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Charge (!) sur les piles à combustible d’hydrogène

 

Pour mémoire une voiture électrique à pile à combustible d’hydrogène fonctionne avec un réservoir d’hydrogène qui alimente une pile qui, par la rencontre entre l’hydrogène et l’oxygène, produit de l’électricité et rejette de l’eau. L’électricité produite alimente alors le moteur électrique. C’est le principe de fonctionnement de la Mirail.


Elon Musk n’a jamais caché son opinion quant aux piles à combustible d’hydrogène.

Pour la compagnie Tesla Motors ces piles sont tout simplement une mauvaise réponse à la bonne question du transport durable. C’est ce qu’a expliqué également JB Straubel, co-fondateur de Tesla, en déclarant il y a quelques semaines qu’elles apparaitront rapidement comme une solution «non pertinente» dans l’industrie du transport durable.

Un autre co-fondateur de Tesla, Marc Tarpenning, en a rajouté une couche il y a quelques jours en affirmant que les piles à combustible d’hydrogène sont une « escroquerie« . Il a également dit tout haut ce que beaucoup dans l’industrie pensent tout bas à savoir que « les compagnies d’énergie soutiennent cette technologie pour son inefficacité. » Exactement comme elles soutiennent les bio-carburants dont les dernières études démontrent pourtant qu’ils peuvent de plus être jusqu’à trois fois plus polluants que le diesel classique.

Marc Tarpenning ne travaille plus chez Tesla, mais il est l’un de ses co-fondateurs avec Martin Eberhard. Il a avec celui-ci étudié les différentes alternatives possibles dans le cadre d’un développement du transport durable et c’est dans ce cadre qu’ils ont analysé la solution des piles à combustible d’hydrogène et l’ont immédiatement rejetée.

Pour la petite histoire, dans son podcast, diffusé sur Internet, Marc Tarpenning décrit comment au moment où ils cherchaient à lever des fonds pour démarrer Tesla, ils ont inclus dans leur présentation Powerpoint une diapositive traitant des piles à combustible d’hydrogène. La présentation avait bien sûr pour but d’expliquer pourquoi Tesla utiliserait des batteries pour alimenter ses véhicules et non des piles à combustible d’hydrogène.

Il a expliqué que la moitié des investisseurs potentiels présents leur ont demandé de sauter cette diapositive expliquant avoir déjà fait leur propre analyse des coûts et être conscients de l’inefficacité du système, alors que l’autre moitié commençait à poser leurs questions. Il a souligné, non sans une certaine satisfaction, que ces seconds investisseurs potentiels avaient en fait déjà investi dans des entreprises de piles à combustible, entreprises dont la plupart ont fait faillite aujourd’hui.

Dans ce podcast Marc Tarpenning expose que :

«  Si votre objectif est de réduire la consommation d’énergie, de l’essence comme de tout autre ressource, il vous faudra l’utiliser aussi efficacement que possible or c’est le contraire qui se passe avec l’hydrogène. C’est devenu un gimmick dans le secteur de l’automobile de dire que l’hydrogène est l’avenir du transport et le sera toujours. C’est en fait une arnaque totale parce que son bilan énergétique est terrible. Il est tout simplement terrible. » (…)

« Les gens pensent que l’hydrogène est l’élément le plus abondant dans l’univers, mais il est abondant là-haut dans l’univers pas ici sur terre ! Nous vivons sur une planète où l’hydrogène n’existe pas à l’état libre, il est lié dans tout. Il est lié à l’eau (H2O), le bois, des gaz et tout le reste. La seule manière pour obtenir de l’hydrogène est d’user d’énergie pour casser des liaisons chimiques et le libérer.

