1 semestre 2020
et cette façon de penser que les acheteurs de voitures électriques vont se faire entuber.
. La guerre batterie-hydrogène n’aura pas lieu
1) Certes l’hydrogène a la physique pour lui… (mais pas la chimie)
En densité massique d’énergie, l’hydrogène contient 40 kWh/kg alors qu’une batterie Li-ion atteint 200 Wh/kg.
En autonomie et poids, pour 500 km d’autonomie, il faut :
5 kg d’H2 dans un réservoir de 125 l pesant 130 kg (+ 100 kg de PAC) ;
500 kg de batteries (occupant la place de 5 personnes).
En temps de recharge :
H2 : plein en 5 minutes ;
Batterie : de 30 minutes (rapide) à 8-10 h.
2) Mais en rendement cumulé, la batterie (70%) est trois fois supérieure à la filière hydrogène, de l’électricité à la roue.
Avec la batterie, tout se passe à bord du véhicule (hors pertes en réseaux – rendement de 95%), la suite des opérations étant la charge (rendement de 99%), la transformation DC/AC en sortie de batterie (92%), l’onduleur (90%), le moteur (90%), soit un rendement global de l’ordre de 70% à 75%.
Avec l’hydrogène, la filière commence au sol. À partir d’un approvisionnement en électricité décarbonée, H2 est produit par électrolyse (rendement 70-80%), puis comprimé à 700 bars (85%), enfin transporté et livré (90%).
Une fois à bord, H2 est retransformé en électricité par la PAC (50-70%), elle-même redressée de DC en AC (92%), ondulée (90%) et motorisée (90%).
Le rendement global pour la filière hydrogène est donc de l’ordre de 20% à 33%.
L’alimentation directe par batterie a donc un rendement 2 à 3 fois supérieur à l’hydrogène + PAC, avec un avantage en « simplicité » qui se traduit drastiquement en coûts d’exploitation, de maintenance et d’investissement.
3) Les coûts kilométriques « à la pompe »
En 2019, l’hydrogène est commercialisé à 11-15 € le kg (33 kWh). À la pompe, l’électricité peut typiquement être facturée de l'ordre de 0,25 €/kWh sur une borne de recharge publique en France (différences de prix en fonction des réseaux de recharge), la recharge étant moins coûteuse à domicile.
La voiture électrique à batterie consomme 15 à 20 kWh aux 100 km, soit 4 à 5 € / 100 km.
La voiture électrique à hydrogène consomme 1 kg H2 aux 100 km, soit 11 à 15 € / 100 km.
Il y a un rapport 3 en faveur de la batterie.
4) L’offre automobile
Au Salon de l’Auto de mars 2019, plus de 20 modèles de voitures électriques à batterie étaient proposés, dont 5 nouveaux avec des autonomies supérieures à 400 km pour des prix de l’ordre de 35 000 €. Dans le monde, les ventes sont en très forte croissance (+ 20 à 30%) et l’AIE prévoit, en 2030, environ 125 millions de VE, pour plus de 3 millions en 2018, soit 40 fois plus. Dans cette prévision, l’hydrogène n’est pas (encore ?) présent.
5) Le poids de l’innovation
La batterie Li-ion n’a cessé de progresser au service du véhicule électrique, en particulier en densité d’énergie, et le créneau de la supériorité en autonomie qui faisait l’attractivité initiale de l’hydrogène s’est progressivement rétréci. La progression vers le Li-ion à électrolyte solide en particulier, rendant possible des autonomies de 600 km, et des pleins en moins de 10 minutes, grâce à des accus au graphène, grignote actuellement les espoirs qu’avaient suscité les qualités exceptionnelles de l’hydrogène et, en ce qui concerne la mobilité routière pour le grand public, le KO est sans doute proche.
6) L’accès aux métaux rares
Dans la rivalité batterie-hydrogène pour l’alimentation embarquée des voitures électriques, les approvisionnements en lithium pour les batteries et en platine pour les piles à hydrogène sont encore perçus comme des paramètres critiques menaçant par leur rareté le développement de ces deux technologies.
Les batteries Li-ion commercialisées font en effet non seulement un large usage du lithium (3 à 5 kg par véhicule), mais aussi de cobalt, de nickel, de manganèse dans des substrats d’aluminium, de carbone et de cuivre pour la réalisation de leurs électrodes et de leurs structures.
