Le secteur de la mobilité doit répondre à des enjeux écologiques. Si l’Union européenne discute toujours sur la fin des voitures thermiques en 2035, chercheurs et industriels réfléchissent depuis quelque temps à une alternative saine et durable. Les moyens de transport électriques cristallisent les avis et ne représentent pas forcément l’avenir de la mobilité.
En revanche, les travaux sur l’hydrogène vert donnent de sérieux espoirs pour la mobilité. En plus de ne pas émettre de gaz à effet de serre lors de son utilisation, cet hydrogène est produit à partir d’énergies renouvelables. Toutefois, un outil s’avère indispensable pour faire fonctionner la voiture à hydrogène renouvelable : la pile à combustion.
Qu’est-ce qu’une pile à combustible ?
Encore assez méconnue du grand public, la pile à combustible est un convertisseur d’énergie. Cela signifie qu’elle transforme un combustible en énergie. Dans le cas d’un véhicule à pile à combustible, l’énergie créée libère de l’électricité, de la chaleur et d’eau.
La pile à combustible la plus répandue fonctionne à l’hydrogène. Autrement dit, elle utilise l’hydrogène et le dioxygène ambiant afin de produire de l’électricité. Avec l’avènement de l’hydrogène vert, les constructeurs automobiles voient la pile à combustible comme une solution de mobilité durable et écologique. Cela entre clairement dans la logique d’un avenir propre et décarboné.
Hydrogène décarboné: une solution prometteuse pour les collectivités
L’hydrogène décarboné se présente comme une solution prometteuse pour l’industrie mais aussi pour les collectivités. C’est tout l’objet des pages de ce livre blanc.
Si la pile à combustible représente le futur de la mobilité, le procédé est en réalité assez ancien. En effet, la première pile à combustible date du milieu du XIXe siècle, fabriquée par William R. Grove. Tombée dans l’oubli, elle est relancée dans les années 1950 par l’ingénieur britannique Francis Thomas Bacon. La pile à combustible est notamment adaptée dans le cadre des missions spatiales Apollo, de 1961 à 1972.
Contrairement à la batterie de voiture électrique, la pile à combustible n’utilise pas de métaux rares comme le lithium et le cobalt. Son fonctionnement repose uniquement sur des gaz, en l’occurrence l’hydrogène et le dioxygène.
Hydrogène vert : comment fonctionne une pile à combustible ?
La pile à combustion se compose de deux électrodes : une anode oxydante qui émet des électrons et une cathode réductrice qui les collecte. Les deux éléments sont séparés par un électrolyte central, c’est-à-dire un conducteur. Celui-ci a la capacité de déplacer des molécules chargées d’ions d’une électrode à l’autre. Puis, elle fait circuler les électrons par le circuit externe de la pile à combustible, libérant leur énergie.
Dans le cas d’une pile à combustible à hydrogène, il se passe une réaction nommée oxydoréduction. Les molécules d’hydrogène sont décomposées en électrons et en ions hydrogène au sein de l’anode. Ces derniers se déplacent vers la cathode grâce à l’électrolyte. Les électrons, eux, sont envoyés dans un circuit électrique, créant ainsi l’énergie qui alimente le moteur de la voiture.
Ensuite, les électrons passent dans la cathode. Ces particules chargées d’électricité négative rencontrent et se combinent au dioxygène, pour créer des ions oxygène. Ceux-là entrent en contact avec les ions d’hydrogène pour former des molécules d’eau, qui seront rejetées de la pile à combustible.
Pile à combustion et hydrogène renouvelable : les deux conditions pour considérer un véhicule comme écologique
La pile à combustion représente la clé de voûte de l’industrie automobile. En effet, la technologie ne rejette aucune émission de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, uniquement de la vapeur d’eau. Toutefois, on ne peut considérer une voiture à pile à combustion comme durable si le carburant utilisé n’a pas un cycle de vie propre. C’est tout l’intérêt de développer l’hydrogène renouvelable, un combustible sain pour l’environnement.