 L’électrolyse est la méthode la plus connue. Vous faites passer de l’électricité dans l’eau et l’hydrogène se sépare de l’oxygène et peut être récupéré, mais pour y arriver vous avez utilisé de l’énergie. Il vous en faut aussi pour le comprimer et le transporter à l’endroit où vous en avez réellement besoin, ce qui est vraiment compliqué parce que l’hydrogène est beaucoup plus difficile à travailler que l’essence ou même du gaz naturel et le gaz naturel, ce n’est déjà pas si facile.

Ensuite vous devez le stocker à très haute pression dans la voiture ce qui n’est pas sans poser de problèmes de sécurité et consomme encore de l’énergie et c’est seulement à partir de cette étape qu’il peut être converti en électricité parce que les voitures à piles à combustible d’hydrogène sont vraiment des voitures électriques. Elles ont juste une batterie extraordinairement mauvaise ». (…)

« Lorsque vous en faites le bilan énergétique, il se trouve que la quantité d’énergie par kilomètre parcouru est tout simplement terrible. Il est bien pire que presque toutes les autres solutions et ça explique pourquoi, ce que je soupçonnais depuis toujours, les sociétés d’énergie ont été longtemps de grands partisans de l’hydrogène.

L’hydrogène est un vecteur énergétique et non une source de combustible primaire sur cette planète. Peut-être ailleurs et quelque part dans l’univers, mais pas sur la terre. »

Cette diatribe très explicite sur ce que Marc Tappening qualifie « d’escroquerie des piles à combustible d’hydrogène » mériterait pour autant d’être challengée en faisant la même étude sur l’énergie consommée pour fabriquer les batteries des Tesla depuis l’extraction du lithium jusqu’à l’utilisation de l’électricité par la voiture. Une seule chose est connue avec une relative certitude, il faut à peu près 2kwh pour fabriquer un litre d’essence et les moteurs thermiques ont une efficacité de 35% contre plus de 90% pour les moteurs électriques.

 

 

 

 

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18 thoughts on “Charge (!) sur les piles à combustible d’hydrogène

  1. Il faut aussi savoir qu’une pile à hydrogène dégage énormément de chaleur, les premières fonctionnaient à une température de plus de 800 °C. Les dernières , moins de 300°C mais par contre ont une durée de vie très faible, point qui n’est jamais abordé. De même, deux types existent, dont une qui une fois mis en marche ne s’arrête qu’en fin de vie, si on l’arrête avant, elle est foutue. Donc vive les batteries, et leur futures améliorations.

  2. Quel magnifique exemple de totale désinformation. Tesla ne cesse d’essayer de déglinguer H2 pour la bonne et simple raison que ça lui fout les jetons. M Le Vosgien Les PAC à 800° c’est des SOFC stationnaires. Une pile PEM dans une voiture, c’est 80°, ce qui permet par ailleurs de chauffer le véhicule en hiver sans taper dans des batteries (1/4 de la conso batterie en moyenne sur usage réel dans la flotte de La Poste). Et cette histoire de pile qui ne s’arrête plus une fois mise en marche jusqu’à ce qu’elle meure, c’est à mourir de rire !

    1. Bonjour,
      votre post m’interpelle. Pourriez vous nous expliquer pourquoi les affirmations relatives au bilan énergétique des piles à combustion d’hydrogène par M Tarpenning sont de la totale désinformation ? j’attends avec intérêt de pouvoir lire vos arguments.

      1. Tout d’abord parce que le rendement n’a jamais été un critère de succès pour une solution énergétique, seulement un paramètre d’optimisation de coût. Un moteur diesel fait au mieux 20% de rendement en moyenne, une centrale nucléaire 33%. Une PEM H2 fait déjà 50 à 55%, et ça continue de s’améliorer. Ce qui fait le succès, c’est la réponse aux besoins des utilisateurs à un coût donné. Toutes les études montrent qu’une FCEV coutera moins cher qu’un BEV à l’horizon 2030 du simple fait de l’économie d’échelle (production en série)… avec 800-1000 km d’autonomie et recharge en moins de 5 mn. Y’a pas photo. Mais au final, ce qui fait l’intérêt global de l’hydrogène, c’est qu’il sert de vecteur de stockage aux énergies renouvelables, et contribue donc globalement à créer un cercle vertueux sur toute la chaine de valeur. Si Toyota, Hyundai, Honda, et aussi GM, Daimler et Audi pensent que c’est la vraie solution à terme, et que seul Tesla dit le contraire, c’est que Tesla a un business model et une capitalisation boursière à défendre. Quitte à cracher sur la solution qui finira par l’emporter.