Les perspectives d’une envolée (+ 30%) de la demande annuelle au-delà de la dizaine de millions de véhicules électriques à batteries en 2030 ont donc posé d’emblée le problème des ressources minérales disponibles, en particulier en lithium. Les réserves prouvées sont évaluées aujourd’hui entre 15 et 25 millions de tonnes, concentrées en Amérique Andine (Argentine, Chili, Bolivie, etc.) et en Chine. Mais, après l’habituelle prophétie initiale des « pénuristes » d’un épuisement prochain de cette ressource, la recherche minière a commencé à en identifier de nouveaux gisements (Afghanistan, Algérie, Portugal, etc.) et en réévaluer les ressources à au moins 60 millions de tonnes. En y ajoutant le lithium récupérable par recyclage des batteries et la possibilité de lui substituer du sodium dans de nouveaux couples électrochimiques, on peut écarter pour la décennie à venir le risque d’une asphyxie de la croissance attendue par manque de ressources minérales, pour se concentrer sur les énormes besoins de financement qu’il va nécessiter.
Dans une pile à hydrogène embarquée sur un véhicule électrique, comme dans la quasi-totalité des piles à combustible (PAC), les réactions d’oxydoréduction aux électrodes et à la traversée des membranes sont catalysées par le platine, rare et coûteux, qui reste encore aujourd’hui la matière première critique quasi-unique des PAC. Les perspectives de l’hydrogène pour motoriser la voiture électrique n’ont pas encore justifié l’effort d’industrialisation des PAC pour en abaisser drastiquement les coûts et en particulier pour substituer au platine des catalyseurs beaucoup moins rares et précieux.
Dans le duel batterie-hydrogène, la dépendance au lithium est nettement moins handicapante que la catalyse par le platine.
7) La lourdeur des investissements
La transition énergétique va entraîner, pour la seule mobilité, des investissements gigantesques en technologies, infrastructures et équipements. Déjà, le montant des subventions accordées aux énergies décarbonées renouvelables, au soutien à l’habitat et aux transports se chiffrent annuellement par milliards d’euros) à l’échelle de la France, par dizaines de milliards d’euros en Chine et en Asie du Sud et proche de la centaine de milliard pour le monde.
Sur tous les postes de la mobilité routière, l’hydrogène est beaucoup plus cher que la batterie et constitue le plus souvent « un investissement déraisonnable ». En outre, la quasi-totalité de l’infrastructure électrique existe déjà contrairement à celle de l’hydrogène.
Conclusion
La bataille pour la mobilité autonome décarbonée paraît donc perdue pour l’hydrogène face à la batterie, sauf dans quelques niches exigeant à la fois de très grandes autonomies pour des véhicules très lourds.
Mais l’hydrogène possède des qualités physiques si exceptionnelles que sa progression ne saurait s’arrêter là. Elle reste d’abord un gaz industriel majeur dont la production par vaporeformage doit être relayée par l’électrolyse à haute température (ou la thermochimie), à partir d’une électricité décarbonée, nucléaire ou intermittente.
Elle doit aussi se développer comme solution de stockage de l’électricité « fatale » de ces intermittentes en plein développement. Elle est enfin un élément clé de la fermeture du cycle du CO2 par méthanation. Il est possible de faire reculer l’empoisonnement de l’atmosphère par le CO2 en le capturant systématiquement partout où l’humanité l’émet massivement aujourd’hui et en le retransformant en hydrocarbure liquide utilisable directement en énergie primaire.
Vision Franco-française de Mai 2019klawal a écrit : 09 août 2020, 22:55Une bonne analyse du match lithium-hydrogéne ici : https://www.connaissancedesenergies.org ... rt-routier
Voici leur conclusion :
Conditionnel absolument nécessaire : les technologies sont toujours prometteuses et "solutions parfaites" en powerpoint ou promotions marketing mais une fois dans la vrai vie, c'est une autre histoire.labo a écrit : 08 sept. 2020, 22:29On a tort de vouloir appliquer à tout prix une technologie qui supplanteraIT les autres.
. C'est ta vision de la chose. La comparaison avec la cuve de mazout est déplacée : certaines ont 50 ans, font toujours leur office, quid d'une batterie de la même capacité énergétique et surtout à quel prix ?labo a écrit : 08 sept. 2020, 22:29On pourrait très bien avoir de grosses batteries à la maison, beaucoup de ménages possèdent une citerne de plusieurs m3 de mazout pour se chauffer.
Les conduites de gaz de ville sont déjà dangereuses, je n'imagine pas des des conduites de H2.
On a tort de vouloir appliquer à tout prix une technologie qui supplantera les autres.
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