Les piles à combustible à hydrogène sont considérées comme une ressource de carburant renouvelable. Ils sont également considérés comme un carburant alternatif, car il s’agit encore aujourd’hui d’une technologie rare dans le monde. L’hydrogène est l’une des ressources les plus abondantes dont nous disposons, il est donc parfaitement logique que les piles à combustible fonctionnent.
Les inconvénients et les avantages des piles à combustible à hydrogène nous montrent qu’elles peuvent être une option de combustible polyvalente pour de nombreuses industries. C’est aussi une option de carburant qui comporte son propre ensemble de risques.
Liste des avantages des piles à combustible à hydrogène
1. Ces piles à combustible offrent une meilleure économie de carburant globale.
Lorsque les piles à combustible à hydrogène sont testées avec des voitures, elles obtiennent plus de kilométrage par remplissage par rapport à l’essence standard. Même avec la meilleure économie de carburant, les performances du véhicule restent les mêmes. Pour le véhicule moyen, l’économie de carburant réalisable est le double de l’économie actuelle de carburant à essence.
2. Il ne libère pas d’émissions lorsqu’il est utilisé.
Lorsque des piles à combustible à hydrogène sont utilisées pour produire de l’électricité, les seules émissions qu’elles produisent sont de la vapeur d’eau. Cela signifie que nos réseaux de transport pourraient perdre des milliards de tonnes de carbone provenant des gaz d’échappement des véhicules si nous passions à cette technologie. Aux États-Unis, le conducteur moyen produit près de 5 tonnes métriques de dioxyde de carbone chaque année. La réalité de la pile à combustible à hydrogène est qu’elle peut avoir un impact immédiat sur les émissions que nous produisons tous chaque jour.
3. Les piles à combustible à hydrogène sont beaucoup plus sûres que les autres types de combustible.
L’énergie nucléaire comporte un risque de radiation. L’énergie du charbon comporte également un risque radioactif dans ses cendres. La consommation d’essence et de pétrole entraîne le rejet de plusieurs gaz dans l’atmosphère, notamment du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone. De nombreuses formes de carburant libèrent des particules qui causent des pluies acides, des problèmes respiratoires et d’autres problèmes de santé. Avec une pile à combustible à hydrogène, ces problèmes de sécurité disparaissent.
4. Il est capable de fonctionner de manière cohérente quelle que soit la taille.
Les piles à combustible à hydrogène sont uniques en ce qu’elles offrent les mêmes rapports de performance lors de la consommation, quelle que soit la taille des piles. Cela signifie que pratiquement n’importe quelle technologie nécessitant du carburant pour fonctionner pourrait utiliser ces piles à combustible comme principale source d’énergie. Les piles à combustible à hydrogène pourraient non seulement être utilisées pour les véhicules, elles pourraient également être utilisées pour les maisons, à des fins de chauffage et de refroidissement, et même pour la production d’électricité.
5. Ils peuvent fournir une alimentation continue.
Cette technologie ne nécessite à aucun moment de recharger les piles à combustible pour les maintenir en fonctionnement. La seule exigence pour les piles à combustible à hydrogène est qu’elles doivent avoir accès au carburant pour continuer leurs opérations. Étant donné que les piles à combustible combinent l’oxygène et l’hydrogène pour produire de l’énergie, qui est disponible en abondance, avoir accès au carburant nécessaire pour faire fonctionner les piles ne serait pas un problème pour la plupart des consommateurs.
6. Nécessite moins de produits chimiques pour fonctionner par rapport à d’autres types de carburant.
Si vous remplissez votre véhicule d’essence, vous vous exposez à certains produits chimiques qui présentent des risques uniques pour la santé. Le xylène, par exemple, peut provoquer des vomissements, des étourdissements et des maux de tête. Le benzène peut provoquer des symptômes similaires, même si les vapeurs contenant le produit chimique sont inhalées. Au total, certains carburants à essence peuvent contenir plus de 150 produits chimiques, détergents et autres ingrédients différents. Certains de ces éléments sont connus pour être cancérigènes. Les piles à combustible à hydrogène ne comportent pas ce risque d’exposition avec leur source de combustible.
