Motor Mouth répond à toutes vos questions sur l'hydrogène

Les lecteurs avaient des tonnes de questions sur notre dernier panel Conduire vers l'avenir - ici, nous répondons à celles que nous ne pouvions pas intégrer au programme

C'est peut-être ma propension à soutenir l'outsider. Plus probablement, c'est l'adhésion au principe d'ingénierie selon lequel une solution convient rarement à toutes les circonstances. Vraiment, cependant, je soupçonne que c'est aussi simple que de détester rester assis dans les stations-service, tirer mon pud, attendre qu'une batterie sanglante se recharge.

Quoi qu'il en soit, j'ai un faible pour l'hydrogène comme carburant pour les avions, les trains et les automobiles (sans parler des motos et des chariots élévateurs occasionnels). D'où mon enthousiasme à l'idée que l'hydrogène comme carburant de transport connaisse une sorte de renaissance ces derniers temps, la production et les cas d'utilisation se multipliant plus rapidement que jamais dans l'histoire récente.

En d'autres termes, quel moment idéal pour un panel Hydrogen Revival Driving into the Future discutant de toutes les technologies qui peuvent produire de l'hydrogène, ainsi que des différentes façons dont il peut propulser ces avions, trains et automobiles. Avec des invités incroyablement compétents - Jessica Verhagen d'Hydra Energy; Craig Scott de Toyota Amérique du Nord; Jeff Grant de HTEC ; et Nasir Mahmood du Royal Melbourne Institute of Technology - fournissant des explications vraiment perspicaces sur les avantages et les défis auxquels est confrontée l'avenir de l'économie de l'hydrogène, le seul regret de Driving est que nous n'avions qu'une heure pour répondre à toutes vos questions.

Pour compenser cela, nous répondrons à autant de vos questions concernant l'utilisation de l'hydrogène pour alimenter les véhicules que les éditeurs jugeront bon d'imprimer. Alors, sans plus tarder, voici les réponses aux meilleures des questions que vous avez postées et envoyées à notre panel Hydrogen Revival.

Paul Stardemandé:

Eh bien, Chris, selon Jeff Grant, vice-président de HTEC et ancien directeur de Zen Clean Energy Solutions, l'eau émise par l'échappement du véhicule - le seul "polluant", soit dit en passant, produit par un véhicule à pile à combustible - est dans le forme de vapeur d'eau. Ainsi, la température de l'eau est assez élevée et il est peu probable qu'elle gèle dans les conduites du véhicule. De plus, dit Grant, lorsqu'ils sont arrêtés, les FCEV ont un mécanisme pour purger toute l'eau restante dans leurs conduites pour éviter le gel. Toyota, quant à lui, a effectué des tests approfondis au Canada et, à basse température, a jugé l'effet de la vapeur d'eau similaire à celui des véhicules conventionnels. En fait, dit Jackie Birdsall, directrice principale de l'ingénierie de Toyota Fuel Cell pour Toyota Motor North America, « nous nous sommes jugés meilleurs que le diesel derrière lequel nous étions coincés en file d'attente au service au volant de Tim Horton. Il convient également de noter que les FCEV sont également mieux adaptés aux hivers froids du Canada que les véhicules électriques, car leur autonomie et leur efficacité énergétique ne sont pas aussi compromises à des températures plus basses.

Il en va de même lorsque l'hydrogène est utilisé pour alimenter la combustion interne. Selon Jessica Verhagen, PDG d'Hydra Energy - qui convertit de grosses plates-formes diesel en hydrogène - "notre entreprise est sur la route avec des camions convertis à l'hydrogène depuis 2016 dans le nord-est de la Colombie-Britannique, avec des températures allant jusqu'à -46 degrés Celsius, et il n'a eu aucun impact sur les performances. Les véhicules à batterie, en revanche, commencent à perdre de l'autonomie à -10 °C. » Hydra dit que c'est parce que l'hydrogène reste à l'état gazeux jusqu'à -252,9 degrés Celsius, ce qui signifie que, à moins d'une catastrophe réelle du jour d'après, il n'y a aucun risque de gel. Cela signifie également que les camions d'Hydra ne nécessitent aucun équipement de chauffage spécial, tandis que les BEV nécessitent des réchauffeurs de batterie pour maintenir une efficacité optimale.

