Faire rouler des voitures à l'hydrogène : un aperçu de la Mission nationale indienne de l'hydrogène
L'Inde a annoncé une mission nationale sur l'hydrogène qui établira une feuille de route pour l'utilisation de l'hydrogène comme source d'énergie. L'initiative a le potentiel de transformer le transport.
La voiture à pile à combustible à hydrogène Mirai rénovée de Toyota, montrant l'ingénierie sous le capot, exposée lors de son événement de lancement à Tokyo en décembre 2020. (Photo: Reuters) Traditionnellement un moteur lent dans les technologies de pointe des véhicules électriques (VE), l'Inde a fait une entrée inhabituellement précoce dans la course pour exploiter le potentiel énergétique de l'élément le plus abondant dans l'univers, l'hydrogène. Moins de quatre mois après que le département américain de l'Énergie a annoncé un investissement allant jusqu'à 100 millions de dollars dans la recherche et le développement de technologies de production d'hydrogène et de piles à combustible, l'Inde a annoncé une mission nationale sur l'hydrogène.
La proposition dans le budget sera suivie d'un projet de mission au cours des deux prochains mois - une feuille de route pour l'utilisation de l'hydrogène comme source d'énergie, avec un accent particulier sur l'hydrogène vert, conjuguant la capacité renouvelable croissante de l'Inde avec l'économie de l'hydrogène, ont indiqué des responsables gouvernementaux. .
Et tandis que les secteurs d'utilisation finale proposés incluent l'acier et les produits chimiques, la principale industrie que l'hydrogène a le potentiel de transformer est le transport - qui contribue à un tiers de toutes les émissions de gaz à effet de serre, et où l'hydrogène est considéré comme un remplacement direct des combustibles fossiles, avec avantages spécifiques par rapport aux véhicules électriques traditionnels.
Une poignée de pilotes liés à la mobilité sont déjà en cours.
En octobre, Delhi est devenue la première ville indienne à exploiter des bus fonctionnant au gaz naturel comprimé (H-CNG) enrichi en hydrogène dans le cadre d'un projet pilote de six mois. Les bus fonctionneront avec une nouvelle technologie brevetée par Indian Oil Corp pour produire du H-CNG - 18 pour cent d'hydrogène dans le CNG - directement à partir de gaz naturel, sans recourir au mélange conventionnel.
La major de l'énergie NTPC Ltd gère un projet pilote pour faire fonctionner 10 bus électriques et voitures électriques à pile à combustible à hydrogène à Leh et à Delhi, et envisage de mettre en place une usine de production d'hydrogène vert dans l'Andhra Pradesh.
IOC envisage également de mettre en place une unité dédiée à la production d'hydrogène pour faire fonctionner des bus dans son centre de R&D de Faridabad.
En tant que cadre réglementaire de soutien, le ministère des Transports routiers et des autoroutes a publié à la fin de l'année dernière une notification proposant des modifications aux Règles centrales sur les véhicules à moteur, 1989, afin d'inclure des normes d'évaluation de la sécurité pour les véhicules à pile à combustible à hydrogène.
Pourquoi l'hydrogène - et ses types
Le potentiel de l'hydrogène en tant que source de carburant propre a une histoire de près de 150 ans. En 1874, l'écrivain de science-fiction Jules Verne exposait dans L'Île mystérieuse une vision prémonitoire — d'un monde où l'eau serait un jour employée comme combustible, où l'hydrogène et l'oxygène qui la constituent, utilisés seuls ou ensemble, fourniront une source inépuisable de chaleur et lumière, d'une intensité dont le charbon n'est pas capable.
En 1937, le dirigeable à passagers allemand LZ129 Hindenburg a utilisé de l'hydrogène pour traverser l'Atlantique, avant d'exploser lors de son amarrage à la base aéronavale de Lakehurst dans le New Jersey, tuant 36 personnes. À la fin des années 1960, les piles à combustible à hydrogène ont aidé à alimenter les missions Apollo de la NASA vers la lune.
