l'arnaque de l'hydrogene dans l'energie

On compare les vehicules a hydrogene et les vehicules electriques, si l'hydrogene est produit a partir d'hydrocarbures, les vehicules electriques consomment 21% d'hydrocarbures de moins que ceux a hydrogene , si l'hydrigene est produit a partir d'emectricite le vehicule a hydrogene consomme 3 fois plus d'electricite que le vehicule electrique.

Véhicules électriques contre véhicules a hydrogène

On compare différents systèmes complets de propulsion de véhicules, complet c est a dire que l on part d une energie primaire , les hydrocarbures ou l électricité dont la partie verte est une energie primaire , et on fini par des véhicules électriques ou a hydrogène.
La comparaison est différente suivant que l hydrogène est produit a parti d hydrocarbure ou a partir d électricité , on regarde les 2 cas après avoir rappelé les atouts et inconvénients de l hydrogène.
L hydrogène qui n est pas une energie qui existe dans la nature mais un produit manufacture qui porte de l energie , un combustible , comme par exemple le méthanol , l alcool.
Indépendamment de son mode de production l hydrogène présente les avantages et inconvénients suivants :

Il a un avantage sur tout les autres combustibles , pour une liaison par un électron de son atome avec un comburant , l oxygène pas exemple , comme c est l élément le plus léger, c est le corps qui produit le plus d energie par unité de masse de carburant , 33.6kWh par kg de production de chaleur ( oppose de la variation d enthalpie) pour la réaction avec l oxygène pour donner de l eau vapeur et - 36.2kW de variation d enthalpie libre pour production d eau liquide.

C est pour cette raison que l hydrogène est utilise dans les seconds ou 3 eme etages de fusées , comme le cout importe peu par rapport au poids il est alors stocke sous forme liquide.
Ceci n est valable que si on prend en compte que le poids du carburant si on prend aussi le comburant , souvent l oxygène , la réaction de formation de l eau les 33.6kWh nécessitent 8 gramme d oxygène par gramme d hydrogène , ce qui fait 33.6kWh pour 9kg et 3.7kWh par kg . Le lithium qui pese 7 grammes par mole avec l oxygène produit 143kCal par mole de Li2O soit 5.5kWh par kg , ceci explique que dans les systèmes ou le comburant est compris dans le poids comme les piles , le lithium est supérieur a l hydrogène, les piles Lithium ion au cobalt carbone sont plus performante que les piles nickel metal hydrure NiMH ou les piles nickel hydrogène gazeux , NiH2 , jadis utilisées pour les vaisseaux spatiaux.

Un autre avantage de l hydrogène c est qu il est produit a partir d une ressource
gratuite , l eau , ainsi son prix n est lie qu a la consommation d energie nécessaire pour le produire ainsi qu a la valeur de l ensemble qui permet de le produire.

L hydrogène présente un inconvénient majeur , c est un gaz , et c est même le gaz le plus léger de tous , en plus il a un point de liquéfaction de -262°C et nécessite donc beaucoup d energie pour le liquéfier , . Le mode de stockage le plus économique est sous forme gazeuse sous pression, 250 bar dans les bouteilles et 700 bar dans la plupart des stockages de véhicules, dans ce dernier cas il faut 19kg d enveloppe pour stocker 1 kg d hydrogène.

Passons a la production de l hydrogène.

97% de l hydrogène est produit a partir d hydrocarbures par reformage a la vapeur , ce procédé consomme de l energie , il faut de la chaleur pour produire la vapeur et pour provoquer la réaction endothermique d oxydation du carbone par l oxygène de l eau , il faut bruler 25% des hydrocarbures mis en jeu , le reste servant a la réaction, CH4+H2O> CO+3H2 , on retrouve ainsi dans l hydrogène produit 75% de l energie contenue dans les hydrocarbures .

Si cet hydrogène est utilise pour remplir le réservoir de véhicules a hydrogène,il faut :Comprimer l hydrogène vers 200 bar puis le transporter vers les stations service distribuant l hydrogène.
Le comprimer a 700 bar dans les stations service pour pouvoir remplir les réservoirs des véhicule .
Sans tenir compte du transport de l hydrogène comprime ,les compressions de l'hydrogène nécessitent une energie mécanique qui correspondrait a 15% d hydrocarbure en plus que celle utilisée pour produire l hydrogène .

L hydrogène charge dans les réservoirs du véhicule contient 75%/1.15 =65% de l energie contenue dans les hydrocarbures ayant servi a le produire et le comprimer.

