Hydrogène: PAC contre Thermique

[invite4aaa7617]

Bonjour,
de plsu en plus de voiture à hydogène sont co,ncu sur le modèle de la PAC pourqoui pas d'hydrogène dasn un motur thermique ? est ce moins rentable? mais alors dans ce cas, pourqoi BMW prosuit elle justement des moteurs thermique a hydrogène?
je ne comprends pas très bien pourqoi BMW semble être la seule a perserverer dans ce domaine ??

Puis-je me permettre de te rappeler que la charte du forum dit :

Utilisez la fonction "prévisualisation" pour vous relire et limiter les fautes d'orthographe.

JPL, modérateur
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[invite0919b5c3]

Il me semble que le rendement d'un moteur thermique à hydrogéne est assez mauvais (le V10 BMW à combustion d'hydrogéne à parait il les performances d'un "simple" V8), alors que le rendement d'une pile à combustible est géneralement de bon niveau.
En plus je pense que l'utilisation d'un pile à combustible au lieu d'un moteur thermique doit permettre d'éviter la formation de polluants issus de la combustion à haute température (oxydes d'azotes ?).

[invitea3eb043e]

Le véhicule thermique à hydrogène présente la remarquable particularité de cumuler tous les inconvénients :
- difficulté de stockage et transfert de l'hydrogène
- coût du carburant
- danger d'explosion si fuite
- risque de retour de flamme dans le collecteur d'admission
- perte de puissance due au fait que l'hydrogène occupe du volume dans le cylindre, ce qui limite l'admission d'air
- rendement limité par le théorème de carnot (pas le cas pour la pile à combustible)
- pollution par les NOx de par la température de flamme élevée

On comprend que les constructeurs soient moyennement enthousiastes !

[invite902daf68]

Bonjour,
BMW n'est pas le seul à se pencher sur l'alimentation directe en H2 des moteurs actuels, car il est tentant pour suprimer l'émission de CO2 de se dire enlevons le carbone de la molécule d'hydrocarbure et ne brûlons que l'hydrogène restant, et la branche hydrogène du géant du pétrole Chevron-Texaco, Ovonic a fait des essais sur une Prius 2002, et sur leur site:http://www.txohydrogen.com/home/home.htm, on peut même télécharger la vidéo des essais. (haut débit recommandé le fichier est lourd). On peut voir au cours de ces essais différents modes de stockage de l'hydrogène d'abord réservoir haute pression 450bar de Quantum, dont on voit d'ailleurs les locaux au cours des essais de roulage (le réservoir 700bar n'était pas encore dispo.) puis réservoir à hydrures métalliques, spécialité d'Ovonic.
Le gros problème à résoudre est la perte de puissance du moteur, car si 1 kilogramme d'hydrogène fourni 33,3 kwh (ou 12 gigajoules) d'énergie contre 13 kwh pour 1 kg d'essence, le kg d'essence occupe un volume à peine supérieur à 1 litre tandis qu'un kg d'H2 c'est 11,2 m2N soit 11200 litres! (à pression atmosphérique bien sûr)
Ovonic a essayé plusieurs options: augmentation de la pression d'alimentation en H2, Turbo etc; il reste malgré tout une perte de puissance qui à mon humble avis ne pourra être résolue que par une augmentation de la cylindrée des moteurs.
Je suppose que BMW a dû travailler là dessus.

Quoi qu'il en soit le rendement d'un moteur thermique restera toujours soumis aux lois de la thermodynamique et au principe de Carnot qui fait que le rendement maximum d'un moteur thermique ne peut dépasser 30%. Encore s'agit-il d'une limite théorique qui n'est jamais atteinte.
Après plus d'un siècle de perfectionnement on atteint en moyenne 24% pour les moteurs à essence et 26% pour les Diesel. mais les centrales thermiques et nucléaires c'est bien pire.
La PAC qui n'est pas un système thermique échappe donc à cette loi et a un bien meilleur rendement mais c'est encore trop cher pour être monté sur la voiture de monsieur Tout-le-monde.
Par contre lorsque le prix vient en second plan par rapport au rendement et à la fiabilité comme dans un sous-marin par exemple c'est déjà largement utilisé, il y a actuellement 19 sous-marins non nucléaires équipés de PAC par Siemens pour la marche en aérobie (plongée). Et leur carnet de commande est plein.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef023559c]

Mon sentiment personnel par rapport au moteur thermique à hydrogène est le suivant: c'est un gaspillage énorme d'énergie, car il a fallu produire cet hydrogène, sans parler du stockage qui demande aussi de l'énergie. Ensuite il y ce rendement minable du moteur à faire pleurer, tout ça pour garder le "beau" vroum vroum que beaucoup de gens adorent.

