Moteur hydrogène

Quel est le fontionnement d’ un moteur à hydrogène ?

Pour répondre à cette question, je vous invite à comprendre :

• qu’ est ce que l’ hydrogène ?
• comment il est extrait ?
• comment fonctionne un moteur à hydrogène ?
• L’ hydrogène en remplacement des énergies fossiles ?
• Son cout.

Tout d’ abord, la question fondamentale :

Qu’ est ce que l’ hydrogène ?

Au niveau moléculaire :

L’hydrogène est un élément chimique représenté par le symbole H et ayant le numéro atomique 1. C’est le plus léger et le plus abondant des éléments dans l’Univers. L’hydrogène est un gaz incolore, inodore, non toxique, mais hautement inflammable. Il est composé de deux atomes d’hydrogène liés ensemble (H2 en formule moléculaire).

Dans quoi le trouve t-on ?

Il est un constituant majeur de l’eau (H2O) et de toutes les matières organiques. Dans le contexte industriel, l’hydrogène est utilisé dans divers processus, comme la synthèse de l’ammoniac, le raffinage du pétrole, et comme un vecteur d’énergie potentiel pour le stockage et le transport de l’énergie.

Comment est il extrait ?

Il existe 5 méthodes principales d’ extraction :

Reformage à la vapeur du gaz naturel (Steam Methane Reforming – SMR) :

C’est la méthode la plus courante pour produire de l’hydrogène. Elle implique de réagir du gaz naturel (principalement du méthane) avec de la vapeur d’eau à haute température pour produire de l’hydrogène et du dioxyde de carbone (CO2) comme sous-produit. Bien que cette méthode soit efficace et bien établie, elle libère une quantité significative de CO2, ce qui pose des problèmes environnementaux.

Gazéification du charbon :

Dans cette méthode, le charbon est converti en un gaz contenant de l’hydrogène et du monoxyde de carbone. L’hydrogène est ensuite séparé des autres gaz. Comme le reformage du gaz naturel, cette méthode génère également des émissions de CO2.

Électrolyse de l’eau :

Cette technique utilise un courant électrique pour décomposer l’eau (H2O) en oxygène (O2) et hydrogène (H2). Si l’électricité utilisée provient de sources renouvelables (comme l’énergie solaire ou éolienne), cette méthode peut être très écologique, car elle ne produit pas de CO2. Cependant, l’électrolyse est généralement plus coûteuse que les méthodes basées sur les combustibles fossiles.

Bioproduction :

Certaines algues et bactéries produisent de l’hydrogène sous certaines conditions. Cette méthode est encore à un stade expérimental et n’est pas encore largement utilisée pour la production commerciale d’hydrogène.

Décomposition thermochimique de l’eau :

Cette méthode implique l’utilisation de cycles thermochimiques (séries de réactions chimiques) pour décomposer l’eau en hydrogène et oxygène à haute température. Elle est encore en phase de recherche et développement.

• Dans le moteur, cela ce passe comment ?
  
  Combustion d’Hydrogène : Comme dans un moteur à essence, l’hydrogène est injecté dans les cylindres du moteur.

1. Mélange avec de l’Oxygène : L’hydrogène est mélangé avec de l’oxygène (provenant de l’air ambiant) dans la chambre de combustion.
2. Allumage : Le mélange est ensuite enflammé par des bougies d’allumage, provoquant une explosion.
3. Production de Force : Cette explosion pousse les pistons, créant un mouvement mécanique qui est finalement transmis aux roues du véhicule.
4. Émission de Vapeur d’Eau : La combustion de l’hydrogène produit principalement de la vapeur d’eau comme émission, rendant ce processus plus propre par rapport à la combustion de carburants fossiles.

Moteur à Pile à Combustible à Hydrogène

1. Hydrogène et Oxygène : Au lieu de brûler l’hydrogène, un moteur à pile à combustible utilise l’hydrogène et l’oxygène de l’air pour produire de l’électricité.
2. Réaction Électrochimique : L’hydrogène est introduit à l’anode de la pile à combustible et l’oxygène à la cathode.
3. Séparation des Électrons : À l’anode, l’hydrogène est séparé en protons et électrons. Les protons passent à travers une membrane électrolytique vers la cathode, tandis que les électrons créent un flux électrique en passant par un circuit externe.
4. Production d’Électricité : Ce flux d’électrons fournit l’électricité nécessaire pour alimenter les moteurs électriques du véhicule.
5. Combinaison et Émission de Vapeur d’Eau : À la cathode, les protons, les électrons et l’oxygène se combinent pour former de la vapeur d’eau, qui est le seul sous-produit de cette réaction.