Ensuite dans le véhicule l hydrogène est converti en électricité par une pile a flux utilisant de l hydrogène gazeux et l oxygène de l air pour produire du courant continu.
Ce type de pile dit pile a combustible car l hydrogène est quasiment le seul combustible utilise dans ce type de pile a flux car les autres combustible tel le méthanol ont des rendements en conversion en energie très mauvais .
Une des meilleure pile a combustible est celle de la Toyota mirai qui necfesite 2 auxiliaires , un compresseur d air et un circulateur d hydrogène , elle a un rendement de 41.6% de l energie de combustion de l hydrogène avec production de vapeur d eau (PCI) .
Globalement l energie électrique qui parvient aux moteurs des roues est de 65*41.6 =27% de l energie des hydrocarbures d origine , avec un rendement de conversion de l energie électrique et celui des moteurs électriques de 95% , on obtient comme energie mécanique de propulsion , 25.65% de l energie des hydrocarbures.

On peut comparer au système ci dessus le système classique ou les hydrocarbures sont utilises dans le moteur du véhicule , le rendement du moteur est de 32% et le rendement de boite de vitesse et transmission de 97% , donc un rendement de 31% de l energie contenu dans les hydrocarbure .

On peut aussi utiliser les hydrocarbures de la manière suivante :
On les brule dans une centrale thermique a cycle combine , dont le rendement peut atteindre 62% de conversion en électricité de l energie contenue dans les hydrocarbures.

On utilise cette électricité distribuée par réseau pour charger les piles d un vehicule a piles ,dit couramment véhicule électrique . Le rendement du réseau est de 95% et une pile restitue a la décharge 75% de l energie nécessaire a la charge , le rendement global depuis les hydrocarbures jusqu aux roues du véhicule est, :
62%*95%*75%*95% = 42% .

On a donc par rapport a l energie contenue dans les hydrocarbures :

un rendement de 25.6% pour le système a hydrogène

un rendement de 31% pour l utilisation directe des hydrocarbures dans le véhicule

un rendement de 42% pour la conversion des hydrocarbures en électricité puis utilisation de celle ci dans un véhicule a piles .

l utilisation de l hydrogène conduit a une consommation d hydrocarbure par km parcouru qui est de 21% supérieure a celle d un véhicule a hydrocarbure et de 64% supérieur a celle d un véhicule a piles.
L empreinte carbone pour l hydrogène est donc supérieur a celle des autres d un même facteur , pour les particules fines , seul le véhicule a hydrocarbures en produit .

Le véhicule électrique nécessite une moindre consommation d hydrocarbure ,39% de moins , donc une moindre empreinte carbone que le véhicule a hydrogène , l utilisation de l hydrogène issue des hydrocarbures dans les transport devrait avoir du mal a survivre .

3% de l hydrogène produit actuellement l est par électrolyse de l eau .
L electrolyse de l eau avec un gros électrolyseur Mcphy Enertrag de 600kW qui consomme 57kWh par kg d hydrogène produit a 30 bar, a un rendement de 63.5% par rapport a l enthalpie libre de dissociation de l eau liquide .

L hydrogène produit par electrolyse l est idealement dans la station service qui le distribue , on a pas de transport et recom pression d hydrogène mais seulement une compression de 30 bar a 700 bar . Cette compression consomme 2 kWh d electricite par kg d hydrogène comprime.

Donc 59kWh pour produire 1 kg d hydrogène comprime .

La pile a combustible de Toyota mirai produit 41.6% de la chaleur de combustion PCI de l hydrogène donc 41.6%* 33.6 kWh/kg = 14kWh par kg d hydrogène.

Le rendement global en électricité sur les moteurs d entrainement des roues du véhicule par rapport a l électricité prise sur le réseau nécéssaire pour produire et comprimer l hydrogène est de 14/59= 23.7% soit 22.4% en energie mécanique sur les roues.

Si l électricité du réseau est utilisée pour charger les piles d un véhicule le rendement est le rendement en energie décharge/ charge des piles soit 75% ( pour pile lithium ion , accus au plomb, pile NiMH , piles NiH2 ,piles sodium nickel, piles sodium soufre ) soit 71.25 % en energie mécanique sur les roues .
Le véhicule a hydrogène consomme 71.25/22.4 =3.2 fois plus d électricité de réseau que le véhicule électrique , certes le chargement d un véhicule a hydrogène se fait en 5 minutes contre 3 heures pour un véhicule électrique , et une demi heure pour avoir 80 % de l energie et l energie par kg de stockage est de 0.9kWh par kg pour l hydrogène contre 0.23kWh par kg pour Li Li ion ce qui fait que les véhicules a hydrogène on plus d autonomie mais un consommation de plus du triple est rédhibitoire .

Notons qu un système qui semble grotesque comportant :
électrolyseur pour produire l hydrogène
compression de l hydrogène pour stockage
centrale a cycle combine brulant l hydrogène pour alimenter le réseau électrique
véhicule a pile charge par réseau

permet a partir de 1 kg d hydrogène comprime ce qui nécessite 59kWh, de produire par la centrale 33.6%62% =20.8 kWh d électricité injectée sur le réseau soit 20.8*95%* 75% = 14.8 kWh sur les moteurs de roues d un véhicule électrique au lieu de 14kW pour le classique système a hydrogène .

 

 

 

 

 

 

 

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