  3. Je croyais que seules les major-compagnies arrogantes utilisaient de tels oukases de lobbyistes pour essayer de nuire aux innovateurs… Alors, Tesla aussi, la jeune société prodige de Californie, a besoin de procédés à la Monsanto pour se protéger ? Inquiétant, Elon… Cet article trempé dans le vinaigre l’est aussi dans l’ignorance. D’abord parce qu’on sait depuis longtemps que le problème de l’énergie de la mobilité n’a pas UNE solution mais PLUSIEURS, et que l’hydrogène en est une, plutôt plus intelligente que les autres mais pas la seule. Ensuite que l’hydrogène existe bel et bien à l’état naturel, de façon gigantesque, et que sous cette forme elle représente la seule matière première totalement décarbonnée, renouvelable à l’infini, et économiquement imbattable. Peut-on en dire autant du lithium qui est un fossile, fini et difficilement recyclable ?
    Si vous voulez écrire sur le net sans prendre des tomates sur le nez, renseignez vous avant.

    1. Bonsoir Teyssaire,

      cet article est publié pour permettre à chacun d’être informé et de pouvoir donner son opinion et je vous remercie de nous faire partager la vôtre.
      Cela n’implique pas que vous puissiez donner une leçon de savoir écrire surtout au risque de l’arroseur arrosé. Le lithium n’est pas un fossile mais un minéral. Renseignez vous avant d’écrire, ça vous évitera aussi de prendre des tomates sur le nez. J’aurai trouvé plus intéressant que soit souligné que le lithium est extrait de la matière première qui le contient par électrolyse comme….l’hydrogène tant décrié par Marc Tarpenning. J’ai repris ses propos, pas donné mon opinion et je m’en garde bien tant mon ignorance est grande mais ma curiosité immense. J’ai suggéré dans ce but que quelqu’un d’objectif et bien informé (lui) puisse nous faire partager une analyse comparative. Il me reste à vous faire remarquer que M Tarpenning n’est plus depuis longtemps chez Tesla et que son exposé n’engage que lui….

      1. Bonsoir Kill….,
        merci pour cette réponse…très convaincante. Une remarque cependant: je suis convaincu que Tesla, même si son choix est explicable par son business modèle et sa capitalisation boursière, rend un service inestimable au futur de la mobilité électrique. Sans Tesla tous les constructeurs que vous citez continueraient à ronronner tranquillement sur le business modèle actuel: pétrole+moteurs thermiques=profits colossaux (+pollution dont objectivement ils se foutent royalement) quitte à cracher sur notre planète et les humains qui l’habitent.

        1. Tesladdict : je suis tout à fait d’accord avec vous sur le fait que Tesla rend un très grand service à tous en bousculant sévèrement les constructeurs auto.
          Une petite info concernant les métaux rares : 40% du platine produit mondialement va dans les pots catalytiques diesels. Utiliser la même quantité dans une pile H2 PEM, c’est beaucoup mieux 🙂 De plus, une PEM est recyclable à plus de 90%, ce qui n’est pas le cas des batteries. Enfin, le platine des pots catalytiques se dégrade et part dans la nature, on en retrouve jusque dans les glaces du pôle Nord. Le platine des PEM ne se dégrade pas, c’est seulement la membrane polymère qui se dégrade avec l’usage, faisant baisser les perfs. Ceci dit, une PEM auto aujourd’hui, c’est 5000 heures minimum, ce qui correspond à plus de 300 000 km….

