13/12/2006

L’hydrogène devient un biocarburant

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l’hydrogène devient un biocarburant


La pile à combustible, moteur de l’avenir, souffre d’un défaut majeur : l’hydrogène nécessaire à son fonctionnement reste extrêmement polluant à produire. De récentes découvertes permettent pourtant de l’extraire proprement de l’éthanol, voire du sucre ou de déchets végétaux. Une révolution !


« Si je devais choisir l’énergie chimique du futur, ce serait sans aucune hésitation la pile à combustible. C’est de l’hydrolyse à l’envers, c’est fantastique », s’enthousiasmait Joël de Rosnay, ancien chercheur au MIT et conseiller du président de la Cité des sciences et de l’industrie, à l’occasion d’un colloque organisé par BASF en octobre. Le principe de la pile à combustible est maintenant bien connu et consiste à convertir en électricité l’énergie libérée par la réaction de l’hydrogène avec l’oxygène. À la sortie, de l’eau, du courant et c’est tout. Presque trop belle pour être vraie, la pile à combustible se heurte hélas à deux problèmes jusqu’à présent insurmontables : le premier tient au stockage du carburant. L’hydrogène (H2) est en effet une molécule insaisissable et explosive qui se faufile partout. Seuls les grands froids et les pressions extrêmes (700 bars) permettent de la garder sous cloche. Les nanotechnologies devraient permettre de régler le problème en constituant d’innombrables prisons moléculaires. L’autre gros problème, c’est la filière hydrogène elle-même : la production de H2 requiert des quantités énormes d’énergie fossile… Sauf que le Pr Lanny Schmidt et son équipe de l’université du Minnesota viennent de mettre au point un procédé permettant d’obtenir le même résultat à partir d’huile ou de sucre, après avoir rendu l'opération possible à partir de l’éthanol. Ce n’est qu’un début ! À terme, l’objectif est d’étendre les matières premières à tout un éventail de résidus de cultures. À la sortie de la réaction, un mélange hydrogène et monoxyde de carbone, entrant dans la fabrication d’un carburant de synthèse, et de l’ammoniac qui peut être utilisé comme fertilisant.


HYDROGÈNE OU GAZ DE SYNTHÈSE


Publiés début novembre dans la revue Science, les travaux du professeur Schmidt promettent une réduction drastique du coût de production des biocarburants, des engrais et de l’hydrogène, tout en éliminant l’énergie fossile encore indispensable à leur obtention grâce à un nouveau procédé baptisé « Ultrafast flash volatilization ». La difficulté résidait dans le fait que l’huile ou le sucre ne s’évaporent pas à la chaleur : lorsqu’une goutte d’huile se trouve en contact avec une surface chaude, sa face inférieure est privée d’oxygène et les molécules ne peuvent se briser qu’en vapeur d’eau et en carbone. Pour le sucre, il suffit d’avoir déjà récuré une casserole pour savoir qu’il en va de même. Le secret de la volatilisation flash ? L’huile et le sucre sont vaporisés en fines gouttelettes par un simple injecteur d’automobile et envoyées sur un disque en céramique chauffé à 1 000° C recouvert d’un catalyseur (rhodium et cerium). C’est cela qui guide la dissolution des molécules d’huile ou de sucre vers la production d’hydrogène au lieu d’eau et de carbone. Parce que le disque céramique est poreux, le gaz de synthèse peut le traverser pour être collecté en aval. Mieux, aucune chaleur externe n’est exigée car les réactions chimiques produisant le gaz de synthèse génèrent à elles seules assez de chaleur pour entretenir le processus. Tout cela n’est possible que grâce à la vitesse vertigineuse à laquelle les événements s’enchaînent : la réaction ne prend qu'un centième de seconde ! C’est dix à cent fois plus rapide que les technologies existantes pour obtenir de l’hydrogène ou des biocarburants. Le prototype mis au point en laboratoire n’est pour l’instant capable de produire que 500 grammes de gaz de synthèse par jour. On est encore loin de la phase industrielle…