L’électrolyse de l’eau, meilleur moyen de produire de l’hydrogène zéro carbone
Si l’hydrogène vert possède un avenir radieux en tant que carburant, c’est en raison de sa production. En effet, cette source énergétique provient en grande majorité de l’électrolyse de l’eau.
Cette méthode consiste à décomposer des molécules d’eau grâce à un courant électrique. Comme chacun le sait, cette molécule se compose d’un atome d’oxygène, relié à deux atomes d’hydrogène. D’où la formule chimique H20.
La nécessité d’utiliser une électricité produite à partir d’énergie renouvelable
Toutefois, l’électrolyse elle-même ne représente pas une garantie écologique. En effet, l’électricité nécessaire à l’électrolyse doit provenir d’une énergie renouvelable (solaire, éolienne) pour que l’hydrogène soit considéré comme sain pour l’environnement. Aujourd’hui, la technologie de l’électrolyse à membrane PEM (membrane à échange de protons) s’adapte particulièrement bien aux variations de charges électriques offertes par les énergies renouvelables.
Pour récapituler : en ne rejetant que de la vapeur d’eau, la pile à combustible à hydrogène offre des perspectives encourageantes dans la quête d’une mobilité totalement écologique. Cependant, le combustible de la pile à combustible doit également posséder un cycle de vie vertueux pour pleinement considérer la méthode comme propre.
Les avantages d’une voiture à pile à combustible fonctionnant à l’hydrogène vert
Le véhicule qui fonctionne à l’hydrogène renouvelable offre plusieurs avantages. D’une part, les voitures à hydrogène zéro carbone ne rejettent aucune émission polluante dans l’atmosphère. D’un point de vue environnemental, l’avantage est incroyable : en France, le secteur du transport est responsable de quasiment 30 % des émissions de gaz à effet de serre (chiffres de 2020).
Pour le conducteur, les voitures à hydrogènes se différencient peu des véhicules électriques. L’accélération est instantanée, la conduite s’effectue en silence. De plus, la conduite est autorisée dans les zones à fortes émissions (ZFE), même durant les pics de pollution. La réelle différence avec les voitures électriques se situe dans les temps de charge : un plein d’hydrogène renouvelable dure entre 3 et 5 minutes.
L’autonomie du véhicule à hydrogène s’avère également supérieure à la voiture électrique. Le plein d’hydrogène ne pèse que 6 ou 7 kg, ce qui permet d’effectuer environ 650 km. Loin de la moyenne des véhicules électriques à batteries lithium ion, qui se situe aux alentours de 300 km.
Les inconvénients de la voiture à hydrogène vert
Malgré son statut de véhicule « zéro carbone », la voiture à hydrogène renouvelable présente quelques inconvénients. Toutefois, ceux-ci sont amenés à disparaître, à mesure que la recherche et les innovations progressent en la matière.
Tout d’abord, les véhicules qui fonctionnent à l’hydrogène zéro carbone sont encore rares. Sur le marché automobile des particuliers, seuls deux modèles roulent avec cette technologie. Pas étonnant, donc, que les prix des voitures à piles combustibles à hydrogène soient encore élevés.
Par ailleurs, la production d’hydrogène renouvelable reste encore marginale. Seul 1 % de l’hydrogène fabriqué chaque année est décarboné. Heureusement, la France et l’Union européenne considèrent l’hydrogène vert comme le carburant de demain. La recherche et le développement dans la filière progressent rapidement. À tel point que les objectifs à court terme sont assez élevés. La France prévoit ainsi d’installer 6,5 GW d’électrolyseurs sur son territoire d’ici à 2030.
Enfin, les bornes de recharge à hydrogène renouvelable se font encore rares. Il n’est pas possible de recharger la pile à combustible à la maison, contrairement à une batterie électrique. Un immense développement en infrastructures doit avoir lieu pour démocratiser l’utilisation de la voiture à hydrogène renouvelable.
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