  4. Et pour en finir avec ce monsieur Tarpenning, il prouve qu’il ne connait absolument pas le sujet ou qu’il est volontairement menteur.
    En effet, comme le souligne Mr Teyssaire, l’hydrogène est massivement présent naturellement sous forme gazeuse renouvelable sur Terre. On s’en doutait avec les dorsales des fonds marins qui en crachent en permanence, on le sait maintenant grace aux chercheurs de l’IFPEN : sous le manteau terrestre se fait de l’électrolyse haute température en permanence qui dégage de l’H2, stocké sous les poches aquifères, à peu près partout sur Terre. Voir le livre de Alain Prinzhofer « Hydrogène naturel, la prochaine révolution énergétique », éditions Belin mai 2015. On en a même trouvé au Mali (80% de H2 en fuite de gaz) en creusant un puits pour chercher de l’eau, H2 naturel maintenant exploité par une compagnie Canadienne.
    Quant aux énergéticiens, ce qui les intéressent dans l’H2 (Mr Tarpenning devrait le savoir), c’est :
    1 – Pour les pétroliers, qu’il est indispensable pour désulfurer le pétrole, et plus les diesels importés de Russie sont pourris, plus ils en ont besoin.
    2 – Pour les producteurs d’électricité, que c’est le meilleur moyen de stocker les surplus électriques de moyen et long terme, via l’électrolyse… Avec une valorisation gaz à la sortie, meilleure que la valorisation électron. Les producteurs d’ENR allemands qui sont parfois obligés de vendre le MWh à prix négatif préfèrent infiniment fabriquer du H2 avec leurs surplus ! Un hydrogène qui au final est une excellente solution pour mettre de l’électricité dans les voitures, mais pas que…

    1. Vos contributions sont vraiment intéressantes. Il me semble toutefois que tout n’est pas aussi blanc et noir. J’en suis resté pour ma part à l’analyse suivante parue en 2013 et actualisée en 2015. Qu’en pensez vous ?

      À ce jour, trois grandes voies de stockage d’hydrogène à bord d’un véhicule sont envisagées:

      • le stockage comprimé ;
      • le stockage liquide ;
      • le stockage moléculaire.

      H2 comprimé

      C’est la forme la plus commune de stockage du dihydrogène.
      La technologie existe et est couramment utilisée.Son inconvénient majeur réside dans l’énergie nécessaire à la compression (700 bars) et dans la faible efficacité en termes d’encombrement qui est une des difficultés pour l’utilisation du dihydrogène sous forme de gaz comprimé dans les applications automobiles. Tarpenning a t il tout à fait tort ?

      H2 liquide

      Le stockage liquide à −253 °C sous 10 bars permet d’atteindre des densités volumique et massique intéressantes mais nécessite des réservoirs à l’isolation thermique poussée afin de minimiser l’évaporation.
      La technologie est existante. Elle a une meilleure efficacité volumique que le stockage de gaz comprimé. D’autre part, il faut une énergie importante pour passer en phase liquide : la liquéfaction consomme 30 à 40 % du contenu énergétique du gaz et la déperdition en utilisation réelle est importante (actuellement 1,25 pour mille par heure24), pénalisant fortement le stockage au-delà d’une semaine. Même problème que précédemment et même question

      H2 et hydrures métalliques

      Les atomes d’hydrogène sont stockés dans certains composés métalliques. On récupère le dihydrogène en chauffant ou en diminuant la pression. Cette technique est aujourd’hui mal maîtrisée.

      H2 vecteur d’énergie

      Il est important de préciser que l’hydrogène produit actuellement n’est pas une source primaire d’énergie mais seulement un mode de stockage. Il faudrait pouvoir capter industriellement des émissions d’hydrogène naturel pour qu’il en soit autrement. À quel coût ? Pour quel « prix » énergétique ?
      Au final, l’impact écologique de son utilisation dépend et dépendra complètement de son mode de production, qui est nécessairement consommateur de matière première et d’énergie, et générateur de pollution et de gaz à effet de serre.

