consomme 2.5 kWh par kg d'hydrogène , le stockage a 700 bar en composite ou en acier pesé 19 fois le poids de l'hydrogène stocké.
Le stockage n'est pas gratuit, toutefois la dépense d'énergie pour comprimer l'hydrogène n'est que de 7% de l'énergie contenue dans l'hydrogène - le stockage en lui même est bien plus lourd que l'hydrogène stocke, mais pour un stockage fixe ce n'est pas un problème, Le stockage coute 190 E par kg d'hydrogène stocké soit 5.5 E par kWh ce qui est beaucoup moins que le cout de stockage par pile lithium ion, 300 E par kWh.

Pour les piles, l'électrolyseur et la pile a combustible, ce sont des piles a flux, contrairement a la pile lithium ion par exemple qui a en elle même les espèces qui 
portent l’énergie, le lithium dissout dans du carbone de l'électrode positive et l'oxygène dans l'oxyde de lithium et de mélange de cobalt, manganèse et fer de l'électrode négative. 
Il y a 3 flux, l'eau est apportée à l’électrolyseur, l'hydrogène et l'oxygène est évacué de la pile, la pile n'est pas limitée, elle peut produire autant d'hydrogène que l'on veut avec de l'électricité .
Pour la pile a combustible, il y a 2 flux rentrant, l'hydrogène venant du réservoir sous pression de gaz et l'air de l'atmosphère et un flux de vapeur d'eau sortant, la aussi la pile peut produire autant d'électricité que l'on veut, comme un moto alternateur, il 
suffit de l'alimenter en combustible.

On voit l'avantage par rapport au stockage par pile, lithium ion ou autres, on peut stocker autant d'énergie que l'on veut, il suffit de faire fonctionner longtemps l'électrolyseur et de multiplier les réservoirs sous pression d'hydrogène en parallèle.

Pour de grands stockages remplis en plusieurs centaines d’heures, le cout des piles : électrolyseur pour le remplissage et pile a combustible pour la vidange, s’estompent, et le prix du stockage proportionnel a la quantité stockée est de seulement 5.5 E par kWh, 55 fois moins qu'un stockage par pile lithium ion.

Malheureusement pour les grands stockages, le cout de stockage par hydrogène est supérieur a celui des stockages par eau, les stations de pompage turbinage, ou l'eau est pompée par une pompe électrique d'un réservoir inférieur vers un réservoir supérieur situe plusieurs centaines de mètres plus haut quand la production d'électricité est supérieure a la consommation, l'eau redescend du réservoir supérieur en produisant de l'électricité dans la turbine quand on a besoin d'électricité .
De plus compte tenu que les piles utilisées dans le stockage par hydrogène, mettent en jeu des gaz, gaz en sortie pour l'électrolyseur et gaz en entrée et en sortie pour. La pile a combustible, il y des chute de tension aux interfaces solides des électrodes et gaz, et en plus il y a une perte de tension de l'ordre de 0.4 V sur un potentiel électrochimique de 1.27 V du couple hydrogène oxygène, pour forcer l'oxygène de sortir de l'électrode dans l'électrolyseur ou de rentrer dans l'électrode dans la pile a combustible.

Le rendement entre l'électricité produite par la pile a combustible et l'électricité consommée par l'électrolyseur pour produire l'hydrogène est de 26%, et en tenant compte de la puissance nécessaire pour comprimer l'hydrogène pour le stocker - c'est 25 %, les trois quarts de l'électricité que l'on veut stocker est perdue, on perd 3 fois plus d'électricité que la part stockée, ce n'est plus un stockage d'électricité mais quasiment un pur consommateur d’électricité,

Pour les stockages de courte durée, quelque heures comme pour le stockages associées a certaines centrales solaires dans les régions ou le réseau ne comporte pas de stockages hydrauliques, on stocke quand le soleil est au plus haut et on déstocke le soir, le cout de l'électrolyseur et de la pile deviennent importants et le cout global du stockage dépasse par kWh déstocke celui des piles .
De plus on a toujours ce rendement épouvantablement mauvais, est il vraiment utile de rentrer de l'électricité dans un stockage a hydrogène quand on sait que l'on perd 3 quarts de l'électricité que l'on met dans le stockage contre 1 quart avec les piles.

C'est ainsi que dans les iles françaises , ou le stockage de l'énergie solaire est rentable , il n'y a aucun stockage par hydrogène , sauf un tout petit stockage expérimental près d'Ajaccio , tous les stockages se font par piles , piles lithium ion , lithium fer , lithium phosphates .

Pour les véhicules la problématique est un peu différente que pour les stockages fixes, car le poids du stockage et la durée de remplissage intervient.

Compte tenu du poids de l'enveloppe contenant l’hydrogène, du poids de la pile produisant l'électricité et de ses auxiliaires, pompe a hydrogène et compresseur d’air, a partir de l'hydrogène et du faible rendement de la pile a combustible, l'ensemble emporté par le véhicule est tel que chaque kg du système permet de produire 595 Wh d'énergie électrique, contre 300 Wh par kg pour le lithium ion.

Il y a aussi la durée de remplissage , il faut 5 minutes pour remplir un réservoir d'hydrogène d'un véhicule a partir d'une station de remplissage , il faut 3 heures pour charger un pile lithium ion a 100% et 30 minutes pour la charger a 80% .

Les 2 avantages, en poids et en durée de remplissage, ne contrebalancent pas une consommation électrique par km parcouru qui est 3 fois plus forte pour l'hydrogène que pour les piles .
Ainsi s'il fallait convertir tous les véhicules a gas oil ou essence, voitures, motos, vélomoteur, camions et bus de France, (hors avions, bateaux et machines agricoles) qui consomment annuellement 34.8 millions de tonnes de gas oil et 7.4 millions de tonnes d’essence. Soit 42.2 millions de tonnes d'hydrocarbures a 12kWh PCI, permettant avec un rendement moyen de production d'énergie mécanique transmise aux roues de 18% de produire 91 000 GWh d'énergie mécanique.
Avec un rendement des conversions de courant continu, moteurs électriques et transmission de 91% il faut sortir 100 000GWh électriques des systèmes de production stockage électriques des véhicules pour produire 91 000 GWh d'énergie mécanique sur roues pour propulser le véhicule et vaincre les frottements de roulement, de résistance de l'air et de travail contre la gravite.

Avec des systèmes a piles il faudrait 133 000 GWh soit 25% de la production française d'électricité pour alimenter tous les véhicules.

Avec l'hydrogène il faudrait 400 000 GWh soit 75% de la production, évidemment avec cette part de consommation il ne sera pas possible de produire l'hydrogène quand la consommation est basse et le prix du courant réduit puisque l'hydrogène constituera le gros de la consommation .

 

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