Paul, une police de requêtes, demandait également :

Selon Grant - qui travaillait également chez Ballard, et connaît donc une chose ou deux sur les FCEV - "une pile à combustible est un dispositif de conversion d'énergie, tandis qu'une batterie est un dispositif de stockage d'énergie, donc la dégradation est très différente. En règle générale, la fin de vie d'un moteur à pile à combustible est déterminée par une modification de l'efficacité du moteur à pile à combustible et de l'économie de carburant du véhicule. En général, les véhicules à pile à combustible présentent des cycles de vie similaires, voire plus longs que ceux avec leurs homologues à moteur à combustion interne. Cela est dû au manque de pièces mobiles dans le moteur, ce qui fait que le moteur ne se détériore pas aussi rapidement. De plus, par rapport aux BEV, la batterie [tampon du FCEV] est plus petite et toute dégradation avoir moins d'impact à long terme, car il est continuellement chargé par l'alimentation en carburant H2 et la pile à combustible. »

Bien sûr,Moteur Boucheavait ensuite une question de suivi qui lui était propre :

Le vice-président des solutions de transport de HTEC affirme que, pour la plupart des véhicules de tourisme, la pile à combustible durera toute la vie du véhicule. Pour certaines applications lourdes - telles que les bus qui devraient avoir une durée de vie de 40 000 heures - il peut y avoir un remplacement à mi-vie de l'un des composants de la pile à combustible (l'ensemble membrane-électrode). Ceci, dit Grant, s'apparente à une révision de moteur à mi-vie sur un moteur diesel ordinaire.

Tudor Daviesdemandé:

Grant dit que la modélisation de l'industrie montre que la fabrication d'un moteur à pile à combustible et d'un stockage d'hydrogène consomme moins d'énergie qu'un module de batterie équivalent avec une puissance nette similaire. Selon le rapport d'évaluation du cycle de vie des piles à combustible de Ballard, par exemple, "il y a 75 % d'émissions en moins lors de la production d'un groupe motopropulseur à pile à combustible avec un système de pile à combustible de 85 kilowatts par rapport à une batterie de 350 kilowattheures". seul système."

Il convient également de noter, dit Grant, qu'il y a "beaucoup moins" de métaux de terres rares dans une pile à combustible à membrane échangeuse de protons, bien que le catalyseur nécessite du platine. Cependant, au fil des ans, les fabricants de piles à combustible ont réduit la quantité de platine nécessaire, de sorte qu'aujourd'hui une pile à combustible utilise à peu près la même quantité que celle trouvée dans le convertisseur catalytique de votre voiture conventionnelle.

Guy Dubucdemandé:

Guy, utiliser de l'hydrogène pour alimenter un moteur ICE est en effet moins efficace que de le pomper à travers une pile à combustible. Et, puisqu'on parle d'efficacité énergétique, notons aussi qu'un FCEV est lui-même, selon qui fait le calcul, environ trois fois moins efficace à consommer la même quantité d'électricité qu'un véhicule à batterie. En termes simples, si l'efficacité énergétique était le seul critère sur lequel juger les véhicules à zéro émission, les BEV gagneraient largement et les ICE à hydrogène seraient au bas du totem.

Sauf, bien sûr, que l'efficacité énergétique n'est pas le seul - ni même le principal - critère pour le transport par véhicule. Si c'était le cas, la Micra de Nissan - maintenant abandonnée en raison du manque de ventes - serait la voiture la plus populaire au Canada, et non le F-150 de Ford. Pour les flottes commerciales, telles que celles desservies par Hydra, le ravitaillement rapide d'un groupe motopropulseur à hydrogène est plus important que l'efficacité énergétique qu'un semi-remorque alimenté par batterie - qui prendra également des heures à recharger - pourrait offrir. Et il faudra quelque chose comme une augmentation de 10 fois de la densité d'énergie de la batterie avant que les 18 roues BEV puissent égaler la capacité de charge utile d'un camion commercial à piston diesel ou à hydrogène.

Selon Hydra Verhagen, d'autres "efficacités" sont plus attrayantes pour ses clients. D'une part, la conversion des moteurs diesel à l'hydrogène permet aux clients de la flotte d'utiliser les actifs qu'ils possèdent déjà - au lieu d'acheter des remplacements beaucoup plus coûteux - tout en réduisant leur empreinte carbone. De plus, la possibilité de basculer entre l'hydrogène et le diesel permet à ses poids lourds de fonctionner pendant la construction d'une infrastructure de ravitaillement en hydrogène.

Si l'efficacité énergétique était le seul critère sur lequel juger les véhicules à zéro émission, les VEB gagneraient largement - sauf, bien sûr, que l'efficacité énergétique n'est pas le seul critère

Plus importante est donc la question de savoir comment l'efficacité d'un ICE alimenté à l'hydrogène se compare à son équivalent diesel. Eh bien, selon l'expérience réelle d'Hydra, les moteurs diesel commerciaux convertis pour fonctionner à 40 % d'hydrogène - qui seront bientôt portés à 50 % - bénéficient d'une augmentation de 2 à 5 % de l'efficacité énergétique par rapport au même camion. lorsqu'il est propulsé à 100 % par du diesel. Ceci est confirmé par une société allemande, Keyou, qui a constaté que les moteurs fonctionnant à l'hydrogène ont des rendements thermiques similaires à ceux du diesel.