QUAND L’ÉTHANOL ALIMENTE LES PILES


L’équipe de Lanny Schmidt n’en est pas à un coup d’essai : les chercheurs avaient déjà fait sensation en 2004 en concevant un réacteur capable d’extraire l’hydrogène à partir d’éthanol sur un principe relativement proche de l’extraction à base d’huile ou de sucre. Ici encore, l’obtention d’hydrogène à partir d’une ressource renouvelable laisse entrevoir autant de bénéfices pour l’environnement que pour les produits agricoles. Et là, deux problèmes sont réglés d’un coup : la production et le stockage. L’éthanol peut en effet être transformé en H2 juste avant de passer dans la pile à combustible grâce à de petites installations domestiques. À en croire le professeur, l’éthanol dégagerait trois fois plus d’énergie en étant utilisé comme source d’hydrogène que tel qu’il est utilisé actuellement dans les moteurs. Pour une raison simple : le réacteur accepte que l’eau se mélange à l’éthanol, ce qu’un moteur de voiture n’admet pas. Cette séparation réclame une dépense d’énergie qui est ici inutile. Proche du procédé utilisé pour le sucre et l’huile, le réacteur est étonnamment simple : une solution éthanol-eau traverse un injecteur, puis une chambre chauffée où elle se vaporise et se méle à l’air. Elle passe ensuite à travers une sorte de bouche d’oxyde d’aluminium recouverte de rhodium et d’oxyde de cérium. Le revêtement catalyse alors les réactions qui transforment l’éthanol, l’eau et l’oxygène en H2 et CO2, et chauffent le système à plus de 700° C, permettant au processus de s’auto-entretenir. Résultat : quatre molécules H2 sont extraites de chaque molécule d’éthanol. Le grand avantage de la technique est sa rapidité : le carburant ne reste en effet que quelques millisecondes en contact avec le catalyseur, ce qui autorise la transformation d’une grande quantité d’éthanol. Le réacteur, couplé à une pile à combustible, est déjà capable de produire 1 kW d’électricité tout en tenant dans la main. Encore quelques efforts et l’économie de l’hydrogène deviendra réalité. Dans le futur, hydrogène et éthanol feront donc bon ménage.


UN PRINCIPE VIEUX COMME LE MONDE


Solution d’avenir, cette pile ne relève pourtant pas d’une invention récente. C’est en effet en 1839 que l’électrochimiste britannique William Grove en découvre le principe. Hydrogène et oxygène, lorsqu’on les mélange, dégagent de la chaleur. En les séparant par un électrolyte (matériau qui bloque le passage des électrons), il est possible de créer simultanément de l’eau, de la chaleur… et de l’électricité. Une réaction que l’on décrit parfois comme l’inverse de l’hydrolyse. La pile à combustible restera malgré tout durant plus d’un siècle une simple curiosité de laboratoire. Seule la Nasa exploitera cette technologie dans les années 60 pour fournir en électricité certains de ses vaisseaux Gemini et Apollo. C’est aussi à cette période que naîtra le premier véhicule équipé d’une encombrante pile à combustible. Il s’agissait de l’Electrovan, signé General Motors.


Benjamin Masson

09:07 Écrit par Vincent dans Général | Lien permanent | Commentaires (0) | Tags : technologie, hydrogene |  Facebook |