7. Les piles à combustible à hydrogène peuvent être combinées aux infrastructures actuelles.
Une façon d’intégrer les piles à combustible à hydrogène dans le réseau de services publics d’une communauté consiste à utiliser le biogaz. De nombreuses usines de traitement des eaux usées produisent des niveaux élevés de biogaz qui pourraient être convertis en hydrogène. Avec une pile à combustible à hydrogène disponible à l’usine, le biogaz pourrait être transformé en carburant qui pourrait être utilisé pour faire fonctionner l’ensemble de l’installation. Si les piles à combustible étaient suffisamment grandes, l’installation pourrait compléter le réseau électrique local. L’installation de contrôle de la qualité de l’eau à Riverside, en Californie, expérimente déjà un tel système et génère plus de 30 % de l’énergie nécessaire.
8. Le coût des piles à combustible à hydrogène continue de baisser.
Au début du 21e siècle, le coût estimé d’une pile à combustible à hydrogène, par kilowattheure, était de plus de 1 000 $. Aujourd’hui, le coût du kilowatt installé est d’environ 50 % de ce qu’il était il y a à peine dix ans. Cela signifie que, dans 10 ans, les coûts d’installation des piles à combustible à hydrogène pourraient être suffisamment compétitifs pour devenir une ressource essentielle pour de nombreuses collectivités.
9. Vous pouvez diriger l’énergie là où elle est nécessaire.
C’est la fiabilité des piles à combustible à hydrogène qui pourrait vous donner un avantage par rapport aux autres ressources en combustible. Lorsque ces piles à combustible sont connectées au réseau électrique, elles ont la capacité de diriger leur énergie là où elle peut être nécessaire. Cela permet aux services publics de commencer à décentraliser leurs réseaux, ce qui améliorerait leur fiabilité, les rendrait moins vulnérables à une attaque de piratage et réduirait également les risques d’autres problèmes de sécurité auxquels ils sont confrontés.
10. Les piles à combustible à hydrogène peuvent créer des « micro-réseaux » pour les collectivités.
De nombreuses communautés reçoivent leur électricité d’une centrale électrique. La station distribue ensuite l’électricité à travers un réseau installé, atteignant éventuellement les particuliers et les entreprises. Que se passe-t-il si une partie de cette grille tombe en panne ? La lumière s’éteint. Avec les technologies des piles à combustible à hydrogène, les communautés pourraient créer leurs propres micro-réseaux pour maintenir les niveaux de puissance de la station centrale qu’elle ne parvient pas à fournir pour une raison quelconque.
11. Les piles à combustible à hydrogène sont plus rapides à entretenir que les autres options de moteurs électriques.
Si vous amenez un véhicule alimenté par une pile à combustible à hydrogène à une station-service avec un carburant compatible, il entrera et sortira de la station en 10 minutes ou moins. De nombreux propriétaires peuvent remplir leur véhicule en 3 à 5 minutes. Par rapport aux autres options de véhicules électriques, il n’y a pas d’option plus rapide. Même le Superchargeur Tesla, avec 120 kilowatts, nécessite 30 minutes pour recharger complètement un véhicule et c’est le chargeur le plus rapide disponible en mars 2018.
12. Les piles à combustible à hydrogène durent plus longtemps que jamais.
Toyota a produit un véhicule appelé « Mirai » qui a été testé plus que toute autre technologie de pile à combustible à hydrogène dans l’histoire. Ils l’ont exposé à des conditions extrêmes en Alaska et l’ont conduit dans la chaleur de la Vallée de la Mort en Californie. Leurs tests ont montré que leurs technologies actuelles de piles à combustible peuvent durer jusqu’à 3 900 heures dans un environnement de travail. Cela signifie que le Mirai devrait être le premier véhicule à parcourir plus de 100 000 milles avant d’avoir besoin d’être remplacé.