Il convient également de noter que les mêmes attributs - ravitaillement rapide, densité d'énergie plus élevée et autonomie plus longue pendant le remorquage par rapport aux équivalents alimentés par batterie - s'appliquent aux ICE à essence convertis en hydrogène. Une application parfaite serait les camionnettes pleine grandeur qui offrent beaucoup d'espace pour le stockage de l'hydrogène, et qui souffrent également considérablement de la portée de remorquage lorsqu'elles sont alimentées au lithium-ion.

Neil Glazerveut savoir :

Neil, le seul sous-produit d'une pile à hydrogène est l'eau. Les FCEV ne produisent pas d'oxydes d'azote. Brûler de l'hydrogène dans un moteur à combustion interne, cependant, le fait. En fait, comme la combustion de l'hydrogène est plus chaude que les carburants conventionnels, on pensait que les hydrogène-ICE émettraient plus de NOx. Selon un document SAE récemment déposé par Hydra, cependant, ses centrales à hydrogène émettent en fait moins de NOx que les mêmes camions fonctionnant au diesel pur. Ils produisent également moins de particules, ce qui prolonge la durée de vie des filtres et des catalyseurs de leurs camions.

Lucas Tucciarone, manifestement soucieux du détail, a demandé :

Revenant à nouveau à l'expertise d'Hydra, Verhagen affirme que les normes de pureté dépendent de l'application. Les piles à combustible nécessitent « 99,999 % d'hydrogène à une pression de 700 bars, contre 99,9 % pour Hydra à une pression de 350 bars ». Soit dit en passant, la pureté réduite requise par les moteurs à allumage par compression est l'une des raisons pour lesquelles l'hydrogène d'Hydra peut être vendu au même prix que le diesel.

Toujours sur le sujet de la pureté, il convient également de noter que les véhicules à pile à combustible nécessitent également des filtres supplémentaires pour l'eau, l'air et l'hydrogène afin d'empêcher les impuretés d'atteindre la membrane. De plus, les FCEV nécessitent une section d'humidification, car l'hydrogène sec ne peut pas pénétrer dans la pile à combustible.

Sur un même front,Raymond Leuryvoulais savoir:

Verhagen répond que "dans notre usine de Prince George, nous produirons 3 250 kilogrammes par jour via deux électrolyseurs de cinq mégawatts qui sont branchés sur le réseau hydroélectrique à faible émission de carbone de la Colombie-Britannique". Cela signifie qu'une Toyota Mirai faisant le plein dans une station d'Hydra sera tout aussi écologique qu'une Tesla. Il convient également de noter que 87 % de l'énergie électrique de la Colombie-Britannique est hydroélectrique et que les 13 % restants sont presque également répartis entre la biomasse, le gaz naturel et l'éolien. En d'autres termes, Raymond, les conversions diesel-hydrogène d'Hydra sont vraiment des machines propres, vertes et réduisant les émissions de carbone.

D'un point de vue purement pratique,Jeff amidemandé:

Grant, dont la société, HTEC, construit des stations-service, répond : "L'empreinte du distributeur lui-même s'intègre aux distributeurs d'essence et de diesel existants dans une station-service. L'infrastructure de soutien a une petite empreinte qui peut être cachée, sur place, séparée Cependant, la taille et l'emplacement du stockage d'hydrogène et de l'équipement de la station doivent respecter diverses réglementations, ce qui peut rendre certains emplacements plus idéaux que d'autres.

Colin Barfootdemande :

Jessica déclare : « Hydra utilise de solides réservoirs enveloppés de fibre de carbone pour stocker l'hydrogène sur les camions, ainsi que plusieurs capteurs de pression et soupapes de décharge. Nous n'avons pas rencontré de problèmes d'ébullition ou de fuite. HTEC convient qu'"il n'y a pas de fuites significatives d'hydrogène gazeux à haute pression stocké dans le véhicule", mais indique que "pendant le transport de liquide, il y a une certaine évaporation, mais celle-ci est minimisée grâce à l'isolation et à l'amélioration des conditions et de l'efficacité du systèmes de stockage."

Et c'est tout pour les réponses à vos questions soumises. Merci à tous d'avoir pris la peine de lire jusqu'ici. Un merci encore plus grand à ceux qui ont regardé le panel The Hydrogen Revival. J'espère qu'en répondant à ces questions, j'ai répondu à certaines de vos questions. Pour ce que ça vaut, chaque question a été lue et réfléchie. Votre désir d'en savoir plus est humble.

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