30/10/2006

Les énergies alternatives au bio-carburants

Côté asiatique, c'est l'hybride qui domine les débats. Chez Honda,
notamment, avec la Civic. Un prototype Hybride sport a d'ailleurs été dévoilé à Paris. Mais aussi et surtout chez Toyota et Lexus. La Prius, souvent la cible des attaques françaises, continue pourtant d'attirer les regards. "Aujourd'hui,
l'actualité met en avant les biocarburants, soit. Quant au prix, celle-ci
est affichée aujourd'hui, en entrée de gamme (110 ch), à 25 550 euros. Soit,
grossièrement 7 000 euros de plus que l'entrée de gamme essence des 307 et
Mégane, dans leurs versions 5 portes et 2 000 euros de plus que l'entrée de
gamme essence des 407 et Laguna. PSA, lui même, reconnaît attendre 2010
pour commercialiser ses 307 et C4 Hybride Hdi, dévoilées en février dernier et présentées sur ce salon, afin de réduire un surcoût estimé encore à près de 5000 euros par rapport aux autres Diesel des deux marques. Toyota n'a pas
attendu. Au risque d'être cher, il est devenu pionnier dans le domaine. D'ici
peu, Toyota va diviser par deux le coût des composants hybrides. Produire ce type de véhicule sera ainsi moins coûteux. C'est véritablement le challenge pour cette technologie. En attendant, certains se tournent vers le "micro-hybride". Le fameux système Stop & Start inauguré sur la Citroën C3, grâce à un partenariat avec Valeo. A l'heure actuelle, d'autres projets de cette nature sont sur le point de voir le jour. Notamment chez Ford, ou d'ici environ 18 mois, une Fiesta devrait être dotée du procédé. Au Salon,
Renault présentait également une Modus équipée du système.
Et l'électrique ?
Pour ce qui est des acteurs non constructeurs, Bolloré et SVE (Dassault et
Heuliez), la route paraît encore longue. "Nous n'attendons plus que les
constructeurs. Notre technologie est opérationnelle", annonce Fabien Gaben,
responsable R&D sur le projet Cleanova de SVE. Renault pourrait d'ailleurs ne plus être longtemps le seul à bénéficier du système Cleanova. En revanche,
chez Bolloré : "Si aucun constructeur ne souhaite bénéficier de nos travaux, il
n'est pas exclu que nous lancions Blue Car nous-même", assure Laurent
Bregeon, directeur marketing de Batscap, fabricant des batteries. "Il ne faut
pas mélanger les rôles", prévient Claude Satinet, directeur général de Citroën.
22/10/2006 http://www.journalauto.com/infos/article.asp?idarticle=3645
"Nous sommes des constructeurs automobiles. Il faut un consensus politique. Il y a quelque temps, c'était l'hybride. Aujourd'hui, c'est l'Ethanol. Nous, nous
devons avoir toutes les solutions technologiques pour être préparés aux
demandes du marché", poursuit-il. Un consensus qui doit également se dégager au niveau industriel. L'un des points fondamentaux du succès de l'E 85 découle en effet de la capacité des pétroliers à proposer un réseau de distribution suffisant.
Depuis de nombreuses années, en effet, chacun sait que les industriels de
l'automobile vont devoir répondre au problème de la raréfaction du pétrole, et bien avant cette échéance, d'ailleurs, à l'augmentation de son prix. Et si depuis quelques années, les efforts en la matière semblaient anecdotiques, c'est aujourd'hui la profession de foi du plus grand nombre. A ce titre, le Mondial 2006 aura sans doute été le lancement officiel des hostilités. Des avancées commerciales, en tous les cas. Une mise au vert générale qui entraîne quelques petites interrogations pour les réseaux. Les standards constructeurs imposeront-ils, un jour, aux distributeurs, de planter du gazon dans les ateliers, des arbres au milieu des showrooms, de dessiner des nuages sur les murs, d'installer des fontaines dans les bureaux ou de disposer de bouquets de tournesols et des paniers de betteraves à l'entrée des concessions ? 

 

BMW et l'hydrogène

 

L'hydrogène peut aussi servir de carburant pour un moteur à combustion. La preuve avec la BMW Hydrogen 7 : une berline qui sera commercialisée.