Liste des inconvénients des piles à combustible à hydrogène
1. Les piles à combustible à hydrogène peuvent encore présenter des risques pour la santé.
Bien que les piles à combustible à hydrogène ne libèrent pas les mêmes émissions nocives que les autres types de carburant lorsqu’elles sont consommées, il existe encore des risques de sécurité qui doivent être pris en compte avec cette technologie. Comme tout carburant, il y aura toujours un risque d’inflammabilité de l’hydrogène. L’hydrogène liquide, qui est souvent utilisé pour créer les piles à combustible en premier lieu, est maintenu à des températures extrêmement froides qui peuvent provoquer des brûlures par congélation qui sont également potentiellement dangereuses pour les consommateurs.
2. Ce n’est pas une technologie abordable pour la personne moyenne.
Le coût moyen d’un véhicule qui utilise des piles à combustible à hydrogène est d’environ 50 000 $. Si vous souhaitez recharger votre véhicule pour continuer à le conduire, la California Fuel Cell Association rapporte que le prix moyen est d’environ 14 $ le kilogramme. C’est l’équivalent de payer environ 5,60 $ le gallon pour l’essence. Parce que ces véhicules ont deux fois plus d’autonomie, cela réduit le prix équivalent à 2,80 $ le gallon par rapport à un autre véhicule. Cela signifie qu’un véhicule peut coûter deux fois plus cher et ensuite coûter autant à faire fonctionner.
3. Les piles à combustible à hydrogène sont disponibles en quantités limitées.
Bien que les piles à combustible à hydrogène soient utilisées comme ressource énergétique pour des projets à grande échelle depuis les années 1970, cette technologie a eu une disponibilité limitée. Même avec une popularité croissante, la personne moyenne a du mal à mettre la main sur une pile à combustible à hydrogène. Les constructeurs automobiles ne produisent que quelques milliers de véhicules pour leurs modèles à hydrogène chaque année. Bien que l’objectif soit de rendre cette technologie comparable en coût aux systèmes électriques d’ici 2025, peu de progrès ont été réalisés dans ce sens.
4. Il nécessite un investissement en capital important pour l’intégrer dans notre infrastructure.
Le coût moyen de l’installation d’un seul mile d’un système de transport d’énergie à pile à combustible à hydrogène est de plus de 200 000 $. Dans les zones géographiques difficiles, le coût peut atteindre 2 millions de dollars par mile. Sans la capacité de transporter du carburant pour les propriétaires de piles à combustible à hydrogène, la technologie est essentiellement inutile. Pour tirer parti de la nature à faibles émissions de ces piles à combustible, un investissement dans les infrastructures de plus de 1 000 milliards de dollars serait nécessaire aux États-Unis pour les rendre suffisamment disponibles pour être utilisées par la personne moyenne.
5. Les coûts de transport de l’hydrogène sont extrêmement élevés.
À l’heure actuelle, le coût du transport de l’hydrogène est environ 4 fois plus élevé que toute autre ressource énergétique comparable que nous utilisons. La raison de ces coûts élevés est que l’hydrogène subit des niveaux élevés de perte d’énergie lorsqu’il est transporté sous quelque forme que ce soit. Même avec des technologies modernes qui empêchent les pertes d’énergie, l’industrie s’attend à une perte par évaporation pouvant atteindre 20 % à chaque fois que l’hydrogène est transporté. Lors d’un transport longue distance, jusqu’à 50 % du produit peut être perdu. Sans innovation dans cette catégorie, il peut être impossible pour certains ménages ruraux de profiter de cette technologie.
6. Actuellement, les piles à combustible à hydrogène ne fonctionnent pas avec toutes les technologies dont nous disposons.
La plupart de nos technologies sont conçues pour fonctionner avec des combustibles fossiles ou certaines ressources énergétiques renouvelables. Pour profiter de la consommation de carburant sans émission offerte par cette technologie, nous aurions besoin d’innovations dans de nombreux secteurs pour la rendre compatible avec de nombreuses technologies existantes. Apple a déposé un brevet qui utiliserait des piles à combustible à hydrogène dans les ordinateurs et les smartphones, sauf que c’était en 2011 et qu’il ne s’est jamais concrétisé. Les mêmes défis auxquels Apple a été confrontée seraient dans tous les secteurs.
