III.2- Le stockage d'hydrogène
Le grand challenge concernant l'hydrogène est de trouver un moyen de le stocker de façon à ce qu'il atteigne une densité énergétique comparable à celle de l'essence.
Concevoir des réservoirs à la fois compacts, légers, sûrs et peu coûteux est déterminant puisque c’est précisément cette possibilité de stockage qui rend l’hydrogène particulièrement attractif par rapport à l’électricité.
Trois filières se dégagent actuellement pour le stockage embarqué de l'hydrogène, un des défis de son utilisation comme vecteur énergétique: le stockage sous forme liquide à basse température, le stockage gazeux sous pression et le stockage sous forme solide.
Stockage sous forme liquide
Conditionner
l’hydrogène sous forme liquide (à -
253 °C) est une
solution a priori attrayante. C’est d’ailleurs sous cette forme qu’il
est utilisé dans le domaine spatial. A cette température, l'hydrogène
présente une densité énergétique par unité de volume la plus élevée,
mais la liquéfaction utilise environ 35% de sa propre énergie et coûte
environ quatre fois plus cher que le stockage de l’hydrogène comprimé.
En effet, l’hydrogène est, après l’hélium, le gaz le plus
difficile à liquéfier. Cette solution entraîne donc une dépense
énergétique importante et des coûts élevés qui rendent son application
plus difficile pour le grand public.
Stockage gazeux sous haute pression
Une
autre solution prometteuse: le conditionnement de l’hydrogène sous forme
gazeuse. Cependant, les contraintes sont nombreuses.
Léger et volumineux, l’hydrogène doit être comprimé au maximum pour
réduire l’encombrement des réservoirs. Des progrès ont été faits : de
200 bars, pression des bouteilles distribuées dans l’industrie, la
pression est passée à 350 bars aujourd’hui, et les développements
concernent maintenant des réservoirs pouvant résister à des pressions de
700 bars. Mais cette compression a un coût. De plus, même comprimés à
700 bars, 4,6 litres d’hydrogène sont encore nécessaires pour produire
autant d’énergie qu’avec 1 litre d’essence.
Le risque de fuite d’hydrogène doit être également pris en considération
compte tenu du caractère inflammable et explosif de ce gaz dans
certaines conditions. Or, en raison de la petite taille de sa molécule,
l’hydrogène est capable de traverser de nombreux matériaux, y compris
certains métaux. Il en fragilise, de plus, certains en les rendant
cassants. L’étude du stockage haute pression consiste donc, pour
l’essentiel, à éprouver la résistance des matériaux à l’hydrogène sous
pression. Ces matériaux doivent être résistants mais relativement légers
(mobilité oblige).
Les réservoirs métalliques, utilisés actuellement, se révèlent encore
coûteux et lourds au regard de la quantité de gaz qu’ils peuvent
emporter. Des réservoirs non plus métalliques mais en matériaux
polymères (de la famille des plastiques) sont en cours d’élaboration
pour répondre à ces contraintes.
Stockage sous basse pression
Une alternative à
l’utilisation de réservoirs sous pression gazeuse consisterait à stocker
l’hydrogène sous forme solide dans certains matériaux carbonés ou dans
certains alliages métalliques capables d’absorber l’hydrogène et de le
restituer lorsque cela est nécessaire. De plus, ces hydrures métalliques
ont le potentiel de densité énergétique proche de celle de l'essence. Ce
mode de stockage à basse pression est plus sécurisant mais fait
actuellement l’objet de nombreuses études.
Manipuler l'hydrogène
Tableau donnant le volume d'hydrogène avec la contenance énergétique d'1 litre d'essence suivant le moyen utilisé pour le stocker
Rack des réservoirs d'hydrogène sous haute pression du prototype de véhicule à PAC TaxiPac sur base Peugeot Partner présenté en 2001
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Réservoir tout polymère de 3 litres développé dans le cadre du projet Physe