      H2 renouvelable

      Afin d’être une énergie vraiment avantageuse en termes d’environnement, l’hydrogène doit pouvoir être produit à partir d’énergie renouvelable. Il est possible de réaliser l’électrolyse de l’eau à partir d’électricité renouvelable mais le rendement faible de cette étape diminue la quantité d’énergie globale disponible.

      Ma conclusion toute provisoire c’est qu’aujourd’hui aucune étude sérieuse n’a été faite sur une modélisation économique et écologique de l’utilisation d’H2 pour l’électromobilité et qu’il faudra encore des années pour qu’H2 soit éventuellement et définitivement la bonne réponse au transport durable.
      Même si le podcast de M Tarpenning est frappé au coin d’une vision en tunnel, il me semble qu’en attendant, les batteries au lithium et bientôt au zinc (ce qui augmenterait considérablement leur capacité: on évoque le chiffre de 50% de mieux) sont peut être une solution industriellement et pratiquement acceptable.

      1. Seul le stockage sous pression est retenu aujourd’hui par les constructeurs auto, 350 ou 700 bars, et ça ne pose aucun problème.
        Le rendement par électrolyse n’est faible qu’avec l’électrolyse alcaline (70%). Il voisine les 90% avec l’électrolyse PEM, et 98% en électrolyse EVHT. Par ailleurs, de nouvelles technologies d’électrolyse émergent (sels de zinc, solutions polysilanne…) qui ont des rendements supérieurs à 90% ET qui sortent l’hydrogène directement sous pression à 200, voir 400-500 bars, sans avoir besoin d’énergie pour la compression.
        Concernant votre position provisoire sur les modèles économiques et écologiques d’utilisation de l’H2 pour l’électromobilité, vous allez devoir la réviser. Plusieurs études majeures ont été réalisées depuis 2 ans (commission européenne, FCH-JU, DEA US…). Les dernières en date en France par l’ADEME, d’une part, et l’AFHYPAC d’autre part, qui sera publiée très bientôt.
        Concernant les batteries, ça fait 10 ans que tous les ans on annonce un saut tech majeur… qui n’arrive pas, car les limites de la physique sont ce qu’elles sont, et c’est dans la bouche du DG du français SAFT que j’ai entendu cette phrase, dans une réunion à Bercy. Quelques pistes sont développées mais impossible à intégrer en mobilité pour une question de stabilité, c’est possible pour le stationnaire uniquement, et moyennant un surcoût de 50%. Les constructeurs engagés dans les batteries enfument tout le monde parce que c’est la fuite en avant, mais ça va finir par craquer à un moment donné.

  5. 1) La « sympathie » des pétroliers pour la voiture à hydrogène peut s’expliquer par le fait qu’aujourd’hui, 95 % de l’hydrogène est fabriqué à partir de sources d’énergies fossiles (voir http://www.planete-energies.com/fr/medias/decryptages/comment-fabriquer-l-hydrogene )

    2) Quand on dispose de 1 kWh d’énergie (propre ou non), on peut l’utiliser de deux façons dans une voiture électrique :
    – soit on l’utilise pour charger des batteries qui alimentent un onduleur qui alimente un moteur qui entraîne les roues. Bilan final : aux roues, on retrouve 0.80 kWh
    – soit on l’utilise pour électrolyser de l’eau, récolter l’hydrogène, le comprimer, le stocker, le transporter vers une station de distribution où il est à nouveau stocké sous pression jusqu’à son transvasement dans un réservoir de voiture. De là il alimente une pile à combustible, qui alimente un onduleur qui alimente un moteur qui entraîne les roues. Bilan final : aux roues, on retrouve 0.20 kWh.
    La solution « batterie » a un rendement énergétique quatre fois supérieur à celui de la solution « pile à combustible ».

