L’illusion de l hydrogéne énergie
L’hydrogéne énergie se décline sur 2 domaines :
Les vehicules a hydrogéne
Le stockage d’electricité par hydrogéne
Dans les 2 cas la fin de la chaine est identique , on a un stockage d’hydrogéne et une transformation de l hydrogéne en électricité par pile a hydrogéne gazeux.
Le stockage d’hydrogene le plus communément utilisé est le stockage d’hydrogene gazeux sous pression, 700 bar pour les stockages des vehicules et 80 bar à 700 bar pour les stockages fixes.
Le stockage d’hydrogéne par hydrure de magnésium qui fonctionne à 300*C et 10 bar , est, plus cher , plus dangereux, plus lourd , plus volumineux , plus consommateur d’energie que le stockage gazeux sous pression , Mcphy est passé à autre chose et tente maintenant de vendre des électrolyseurs et systèmes les incluant.
Pour les vehicules l hydrogene est en général produit par reformage à la vapeur (96% delà production) donc à partir d’hydrocarbures gazeux ou liquide , dans ce cas la consommation d’hydrocarbure pour produire l hydrogene est supérieure de 20% à ce qu il faudrait pour servir de carburant à un vehicules à moteur essence ou diesel pour parcourir la même distance qu’avec l hydrogéne.
Mais l’hydrogene pourrait etre produit à partir d’electricité, par electrolyse de l eau.
Pour le stockage d’electricité, le début de chaine est la production d’hydrogéne par electrolyse de l eau puis sa compression pour remplir le réservoir de stockage d’hydrogéne.
Ainsi la chaine complete est :
Electrolyse de l eau
Compression de l hydrogene pour remplir le stockage
Stockage d’hydrogene gazeux sous pression
Pile air /hydrogéne gazeux
La réaction dans la pile a hydrogéne gazeux est exactement l opposé de celle qui se produit dans un électrolyseur .
Le rendement maximum théorique du cycle fermé dissociation de l eau pour produire l’hydrogéne, combinaison de l hydrogéne et de l oxygene de l air pour produire de l, eau est de 100%. En fait il est de 97% car on utilise de l air au lieu de l oxygene et la dilution de l oxygene dans l air diminue la diffrence de potentiel de la pile par rapport à celle de electrolyseur.
Mais on est très loin de ce 97%,le rendement d’un electrolyseur par rapport à ce qui correspond a la variation d’enthalpie libre de la réaction est de 58.5% ( pour un électrolyseur de 600kWde enertrag /Mcphy .
le rendement d’une pile à hydrogéne gazeux / air ,dite pile à combustible , est en tenant compte des consommation de ses 2 auxiliaires, compresseur ‘air et circulateur d’hydrogéne , , sur la même base de la variation d’enthalpie libre de la réaction ,de 47% soit une production delectricite de 15.4kW par kg d’hydrogéne , ceci pour la pile de la Toyota mirai voir entre parentheses.
(Pour estimer le rendement réel d’une pile ,prenons la pile de 114kW net de la Toyota Mirai , celle ci comprend 370 cellules en serie, la tension de sortie qui est celle de la batterie de reserves NiMH est de 245V donc une intensité de 456A , cela fait 0.662V par cellule , la puissance au rendement 100% correspond à 32.25kWh /kg H2, chaque kg H2 correspond à une charge electrique de 1000*96500Coulomb, d’ou la tension 32.25*3 600 000 / 96 500 000=1.20V.
Le rendement de la pile de la Mirai est par rapport au maxi théorique de 0.662/1.2=55%, elle produit 17.7kWh par kg H2, soit au nominal 114/17.7=6.4kg/h de H2
La pile de la Mirai à 2 auxiliaires importants, un compresseur d’air à 2.5bar qui consomme 15kW et un circulateur d’hydrogéne qui consomme 0.4kW.
La pile produit 114kW et ses auxiliaires consomment 15.4kW soit 98.6kW net pour une consommation de H2 de 6.4kg donc 15.4kW par kg de H2.)
On à donc un rendement de cycle de 58.5%*47%=27.5%.
Ce n est pas tout , il faut de l energie pour comprimer l’hydrogéne du stockage , cette énergie est de 2.66% de ce que consomme l électrolyseur en amont ( voir entre parenthese en fin de message ) ,le rendement global est donc :
58.5*( 1-2.66%)*47%=26.7%
Ce rendement entre l électricité que l on recupere en sortie du stockage et l électricité pr remplir le stockage est extrêmement mauvais.
Il se compare à un rendement de 75% pour les stations de pompage turbinage , de 82% pour les piles sodium soufre et accumulateurs au plomb , de l ordre de 75% pour les piles Lithium ion, Cadmium nickel, Nickel métal hydrure, Ni H2 , piles à flux , pile Sodium chlorure de nickel .
Le produit recherché dans le stockage est l électricité que l on peut extraire du stockage ;
Pour une meme quantité d énergie électrique sortie du stockage, il faut 3 fois plus d’electricite pour remplir le stockage avec le système a hydrogene.
De plus par quantité d’energie sortie du stockage, le système à hydrogene mettant en oeuvre des apprareils de remplissage du stockage 3 fois plus puissants ( électrolyseur , compresseur) est plus cher que les systèmes à piles qui sont eux memes plus chers que les systèmes de pompage turbinage.
Pour les vehicules la consommation électrique qu il faudrait pour produire l hydrogene comprimé pour remplir les réservoir d un vehicule est 3 fois plus important que pour un vehicule électrique ( à piles en général Lithium ion).
Ce chiffre de 3 fait que l avenir du stockage d’electricite par hydrogéne et celui des vehicules à hydrogéne est sombre, quand tout le monde se sera rendu compte que la filiere hydrogéne prônée par ceux qui en vivent et savent en general qu elle ne vaut rien , n est qu un vaste gâchis par rapport aux autres systèmes.
(L’electrolyseur sort l hydrogéne à 30bar, il faut le comprimer à 700bar , on utilise pour cela un compresseur à pistons à 3 étages avec refroidissemments intermédiaires .
, la puissance nécessaire pour comprimer les 120Nm3 /h produits par l’electrolyseur de 600kW est :
P=3*120/3600*100000*300/2 73*1.4/0.4/R*((700/30)0.4/1.4/3-1)=38460/R*0.252
R étant le rendement global du compresseur, soit 60%.
P=16kW )