7. L’utilisation de l’hydrogène n’est pas aussi sûre que beaucoup le croient.
Bien que l’avantage d’une pile à combustible à hydrogène soit qu’elle produit de l’eau lorsqu’elle est consommée, l’hydrogène en tant que gaz n’est pas quelque chose que nous voudrions dans notre atmosphère en grandes quantités. Nous savons déjà que de l’hydrogène s’échappe pendant le processus de fabrication et d’installation des piles à combustible. Si suffisamment d’hydrogène était libéré dans l’air, cela pourrait interférer avec l’équilibre actuel de l’ozone qui nous protège des rayons ultraviolets.
8. Nécessite une zone de température spécifique pour un fonctionnement constant.
Les piles à combustible à hydrogène fonctionnent mieux lorsqu’elles sont maintenues en dessous de 212 ° F. Cela rend ces piles à combustible difficiles à intégrer dans certaines technologies, y compris les technologies automobiles actuelles. Le moteur moyen d’un véhicule fonctionne dans une plage de température pouvant dépasser 220 °F. Certains appareils électroménagers, comme un four, seraient également incompatibles avec cette technologie. À moins que de nouvelles méthodes ne soient développées pour canaliser la chaleur hors des piles à combustible, certaines options pourraient ne jamais profiter des avantages de ce que l’hydrogène pourrait fournir.
9. Les combustibles fossiles sont toujours nécessaires pour fabriquer des piles à combustible.
Bien que notre empreinte d’émissions serait réduite avec une conversion aux piles à combustible à hydrogène, elle ne disparaîtrait pas complètement. Les produits pétroliers sont nécessaires à la construction d’une pile à combustible à hydrogène, ce qui signifie qu’il y a un coût d’émission pour chaque élément produit. Nous pourrions générer des économies nettes sur nos émissions globales au fil du temps. Cependant, pour la transition, nous paierions initialement un coût d’émissions plus élevé jusqu’à ce que tout le monde commence à utiliser cette technologie. Nous réduirions, mais n’éliminerions pas, la consommation de combustibles fossiles.
10. La plupart des combustibles hydrogène sont encore créés à partir de combustibles fossiles.
Avec l’essence, le combustible fossile de base utilisé pour la créer est le pétrole brut. Ce pétrole est raffiné jusqu’à ce qu’il produise ce que nous utilisons pour nos véhicules. Bien que l’hydrogène puisse être extrait des ressources écologiques, la principale source de ce type d’énergie provient du gaz naturel. Même en Californie, où les stations de ravitaillement en hydrogène sont plus répandues que peut-être ailleurs dans le monde, seul un tiers du carburant vendu doit provenir d’une ressource renouvelable. Cela signifie que nous sommes encore loin de notre rêve d’avoir un véritable carburant à zéro émission.
11. C’est une technologie qui n’a pas fait ses preuves.
Bien que les piles à combustible à hydrogène fournissent une ressource énergétique immédiate pour de nombreuses industries, leur viabilité à long terme en tant que ressource énergétique reste à prouver. Il n’y a jamais eu une production de 10 ans de piles à combustible à hydrogène. Nous savons déjà que les empilements de piles à combustible au sein de ces piles diminuent en efficacité avec le temps à mesure qu’ils sont utilisés. Selon le département américain de l’Énergie, les piles à combustible à hydrogène actuelles fonctionnent pendant environ 2 500 heures, peut-être plus longtemps. Cela équivaut à environ 80 000 miles parcourus avant de devoir remplacer la pile à combustible. Le ministère de l’Énergie veut que les véhicules fonctionnent pendant 5,
Les inconvénients et avantages des piles à combustible à hydrogène nous montrent que la nature sans émission de cette technologie mérite un examen plus approfondi. Il faudrait des niveaux élevés d’investissement dans la recherche et l’innovation continue dans les secteurs existants pour qu’elle devienne une option abordable pour tous. Jusque-là, ceux qui peuvent se permettre cette technologie et sont prêts à prendre certains risques seront ceux qui pourront découvrir ces avantages et d’autres qui pourraient être possibles.
