Le moteur à hydrogène

Moteur à hydrogène

Le moteur à hydrogène est un moteur qui utilise comme carburant l'hydrogène. Ce moteur existe en associant deux molécules d’hydrogène à une d’oxygène, on obtient ainsi une explosion.En tant que tels, les moteurs à combustion d'hydrogène ne sont pas considérés comme à émission zéro. L'hydrogène a une large plage d'inflammabilité par rapport aux autres carburants. Par conséquent, il peut être brûlé dans un moteur à combustion interne sur une large gamme de mélanges air-carburant. Un avantage ici est qu'il peut donc être sur un mélange air-carburant pauvre.

Qu'est ce que l'hydrogène ?

Le mot hydrogène signifie en grec « hydro » eau et « gène » producteur. L'hydrogène est l'élément chimique le plus simple car son isotope est composé d'un proton et d'un électron seulement : c’est l’atome le plus léger qui existe.

C’est un gaz incolore et inodore. Il est le principal constituant du soleil.

Il n'existe pas à l'état naturel : on le trouve lié à d'autres atomes (C, O). Afin de le produire il faut procéder à une électrolyse de l’eau ou à un reformage des hydrocarbures.

L'hydrogène est produit en majeure partie à partir du reformage d'hydrocarbures.

L’hydrogène est surtout utilisé dans l’industrie pétrochimique, dans la production de carburants à faible teneur en soufre, pour produire les puces d’ordinateurs et dans l’industrie alimentaire pour fabriquer certains corps gras.

La production d’ammoniac utilise environ la moitié de la consommation d’hydrogène.

La demande mondiale est en énergie primaire et concerne en majorité le pétrole, le charbon et le gaz. Or la production d’hydrogène reste très insuffisante pour couvrir un dixième des besoins.

Les grands groupes produisant l'hydrogène sont entre autres : AIR LIQUIDE, AIR PRODCUCTS, LINDE GAS , SHELL HYDROGEN…

Comment fonctionne le moteur à l'hydrogène ?

Ces molécules d’hydrogène sont obtenues grâce à l’électrolyse de l’eau, puis on sépare ses molécules d’eau, l’oxygène et l’hydrogène. Cette séparation demande un apport d’énergie semblable à celui nécessaire à l’explosion.

Pour fonctionner, l’hydrogène et l’oxygène associés dans une pile à combustible où se trouvent des anodes et des cathodes et, entre les deux, deux catalyseurs séparés par une membrane plastique, une réaction chimique se produit, créant de l’électricité. L’eau produite par cette réaction est ensuite échappée par ventilation.

L’électricité produite alimente ainsi le moteur électrique.

Ce moteur a comme avantage considérable de ne pas échapper des gaz polluants contrairement aux autres moteurs utilisant liquides issus des hydrocarbures : les produits de combustions sont la vapeur d'eau et peut être des NOx.

Un moteur à piston classique n’est pas prévu pour utiliser de l'hydrogène. Il convient d’avoir des soupapes et des conduits.

La production d'hydrogène

La production d'hydrogène provient essentiellement du reformage du gaz naturel et ce dernier n’est pas une ressource illimitée d’une part et son utilisation émet du gaz carbonique.

Il serait possible de produire de l’hydrogène par hydrolyse de l’eau mais le problème de transport et de stockage demeure.

Pour produire de l'hydrogène, d’autres possibilités existent ou sont à l’étude :

  • à partir de carburants fossiles (gaz naturel ou charbon) par vaporeformage
  • à partir de biomasse,
  • à partir d'algues vertes

La production requiert de plus une infrastructure adéquate : soit une production centralisée puis une distribution par pipeline ou transportée par camions.

Autre possibilité, une production décentralisée par reformage ou électrolyse avec une consommation proche du lieu de production.

Enfin une production par reformage avec intégration des piles à combustibles.

La méthode utilisée dépend en partie des ressources énergétiques disponibles sachant que d’un pays à l’autre elles sont différentes.