Après les chocs pétroliers des années 1970, la possibilité de remplacer les combustibles fossiles par l'hydrogène a été sérieusement envisagée. Trois constructeurs automobiles – les japonais Honda et Toyota, et le sud-coréen Hyundai – se sont depuis résolument tournés vers la commercialisation de la technologie, bien qu'à une échelle limitée.
L'élément le plus commun dans la nature ne se trouve pas librement. L'hydrogène n'existe qu'en combinaison avec d'autres éléments et doit être extrait de composés naturels comme l'eau (qui est une combinaison de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène). Bien que l'hydrogène soit une molécule propre, le processus d'extraction est énergivore.
Les sources et les processus par lesquels l'hydrogène est dérivé sont classés par onglets de couleur. L'hydrogène produit à partir de combustibles fossiles est appelé hydrogène gris; cela constitue l'essentiel de l'hydrogène produit aujourd'hui. L'hydrogène généré à partir de combustibles fossiles avec des options de capture et de stockage du carbone est appelé hydrogène bleu ; l'hydrogène produit entièrement à partir de sources d'énergie renouvelables est appelé hydrogène vert. Dans le dernier processus, l'électricité produite à partir d'énergies renouvelables est utilisée pour diviser l'eau en hydrogène et oxygène.
Le cas de l'hydrogène vert
L'hydrogène vert présente des avantages spécifiques. Premièrement, il s'agit d'une molécule à combustion propre, qui peut décarboniser une gamme de secteurs, notamment le fer et l'acier, les produits chimiques et les transports. Deuxièmement, l'énergie renouvelable qui ne peut pas être stockée ou utilisée par le réseau peut être canalisée pour produire de l'hydrogène.
C'est ce que vise la Mission Hydrogène Énergie du gouvernement, qui doit être lancée en 2021-2022. Le réseau électrique indien est principalement basé sur le charbon et continuera de l'être, annulant ainsi les avantages collatéraux d'une poussée des VE à grande échelle, car le charbon devra être brûlé pour produire l'électricité qui alimentera ces véhicules. Dans plusieurs pays qui se sont lancés dans une poussée des VE, une grande partie de l'électricité est produite à partir d'énergies renouvelables - en Norvège par exemple, elle est à 99 % de l'énergie hydroélectrique. Les experts pensent que les véhicules à hydrogène peuvent être particulièrement efficaces dans le camionnage long-courrier et d'autres secteurs difficiles à électrifier tels que le transport maritime et les voyages aériens long-courriers. L'utilisation de batteries lourdes dans ces applications serait contre-productive, en particulier pour des pays comme l'Inde, où le réseau électrique est principalement alimenté au charbon.
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La Corée du Sud et le Japon en particulier se concentrent sur la migration de leurs marchés automobiles vers l'hydrogène et le potentiel de la pile à combustible. Qu'est-ce qu'une pile à combustible ?
L'hydrogène est un vecteur d'énergie, pas une source d'énergie. Le carburant hydrogène doit être transformé en électricité par un dispositif appelé pile à combustible avant de pouvoir être utilisé pour alimenter une voiture ou un camion. Une pile à combustible convertit l'énergie chimique en énergie électrique à l'aide d'agents oxydants via une réaction d'oxydoréduction. Les véhicules à pile à combustible combinent le plus souvent de l'hydrogène et de l'oxygène pour produire de l'électricité afin d'alimenter le moteur électrique à bord. Étant donné que les véhicules à pile à combustible utilisent de l'électricité pour fonctionner, ils sont considérés comme des véhicules électriques.
À l'intérieur de chaque pile à combustible, l'hydrogène est extrait d'un réservoir sous pression embarqué et mis à réagir avec un catalyseur, généralement à base de platine. Lorsque l'hydrogène traverse le catalyseur, il est dépouillé de ses électrons, qui sont obligés de se déplacer le long d'un circuit externe, produisant un courant électrique. Ce courant est utilisé par le moteur électrique pour alimenter le véhicule, le seul sous-produit étant la vapeur d'eau.