    De toute façon, sur une voiture à hydrogène, il faut aussi une petite batterie pour récupérer l’énergie lors des ralentissements et fournir un appoint d’énergie lors des accélérations, parce que le courant délivré par une pile à combustible n’est disponible qu’avec un petit retard (1 à 2 sec).

    Et pour le recyclage des batteries de voitures, la voie royale c’est la constitution de grosses batteries de stockage pour les énergies éoliennes et solaires produites à des moments où on n’en a pas besoin.

  6. Bonjour,
    On sait que le rendement de la chaîne VE avec batteries est aujourd’hui meilleure et de loin qu’avec des piles à combustible.
    Ce qu’il faut pour prendre position est une étude scientifique et économique a un moment donné , en se basant sur des produits industriels existants.
    Il y a énormément d’études sur des batteries révolutionnaires tout comme des piles à combustible fabuleuses. On pourra les acheter quand?
    Pourquoi un petit constructeur a t il réussi à vendre 400 000 VE , et qu’aucun grand constructeur n’a réussi a vendre un nombre significatif de véhicule à pac ? Parce qu’aujourd’hui le VE version batteries est meilleure que la version pac. On verra demain . Cela peut ne pas durer,.
    Un handicap pour l’hydrogène est qu’elle doit être verte. Seule solution hydrolyse d’électricité renouvelable. ( et pas comme aujourd’hui où elle provient du crackage du gaz naturel qui n’est vert que dans d’infimes proportion et donc pas adapté )
    Bons kms electriques

  7. Bonjour,
    Tout cela est très intéressant, je ne suis ni pour ni contre les batteries ou les piles H2, les technologies évoluent rapidement et on reparlera de leur efficacité respectives dans quelques années mais 2 ou 3 choses :
    1) Tesla a pratiquement réussit son pari et a très fortement bousculé le monde de l’automobile, très peu de monde y a cru au début, maintenant tous promettent monts et merveilles mais pour 2018 – 2020. Rien que pour ça, respect (pour la Leaf aussi)!
    2) Avec les batteries, je peux recharger partout, ok, ça prend plus de temps que le H2 mais je ne suis pas dépendant des pétroliers ou équivalent. Les futures taxes resteront de fait très limitées.
    3) Risque très faible de rupture d’approvisionnement…
    4) Combien de stations H2 en Europe ? Quels sont les coûts d’installation et de maintenance d’une station H2 versus chargeur Electrique ? Quelles sont les normes de sécurités pour l’une et l’autre ? …
    5) L’électricité est partout, mais le H2, pipeline ou camion ?
    @+

  8. Il faut 4kWh d’électricité pour faire 1 kWh d’hydrogène: Pa s rentable.
    Exemple: si aux USA toutes les voitures roulaient à l’hydrogène, il faudrait 7.100 TWh de courant pour fabriquer les 136 millions de tonnes d’H2 nécessaires. C’est-à-dire plus de 9 fois la production annuelle d’électricité nucléaire actuelle du pays.
    Un rapport de la CGSP précise que le prix de l’hydrogène à la pompe serait 2 à 3 fois plus cher qu’un plein habituel. 150 euros pour un plein d’hydrogène.
    Pour être compétitive, la pile à combustible devra voir son coût descendre sous les 30 $ par kW, contre 280 $ par kW en 2016, d’après les projections du Département de l’Énergie des États-Unis. Ce seuil ne serait pas atteint avant 2025, voire 2030.
    Même le directeur Hydrogène de Toyota dit que la technologie des piles à hydrogène n’aura plus lieu d’être dès que les batteries li-air-graphène seront disponibles. Écouter ce Podcast à partir de 11 min 30 sec. : http://podcast.rmc.fr/channel50/20151101_auto_8.mp3

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