En résumé il faut créer une infrastructure adaptée à la production, au stockage et au transport de l’hydrogène.

Afin d’être transportée aisément l’hydrogène doit être comprimé ce qui nécessite beaucoup d’énergie d’une part et n’est pas sans risque.

Pour le transport de l’hydrogène il faudrait développer des systèmes de distribution considérables.

La mise en place de cette infrastructure est complexe et le coût considérable, elle est loin d’être évidente mais c’est un peut être la solution de l’alternative aux autres carburants.

Préservation de la planète

L'hydrogène comme alternative aux autres combustibles est plus qu’intéressante car il est disponible en quantité sur la Terre.

De plus, sa combustion ne pollue pas ce qui réglerait en partie les problèmes d’environnement dont notre planète est victime et permettrait de moins utiliser les énergies fossiles qui s’amenuisent du fait de leur forte exploitation.

En effet, les projets d’évolution d’utilisation de l’hydrogène réduiraient les émissions de gaz à effet de serre surtout le gaz carbonique.

L’Union Européenne s’est engagée dans le cadre du protocole de Kyoto puis de Paris à réduire ses émissions de gaz polluants.

Le pétrole, le gaz naturel et le charbon sont les énergies fossiles dont les pays industrialisés sont fortement dépendants.

L’Union européenne et les USA commencent à réfléchir à l’après pétrole afin de sécuriser leurs approvisionnements.

De plus, l’industrialisation des pays en voie de développement et la croissance de la population mondiale entraînent forcément des nécessités énergétiques plus importantes.

Le nombre de véhicules est en forte augmentation d’où des besoins en pétrole en proportion.

Avec la hausse du prix du baril de pétrole, du gaz et du charbon, il devient urgent de trouver des alternatives.

Dans ce contexte, des projets et des travaux ont déjà été réalisés depuis plusieurs années ou sont toujours en cours de recherche : les véhicules hybrides, les véhicules électriques, les voitures roulant au GPL ou au gaz naturel ; les véhicules utilisant l’éthanol ou le méthanol.

L'utilisation des carburants utilisés comme additifs ne réduisent malheureusement pas totalement pas les émissions polluantes.  

Les véhicules électriques pour lesquelles les constructeurs investissent des recherches sont peut être une des solutions des enjeux climatiques.

L'hydrogène, carburant de l'avenir ?

A l’heure où le pétrole fournit la quasi-totalité des carburants liquides et sachant que la demande mondiale est sans cesse croissante, de nombreuses tentatives pour créer des voitures hydrogène apparaissent comme des solutions d’avenir.

De nombreuses explications à cette filière attractive : l’épuisement des réserves mondiales de pétrole, les besoins importants en pétrole des pays industrialisés (la consommation de la chine en forte hausse) ; la prise de conscience des problèmes d’environnement liés aux émanations de gaz à effet de serre.

Les efforts pour fabriquer des voitures « vertes » ou « écologiques » sont insuffisants pour pallier aux problèmes de consommation d’énergie.

Rêve ou réalité ? La voiture à hydrogène serait dans ce contexte la solution de l’avenir et permettrait de sauvegarder la planète avec des véhicules écologiques.

Les pétroliers ont émis des réserves sur la production de ces véhicules car les investissements pour produire et stocker l’hydrogène sont très importants. Contrairement au pétrole, l’hydrogène n’existe pas à l’état naturel. Pour produire une tonne d’hydrogène, il faut 53.000 kWh d’électricité.

L’hydrogène devra à l’avenir être produit à partir d’une électrolyse pour séparer l’hydrogène et l’oxygène ce qui permettrait de produire un combustible avec comme émission que de la vapeur d’eau.

La production, le stockage et le transport de l'hydrogène reste problématique et les solutions doivent être trouvées afin que l’utilisation de l’hydrogène de façon massive devienne un jour possible.

Même si l’hydrogène est une technologie qui apparaît très prometteuse, elle reste très coûteuse.

Elle existe depuis 1993 et son but est de défendre et promouvoir les entreprises du secteur transport.

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