Moteur à hydrogène : fonctionnement, types, inconvénients et avantages

El moteur à hydrogène reste l'un des paris pour l'avenir de l'industrie automobile. Son fonctionnement lui confère une série d'avantages qui vous permettent de rester à flot malgré vos inconvénients. Pour cette raison, des marques telles que Toyota, BMW, Mazda, Hyundai et Ford ont fait gros investissements dans cette technologie.

Dans cet article, nous allons jeter un œil à comment fonctionne un moteur à hydrogène, Quoi type il y a et quels sont leurs principaux avantages et inconvénients. On comprend ainsi pourquoi plusieurs entreprises continuent d'y travailler, malgré l'expansion du véhicules électriques à batterie.

Il existe deux types de moteurs qui utilisent de l'hydrogène, moteurs à explosion et les moteurs de conversion à pile à combustible. Voyons comment ils fonctionnent et quels avantages et inconvénients chacun a.

Moteur à hydrogène à combustion interne

ces moteurs ils utilisent de l'hydrogène comme de l'essence. C'est-à-dire qu'ils le brûlent dans des chambres de combustion pour générer des explosions (énergie cinétique et chaleur). Pour cette raison, un moteur à essence classique peut être adapté pour brûler de l'hydrogène de la même manière qu'ils sont adaptés pour BPL o GNC.

Comment fonctionne le moteur à combustion à hydrogène ?

Le fonctionnement de ce moteur est très similaire à celui d'un moteur à essence. La l'hydrogène est utilisé comme combustible et l' l'oxygène comme oxydant. La réaction chimique est initiée par l'étincelle, qui peut être produite par un bouchons.

L'hydrogène n'a pas d'atomes de carbone, la réaction est donc union de deux molécules d'hydrogène avec une molécule d'oxygène, pour libérer de l'énergie et de l'eau. Exprimé dans une équation chimique : 2H2 + O2 → 2H2O.

El résultat de sa réaction chimique est simplement vapeur d'eau. Cependant, les moteurs à combustion à hydrogène peut produire des émissions dérive de son fonctionnement. Par exemple, petites quantités de NOx, par l'air et la chaleur du chambres de combustionQu'il s'agisse d'un vin rare et exotique ou du même vin dans différents millésimes, quel que soit votre choix au les émissions produit par brûler de l'huile qui traversent le segments de piston.

Comme lui hydrogène c'est un gaz, est stocké dans un réservoir à 700 bars de pression. Soit entre 350 et 280 fois plus que les pressions habituelles des pneus de voiture (entre 2 et 2,5 bars). Bien qu'il y ait également eu des voitures qui stockaient l'hydrogène à l'état liquide à très basse température, comme vous le verrez ci-dessous.

Les moteurs à combustion à hydrogène offrent des avantages intéressants avantage sur les moteurs à combustion conventionnels. Par exemple, théoriquement ils pourraient travailler avec un mélange très pauvre (Lambda proche de 2). Autrement dit, ils pourraient utiliser peu de carburant pour profiter de tout l'air qui entre et devenir très efficaces.

Exemples de moteur à combustion à hydrogène

Les bmw 750hl ils sont un bon exemple de moteur à hydrogène, apparu en 2000. Bien qu'il s'agisse en fait du moteur à essence BMW, adapté pour brûler également de l'hydrogène.

Cependant, il présentait plusieurs inconvénients : le premier, qu'il stockait les hydrogène liquide. Ce qui nécessitait un entrepôt très coûteux fait de matériaux de l'industrie aérospatiale pour conservez-le à des températures inférieures à -250 °C. Quelque chose qui n'a pu être réalisé que pendant 12 ou 14 jours, une période au cours de laquelle l'hydrogène s'est progressivement évaporé et a été libéré en toute sécurité dans l'atmosphère. Le deuxième inconvénient est qu'en utilisant de l'hydrogène, a perdu une grande partie de sa puissance et de son efficacité. Le arrière BMW Hydrogène 7 2005, il résolvait déjà partiellement ces problèmes et portait l'hydrogène à 700 bars de pression, sans qu'il soit nécessaire de le maintenir à basse température.

Un autre bon exemple est le Moteur à hydrogène Aquarius. Un moteur à combustible fossile développé par une société israélienne, qui a été adapté pour utiliser de l'hydrogène. La première version fonctionnelle a été présentée en 2014 et plus tard une version modifiée et améliorée est arrivée. Selon ses développeurs, il peut fonctionner sans huile de lubrification et dispose d'un système d'échange de gaz pour réduire les émissions de NOx.

De plus, ce moteur à combustion à hydrogène est très léger et a très peu de pièces, donc sa production serait bon marché. Il pourrait fonctionner comme prolongateur d'autonomie pour les voitures électriques ou comme générateur d'électricité pour le réseau électrique.

moteur à hydrogène à pile à combustible

Son nom complet est moteur à hydrogène de conversion de pile à combustible. Malgré le mot "carburant", ils ne brûlent pas d'hydrogène. Ils l'utilisent pour produire de l'électricité grâce à un processus inverse de l'électrolyse. C'est pourquoi ils portent une batterie, où la réaction chimique a lieu.

Fonctionnement d'un moteur à pile à combustible à hydrogène

Comme dans le moteur thermique à hydrogène, l'hydrogène est stocké dans un réservoir à une pression de 700 bars. Seulement au lieu de le fournir à un moteur, il atteint le pile à combustible à une anode et une cathode (comme une batterie).

Une fois dedans, hydrogène (H2) traverse une membrane, qui le décompose en deux ions hydrogène et deux électrons libres. Exprimé sous la forme d'une équation chimique : H2 → 2H+ et 2e-. Cela se produit parce que ladite membrane est électriquement isolée et laisse passer 2H+, mais ne laisse pas passer les électrons.

