Les piles à combustible sont plus efficaces que les centrales électriques conventionnelles, car elles produisent de l'énergie par réaction électrochimique plutôt que par combustion. Elles servent souvent de générateurs de secours lors des pics de consommation et sont également utilisées dans différents modes de transport public. Dans cet article, nous découvrirons à quoi servent les piles à combustible à hydrogène et comment elles fonctionnent.
À quoi servent les piles à combustible à hydrogène ?
Les piles à combustible permettent de produire de l'électricité en combinant des atomes d'hydrogène et d'oxygène. Polyvalentes, ces piles trouvent des applications dans divers secteurs, de l'alimentation des engins spatiaux et des appareils électroniques aux bâtiments domestiques et commerciaux, en passant par les véhicules. Examinons maintenant en détail certaines de leurs principales utilisations.
1. Gestion d'entrepôt : Plusieurs grandes entreprises d'entreposage et de distribution se tournent vers ces piles à combustible pour alimenter des camions, des chariots élévateurs, des transpalettes et d'autres équipements propres.
2. Distribution internationale : Les piles à combustible offrent l’autonomie et la puissance nécessaires au transport longue distance et à la distribution locale. L’industrie automobile fabrique déjà des semi-remorques et des fourgonnettes fonctionnant à l’hydrogène.
3. Autobus : L’utilisation de l’hydrogène comme source d’énergie est à l’étude pour différents modes de transport public, notamment les autobus à pile à combustible. Plusieurs grandes villes ont expérimenté des autobus à hydrogène, dont Chicago, Vancouver, Londres et Pékin.
Référence croisée : BUS ÉLECTRIQUES À PILE À COMBUSTIBLE pour les transports publics zéro émission
4. Trains : Les trains à pile à combustible à hydrogène sont désormais présents dans la plupart des pays développés.
5. Véhicules individuels : Les principaux constructeurs automobiles travaillent sur des véhicules électriques à pile à combustible à hydrogène (VEPH) destinés aux particuliers. La Toyota Mirai, la Honda Clarity, la Hyundai Nexo et la BMW iHydrogen Next figurent parmi les modèles les plus connus.
6. Aviation : Plusieurs projets expérimentaux ont étudié l’utilisation de ces piles à combustible dans le domaine aérospatial. Les véhicules sans pilote à longue portée utilisaient un système hybride avec des piles à combustible alimentées par des panneaux solaires, permettant théoriquement un vol continu de jour comme de nuit, sans limitation de durée.
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7. Production d'énergie de secours : Les piles à combustible stationnaires sont utilisées dans les systèmes d'alimentation sans interruption (ASI) où une disponibilité continue est essentielle. Les hôpitaux et les centres de données se tournent de plus en plus vers l'hydrogène pour leur alimentation sans interruption. Il peut également servir de générateur de secours, permettant ainsi à un serveur de centre de données de fonctionner exclusivement à l'hydrogène pendant deux jours.
8. Production d'énergie mobile : L'hydrogène offre de nombreuses possibilités pour la production d'énergie mobile. La NASA a produit certaines des premières piles à combustible à hydrogène pour alimenter les fusées et les navettes spatiales dans l'espace.
9. Véhicules aériens sans pilote (UAV) : De nombreuses applications innovantes des UAV (drones), allant de la livraison de colis aux missions de recherche et de sauvetage, sont fortement limitées par la puissance et l’autonomie des batteries classiques. C’est pourquoi les secteurs militaire et privé envisagent de remédier à ces problèmes grâce aux piles à combustible.
10. Bateaux et sous-marins : Les piles à combustible sont utilisées dans diverses applications marines, comme alternative aux systèmes nucléaires. L’ Energy Observer , premier navire à hydrogène, produisait même son hydrogène pour un système de pile à combustible grâce à des panneaux solaires et des éoliennes embarqués.
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De quoi sont faites les piles à combustible à hydrogène?
Une pile à combustible est composée de deux électrodes, une anode et une cathode, séparées par une membrane électrolytique. L'hydrogène, le méthane, l'éthane, l'éthanol et d'autres combustibles organiques peuvent être utilisés dans une pile à combustible pour produire de l'électricité. Ces combustibles subissent une combustion incomplète et dégagent de la chaleur. La plupart de ces réactions sont de type oxydoréduction, ce qui entraîne la conversion d'énergie chimique en énergie électrique et la production d'eau et de dioxyde de carbone.
Comment fonctionnent les piles à combustible à hydrogène ?
Ces étapes donnent un bref aperçu du fonctionnement d’une pile à combustible :
1. L'hydrogène est introduit à l'anode et l'oxygène est fourni à la cathode.
2. Dans l’anode, les atomes d’hydrogène sont divisés en protons et en électrons.
3. L'électricité est générée lorsque des électrons sont entraînés à travers un circuit tandis que des protons chargés positivement se déplacent à travers un électrolyte et une membrane jusqu'à la cathode.
4. Après avoir traversé le circuit et la membrane, les électrons et les protons réagissent avec l'oxygène à la cathode, libérant de la chaleur et de l'eau comme sous-produit.
5. Étant donné que les piles à combustible individuelles sont insuffisantes pour alimenter un appareil électronique modeste ou une centrale électrique de grande envergure, ces piles sont empilées ensemble pour générer l'énergie adéquate à leur usage prévu.
Voir aussi : L’ère de l’hydrogène : aperçus de la future transformation énergétique américaine
Comparaison de l'efficacité des piles à combustible à hydrogène selon différents types de cellules
L' efficacité des différents types de piles à combustible est la suivante :
| Type de pile à combustible | Efficacité |
| AFC alcalin | 60-70% électrique |
| Acide phosphorique (PAFC) | 80 à 85 % au total avec cogénération (énergie thermique combinée) ; (électricité 36 à 42 %) |
| Carbonate fondu (MCFC) | environ 85 % au total avec une puissance thermique combinée |
| Oxyde solide (SOFC) | environ 85 % au total avec une puissance thermique combinée |
| Membrane électrolytique polymère (PEM) | électrique 50-60% |
Les piles à combustible sont similaires aux batteries : elles peuvent stocker et restituer de l'énergie à condition de disposer d'un apport d'hydrogène. Leurs applications sont variées, notamment dans les transports et la production d'électricité. Cependant, les scientifiques et les ingénieurs doivent tenir compte des défis de sécurité liés à l'hydrogène. Pour plus d'informations, consultez notre site web.
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