C ‘est beau tout ça direz vous… mais cela marche sans énergies fossile ?

L’ hydrogène en remplacement des énergies fossiles ?

Le rapport entre les énergies fossiles et les moteurs à hydrogène est assez complexe et dépend de plusieurs facteurs, notamment la source de l’hydrogène et le type de moteur utilisé. Voici un aperçu des interactions entre les énergies fossiles et les moteurs à hydrogène :

Production d’Hydrogène

Hydrogène Gris : Si l’hydrogène est produit à partir de sources fossiles (comme le gaz naturel via le reformage à la vapeur), alors oui, les énergies fossiles sont nécessaires pour alimenter le moteur à hydrogène. Cette méthode est la plus répandue actuellement et implique des émissions de CO2.

Hydrogène Bleu : L’hydrogène bleu est similaire à l’hydrogène gris, mais il implique la capture et le stockage du CO2 produit lors de la production d’hydrogène. Bien que cela réduise les émissions de CO2, cette méthode dépend toujours des énergies fossiles.

Hydrogène Vert : L’hydrogène vert est produit par électrolyse de l’eau en utilisant de l’électricité provenant de sources renouvelables (comme le solaire ou l’éolien). Cette méthode ne dépend pas des énergies fossiles et est la plus respectueuse de l’environnement.

Alimentation du Moteur

Moteurs à Combustion Interne à Hydrogène : Ces moteurs brûlent directement l’hydrogène, comme un moteur à essence brûle l’essence. La source de l’hydrogène (fossile ou renouvelable) détermine l’implication des combustibles fossiles.

Moteurs à Pile à Combustible : Ces moteurs utilisent l’hydrogène pour produire de l’électricité via une réaction chimique. Encore une fois, la dépendance aux énergies fossiles dépend de la source de l’hydrogène utilisé.

Considérations Environnementales

• L’impact environnemental des moteurs à hydrogène dépend fortement de la manière dont l’hydrogène est produit. L’hydrogène vert offre le potentiel d’une mobilité sans émission de CO2.
• La dépendance actuelle aux énergies fossiles pour la production d’hydrogène est un obstacle majeur à la réalisation de l’hydrogène comme source d’énergie propre.

Conclusion

• Si l’hydrogène utilisé est produit à partir d’énergies fossiles, alors oui, les moteurs à hydrogène dépendent indirectement des énergies fossiles.
• L’objectif à long terme est d’augmenter la production d’hydrogène vert, ce qui permettrait aux moteurs à hydrogène de fonctionner de manière plus durable et écologique, sans dépendre des énergies fossiles.

Quel serait le coût de l’ hydrogène, par apport à 1L de gasoil ?

• Pour convertir le prix de l’hydrogène en un équivalent par litre de gazole, considérons que 1 kg d’hydrogène coûte entre 10€ et 15€ et permet de parcourir environ 100 kilomètres. Un véhicule diesel moyen consomme environ 5 litres de gazole pour 100 kilomètres. Ainsi, si le gazole coûte 1,5€ par litre, le coût pour 100 kilomètres serait de 7,5€ (5 litres x 1,5€/litre). En comparaison, l’hydrogène coûterait entre 10€ et 15€ pour la même distance. Donc, à titre indicatif, 1 kg d’hydrogène pourrait être considéré comme ayant un coût équivalent à environ 6,7 à 10 litres de gazole (10€ à 15€ divisé par 1,5€ par litre).

Ce ne sont que des calculs approximatifs, selon des données que j’ ai put trouver, mais cela donne une estimation.
Dans quelques temps, les procédés et l’ industrialisation permettront surement de réduire les couts. En attendant, on retournera à la pompe…

Est ce que l’ hydrogène est la super solution pour toi ? Laisse nous ton analyse 🙂