Les voitures à pile à combustible à hydrogène ont une empreinte carbone proche de zéro. L'hydrogène est environ deux à trois fois plus efficace que la combustion d'essence, car une réaction chimique électrique est beaucoup plus efficace que la combustion.
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FCEV et autres VE
Les véhicules électriques (VE) sont généralement classés en quatre grandes catégories :
* Les véhicules électriques hybrides conventionnels ou HEV tels que la Toyota Camry combinent un système de moteur à combustion interne conventionnel avec un système de propulsion électrique, ce qui donne une transmission de véhicule hybride qui réduit considérablement la consommation de carburant. La batterie embarquée d'un hybride conventionnel est chargée lorsque le moteur thermique alimente la transmission.
* Les véhicules hybrides rechargeables ou PHEV tels que la Chevrolet Volt ont également une transmission hybride qui utilise un moteur à combustion interne et de l'énergie électrique pour la puissance motrice, soutenue par des batteries rechargeables qui peuvent être branchées sur une source d'alimentation.
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* Les véhicules électriques ou VÉB alimentés par batterie tels que Nissan Leaf ou Tesla Model S n'ont pas de moteur thermique ni de réservoir de carburant et fonctionnent avec une transmission entièrement électrique alimentée par des batteries rechargeables.
* Les véhicules électriques à pile à combustible ou FCEV tels que le Mirai de Toyota, le Clarity de Honda et le Nexo de Hyundai utilisent du gaz hydrogène pour alimenter un moteur électrique embarqué. Les FCEV combinent l'hydrogène et l'oxygène pour produire de l'électricité, qui fait tourner le moteur. Étant donné qu'ils sont entièrement alimentés à l'électricité, les FCEV sont considérés comme des véhicules électriques, mais contrairement aux BEV, leur autonomie et leurs processus de ravitaillement sont comparables à ceux des voitures et camions conventionnels.
La principale différence entre un BEV et un FCEV à hydrogène est que ce dernier permet un temps de ravitaillement de seulement cinq minutes, contre 30-45 minutes de charge pour un BEV. De plus, les consommateurs obtiennent un stockage d'énergie environ cinq fois supérieur par unité de volume et de poids, ce qui libère beaucoup d'espace pour d'autres choses, tout en permettant au cycliste d'aller plus loin.
Le problème de la masse critique
Malgré ses promesses, la technologie de l'hydrogène n'a pas encore été étendue. Le PDG de Tesla, Elon Musk, a qualifié la technologie des piles à combustible d'époustouflante de stupidité.
À l'échelle mondiale, il y avait moins de 25 000 véhicules à pile à combustible à hydrogène en circulation fin 2020 ; par comparaison, le nombre de voitures électriques était de 8 millions.
Un grand obstacle à l'adoption des véhicules à pile à combustible à hydrogène a été le manque d'infrastructures de stations-service - les voitures à pile à combustible se ravitaillent de la même manière que les voitures conventionnelles, mais ne peuvent pas utiliser la même station. Il y a moins de 500 stations d'hydrogène opérationnelles dans le monde aujourd'hui, principalement en Europe, suivie du Japon et de la Corée du Sud. Il y en a en Amérique du Nord.
La sécurité est considérée comme une préoccupation. L'hydrogène est pressurisé et stocké dans un réservoir cryogénique, de là il est acheminé vers une cellule à basse pression et soumis à une réaction électrochimique pour générer de l'électricité. Hyundai et Toyota affirment que la sécurité et la fiabilité des réservoirs d'hydrogène sont similaires à celles des moteurs CNG standard.
La mise à l'échelle de la technologie et l'atteinte d'une masse critique restent le grand défi. Plus de véhicules sur la route et plus d'infrastructures de soutien peuvent réduire les coûts. La mission proposée par l'Inde est considérée comme un pas dans cette direction.
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