Ces électrons passent de l'anode à la cathode. de la batterie par un circuit externe, générant ainsi le courant électrique. Les ions hydrogène résultants se lient à l'oxygène de l'air pour former de l'eau. Exprimé sous forme de formule chimique : H2 + 1/2 O2 → H2O

Pour cette raison, le moteur à hydrogène à pile à combustible oui c'est zéro émission, car il n'y a pas de production de NOx ou de gaz résultant de la combustion du mazout, comme c'est le cas avec la combustion.

La membrane utilisé dans ces moteurs c'est cher car c'est en platine. Cependant, il y a des travaux pour résoudre ce coût élevé. Par exemple, à l'Université technique de Berlin, ils ont développé un alliage de fer qui pourrait réduire considérablement les coûts s'il pouvait être mis en production.

Exemples de voitures à pile à combustible à hydrogène

Ce type de moteur a été choisi par de nombreuses marques automobiles. Par exemple, Honda avec son Pile à combustible de clarté, ou Toyota avec le Mirai et d'autres travaux de transport lourd tels que camion à hydrogène.

A ceux-ci, il faut ajouter les Hyundai Nexo, l' Machine à hopium, le Land Rover défendre l'hydrogène, l' BMW i Hydrogen SUIVANT, l' Mercedes GLC F-CELL et le camion de la même marque GénH2.

Inconvénients du moteur à hydrogène

• Les catalyseurs utilisés dans la réaction chimique d'un moteur à hydrogène à pile à combustible sont de matériaux coûteuxcomme le platine. Au moins jusqu'à ce qu'il soit remplacé par un moins cher, comme celui mentionné précédemment de l'Université technique de Berlin.
• Pour obtenir de l'Hydrogène, il faut l'effectuer avec procédés thermochimiques pour les combustibles fossiles ou électrolyse de l'eau, ce qui nécessite une dépense énergétique. Principale critique des moteurs à hydrogène, puisque l'électricité pourrait être stockée directement dans la batterie d'une voiture électrique pour être utilisée.
• Une fois l'hydrogène obtenu, il doit être introduit sous pression dans les cellules ou réservoirs. Un processus qui nécessite également une dépense énergétique supplémentaire.
• Les piles à hydrogène sont cher à produire, ils doivent être très résistants pour supporter les hautes pressions auxquelles l'hydrogène doit être stocké.

Avantages du moteur à hydrogène

• El le poids des piles à hydrogène est inférieur que celle des batteries de véhicules électriques. C'est pourquoi son utilisation dans le transport lourd est à l'étude comme alternative aux camions électriques à batterie. Pour pouvoir couvrir de longues distances, le poids de ceux-ci est très important.
• La recharge en hydrogène est plus rapide que de recharger la batterie d'une voiture électrique aujourd'hui.
• Contrairement à un véhicule électrique à batterie, un véhicule à pile à combustible à hydrogène n'a pas besoin d'une grande batterie. Pour cela nécessite moins de lithium ou d'autres matériaux qui peuvent être rares. Un moteur à combustion à hydrogène ne nécessite pas directement une batterie au lithium ou autres similaires.
• Les piles à combustible durent toute la vie de la voiture. Contrairement aux batteries électriques, qui en raison de leur taille et de leur capacité sont très coûteuses à remplacer. La batterie associée à un moteur à hydrogène est plus petite et donc moins chère à remplacer.
• Par rapport à un moteur à combustible fossile, les moteurs à hydrogène à pile à combustible utilisent un moteur électrique, ils sont donc extrêmement silencieux.

Comment l'hydrogène est ravitaillé

Les moteurs à hydrogène présentent l'inconvénient que leur réservoir ou pile à combustible doit contenir de l'hydrogène à très haute pression. Par conséquent, la points de ravitaillement doit également se conformer avec une pression de 700 bars ils portent.

Cette nécessite la création d'une infrastructure d'approvisionnement pour pouvoir faire le plein de ce type de véhicule. C'est-à-dire le même problème que les véhicules électriques à batterie. Cependant, l'opération de ravitaillement est beaucoup plus rapide que celui de ceux-ci, car il est le même que celui des véhicules GPL ou GLC.

autonomie d'une voiture à hydrogène

Les voitures actuelles équipées d'un moteur à pile à combustible à hydrogène ont une autonomie similaire à celles de l'essence. Par exemple, la Toyota Mirai annonce 650 km avec la cellule pleine, le Hyundai Elantra 756 km et l' BMW iX5 Hydrogène 700km.

d'autres comme le Hopium Machina annonce une autonomie de 1.000 XNUMX km, bien qu'il s'agisse d'un chiffre qui doit pour l'instant être confirmé lorsqu'il se produira. Dans tous les cas, l'autonomie n'est pas aussi importante que dans une batterie électrique puisque le ravitaillement est beaucoup plus rapide. Ce qu'il faut prendre en compte, c'est le nombre de points de ravitaillement.

Une voiture à hydrogène est-elle sûre ?

Les marques travaillent depuis des années sur ce type de moteur pour améliorer efficacité, réduction des coûts et, bien sûr, les amener à être bronzage assurance comme les combustibles fossiles.

De plus, normes de sécurité requises en Europe, aux États-Unis et au Japon, sont une garantie que les voitures à hydrogène sont sûres. Sans aller plus loin, Toyota se vante que le réservoir de la Mirai est si résistant qu'il est à l'épreuve des balles.

Verrons-nous venir le jour où toutes les voitures fonctionneront à l'hydrogène ? Le temps le dira. Ce qui est clair, c'est que les marques continuent d'investir et qu'elle présente certains avantages qui la maintiennent comme une alternative plausible dans le transport à zéro émission.