La marque munichoise a annoncé que la Série 7 Hydrogen Power a passé toutes les étapes de son développement. Cette voiture est propulsée grâce à un moteur 12 cylindres de 260 ch (191 kW). Elle Elle affiche une accélération de 0 à 100 km/h en 9,5 secondes et sa vitesse maximale est limitée électroniquement à 230 km/h. Plus intéressant : le moteur à double alimentation de l'Hydrogen 7 permet de passer rapidement et aisément à un carburant plus conventionnel. En prime, les performances sont atteintes tant en mode hydrogène comme en mode essence. Ce qui prouve que le moteur thermique est aussi à l'aise avec les deux carburants.

Voilà donc la première voiture à hydrogène qui va quitter le stade de concept ou de prototype pour affronter la clientèle - allemande dans un premier temps. Certes, les stations proposant l'hydrogène liquide ne sont pas légion, d'où la possibilité de switcher au carburant classique. Mais comment marche cette surprenante Série 7 ? Son moteur thermique à hydrogène est décliné du bloc de la BMW 760i. En mode essence, l'alimentation en carburant passe par une injection directe. Elle est doublée d'une alimentation en hydrogène intégrée dans le système d'admission du moteur. La clé du système réside dans les "insuffleurs". En quelques fractions de seconde, ils amènent exactement la quantité d'hydrogène gazeux requis dans l'air d'admission. De plus, par rapport aux carburants conventionnels, l'hydrogène atteint une vitesse de combustion pouvant être dix fois supérieure. Pour profiter entièrement de ce potentiel, le V12 équipant la BMW Hydrogen 7 a donc besoin d'une gestion moteur particulièrement flexible. À pleine charge, le moteur de la BMW Hydrogen 7 fonctionne avec un mélange dit stoechiométrique : le rapport entre l'oxygène et l'hydrogène est équilibré (lambda = 1).

L'hydrogène ne contenant pas de carbone, ce qui le distingue des sources d'énergie fossiles, sa combustion ne produit en principe ni hydrocarbures (HC) ni monoxyde de carbone (CO). C'est principalement de la vapeur d'eau qui est émise par l'échappement. Seule la combustion de lubrifiant et le rinçage du filtre à charbon actif peuvent engendrer des traces de HC, de CO et de CO2. Par contre, il reste quand même des rejets d'oxyde d'azote (NOX) avec l'hydrogène. Pour les réduire, le moteur fonctionne avec un excès d'oxygène important (lambda > 2) en charge partielle.

Ce n'est pas du gaz que l'on met dans le réservoir, mais de l'hydrogène liquide. Ce combustible liquide cryogénique présente une densité énergétique supérieure à celle de l'hydrogène gazeux fortement comprimé. Ainsi, avec son plein de H2, la voiture atteint une autonomie de plus de 200 kilomètres. Le ravitaillement en hydrogène s'apparente, au début, à celui dans une pompe classique. Mais dès que le conducteur a placé le raccord de ravitaillement sur le tuyau de remplissage du réservoir de la voiture, le réservoir se remplit dans une opération automatisée. Question autonomie, comme le moteur est bivalent, on peut y rajouter les 500 km en mode essence, soit 700 km au total.

Pour l'hydrogène liquide, seule la ville de Berlin est équipée pour l'instant. Mais le groupe BMW a conclu un accord avec le groupe pétrolier Total. Outre les deux stations d'hydrogène dans la capitale allemande, le groupe pétrolier a prévu la mise en service d'une nouvelle station d'hydrogène à Munich fin 2006. L'accord signé par le BMW Group et Total prévoit par ailleurs l'ouverture d'une autre station d'hydrogène intégrée dans une métropole européenne. Total a par ailleurs indiqué que plusieurs points de remplissage d'hydrogène liquide devraient arriver dans d'autres pays européens à moyen terme. Mais il ne s'agit ici que d'infrastructures servant surtout à apprendre et à vérifier la fiabilité. Pas question d'imaginer de l'hydrogène liquide partout en Europe dans un proche avenir.