Pourquoi la filiere de stockage d energie par hydrogène gazeux est elle si inefficace ?
J étais intrigue par le très mauvais rendement en energie des réactions de la filière de stockage d électricité par hydrogène, en effet ce rendement est de 25% , c est a dire que le système ne restitue lorsque l on vide le stockage de l hydrogène qu il contient , que un quart de l électricité qui sert a produire et a comprimer l hydrogène pour remplir le stockage , le reste étant perdu en chaleur.
Dans les piles dont le fonctionnement est analogue le rendement est de 75% donc 3 fois plus élevé .
Thermodynamiquement , hors compression qui ne sert que pour réduire le cout du stockage et qui consomme 8% de ce que consomme l électrolyseur , les réactions de la filière hydrogène , dissociation et reconstitution de l eau, constituent un cycle , la réaction dans la pile a combustible est exactement l oppose de celle qui a lieu dans l électrolyseur.
Le rendement théorique maximum d un cycle hors irreversibilites est de 100% , en fait 97% car la réaction de reconstitution de l eau est faite avec de l air de concentration 20% en oxygène et non avec de l oxygène pur, on est donc au quart du rendement théorique.
En comparant avec une pile , la pile NiH2 qui a un bon rendement, on voit que le mauvais rendement est du a l utilisation d oxygène gazeux , qui se forme dans l électrolyseur et est consommé dans la pile a combustible , la plus grosse partie des énormes pertes est due aux interfaces oxygène gazeux et solide puis a la circulation des ions hydroxydes dans les liquides et solides , que l on a dans l électrolyseur et dans la pile a combustible.
Il n y a pas de différence fondamentale entre les modes de stockages d électricité par hydrogène et par piles..
L électrolyse qui décompose l eau en hydrogène et oxygène gazeux est analogue a ce qui se passe dans une pile lors de sa charge , quand le courant électrique convertit des espèce chimiques en d autres qui portent de l energie
La pile a combustible , ou pile a hydrogène air est analogue a ce qui se passe dans une pile a la décharge ou des espèces chimiques réagissent pour en former d autres avec production d energie électrique .
Le système de stockage d électricité par hydrogène est proche de la pile dite Ni H2 qui était utilisée en particulier pour le stockage d électricité dans les satellites et la station spatiale internationale . Je dis était car en début d année la sortie dans l espace de Thomas Pesquet avait pour objet de remplacer des piles NiH2 par des pile Lithium ion .
La pile Ni H2 est constituée d une pile dans une capacité sous pression , lors de la charge de l hydrogène est produit a partir d hydroxyde de nickel de l anode dans une cathode poreuse , l hydrogène remplit la capacité sous pression dans laquelle la pression monte, jusqu a 90 bar .
A la décharge l hydrogène gazeux contenu dans la capacité diffuse dans la cathode poreuse et se combine l oxyde de nickel pour regenerer l hydroxyde de nickel .
Cette pile stocke l energie sous forme d hydrogene gazeux comme dans le système de stockage d électricité par hydrogène, mais son rendement décharge sur charge est analogue a celui des autres piles soit 75%, donc 3 fois meilleur que le rendement du système a hydrogène.
Pourtant comme le système a hydrogène, la pile NiH2 produit de l hydrogène gazeux avec les pertes par interface solide gaz a la cathode et de diffusion de hydrogène dans le solide que cela implique. Par contre contrairement au système à hydrogène il n y a pas d oxygène gazeux , mais un hydroxyde solide qui se transforme en oxyde et l inverse a la décharge.
Ce ne serait pas l hydrogène gazeux qui est responsable du rendement très mauvais des systèmes a hydrogène mais l oxygène gazeux dans l électrolyseur et l air, même s il est un peu comprime , dans les piles a air hydrogène .
Une société tente de developper des véhicules a pile NiH2 , comme dans les véhicules a hydrogène, c est de l hydrogène gazeux sous pression , contenu dans des bouteilles qui fournit l energie au véhicule.
Mais il y a plusieurs différences,
l hydrogène gazeux produit en general a partir d hydrocarbures , au lieu d être transféré d une autre capacite sous pression ou du refoulement d un compresseur est produit directement dans le réservoir du véhicule qui contient la pile a partir d eau intégrée a l hydroxyde de nickel et d électricité.
l oxygène qui permet de " bruler" l hydrogène dans la pile a combustible est contenu dans l oxyde de nickel de la pile du véhicule.
l eau produite par l oxydation de l hydrogène par l air au lieu d être rejetée a l extérieur reste dans le véhicule sous forme d hydroxyde de nickel.
l efficacité du système a pile NiH2 est celui d une pile , et le véhicule consomme 3 fois moins d électricité par km parcouru qu un véhicule alimente en hydrogène dit vert c est a dire produit a partir d électricité verte. ou hydrogène decarbone c est a dire produit a partir d électricité verte ou nucléaire .
Une autre pile est analogue au système a hydrogène c est la pile NiMH , nickel metal hydrure , la aussi l espèce qui stocke l energie est l hydrogène , non pas gazeux mais dissout dans un hydrure de terre rare , l anode est un oxyde de nickel comme dans la pile NiH2 .
Comme la pile NiH2 , la pile Ni MH a une rendement en energie de 75 % , et consomme donc 3 fois moins d energie pour sa charge que le système a hydrogène pour une meme quantité d energie obtenue a la décharge .