[invite1ca5c750]

Quoi qu'il en soit le rendement d'un moteur thermique restera toujours soumis aux lois de la thermodynamique et au principe de Carnot qui fait que le rendement maximum d'un moteur thermique ne peut dépasser 30%. Encore s'agit-il d'une limite théorique qui n'est jamais atteinte.

Faux. La limite théorique en question pour un moteur ditherme (fonctionnant entre une source chaude et une source froide) est :



où apparaissent les températures des sources chaude et froide. Ce rendement peut très bien dépasser 30%, et le fait quotidiennement (quoique pas en permanence à cause des aléas de la conduite) dans la plupart des moteurs récents, même à essence ! Quant aux très gros diesels marins ils peuvent dépasser les 50%.

Après plus d'un siècle de perfectionnement on atteint en moyenne 24% pour les moteurs à essence et 26% pour les Diesel. mais les centrales thermiques et nucléaires c'est bien pire.

Je ne sais pas vraiment comment on calcule une "moyenne" de tous les moteurs à essence ou Diesel, mais 24% de rendement pour un moteur à essence et surtout 26% pour un Diesel (je parle bien du rendement maxi d'un moteur, qui par ailleurs peut toujours être très mal utilisé...) sont des valeurs piteuses actuellement. Certains Diesels automobiles dépassent 40%. Quant aux centrales nucléaires (qui font partie des centrales thermiques), elles sont plutôt de bonnes élèves en dépassant les 30%.

[invite902daf68]

Si j'en crois les articles de presse ci-après l'us navy n'a pas connaissance de ces diesels marins si performant. Une bonne action, ce serait cruel de les laisser mourir idiots.

[L' « Office of Naval Research (ONR) » développe un système à pile à combustible de propulsion et de génération d'électricité pour bateaux.
Le système utilisera de l'hydrogène produit par reformage de gasoil. L'ONR teste un reformeur de gasoil de 500 kW compatible avec des piles PEM dans le « Department of Energy Idaho National Engineering and Environmental Laboratory ».
D'autre part, l'utilisation de piles à combustible permettra une production d'électricité répartie à l'intérieur du bateau, ce qui augmente la flexibilité.

[Office of Naval Research ; 5 mars 2004]


PAC dans la marine US

L'US Navy projette d'utiliser des piles à combustible à bord des navires dans de nouveaux systèmes de propulsion.
De plus, l'Office de la Recherche Navale (ORN) cherche des moyens pour extraire l'hydrogène du gazole.
La Navy croit en l'utilisation du gazole car c'est un carburant peu cher pour lequel elle possède déjà des infrastructures d'achat, de stockage et de transport.
Actuellement, les systèmes de production d'énergie (principalement des turbines à gaz) fonctionnent avec 16 à 18 % de rendement car les navires naviguent à des vitesses moyennes ou faibles. Le système à piles à combustible développé par l'ONR devrait permettre d'obtenir un rendement compris entre 37 et 52 %

[Platinum Today ; 11 May 2004]]

Comme à 60 balais mes années lycée sont loins j'en suis conscient, j'ai pris la peine de visiter pratiquement tous les sites des facultés et universités de France qui traitaient de la thermodynamique et je n'ai fait que reprendre leurs chiffres.

[Narduccio]

Les centrales thermiques classiques arrivent à un rendement de 36/40%. Les cycles combinés pratiquement 90%. Les centrales nucléaires sont aux environs de 33%.
Pour les véhicules terrestres, les F1 doivent être aux alentours de 36%.

[Quisit]

si on suit toutes les news sur la question de la PAC et des véhicules hydrogènes, il en ressort que la filière hydrogène se cherche sans trop se trouver, face à ses problèmes de pression, de puissance volumique, de conservation a température ambiante etc...

l'an dernier une station service H2 canadienne aurait sauté, avec conséquence dramatique à la clé

la piste du reformage subsiste mais l'argument marketing "hydrogène pur" reste fort (voir devient de plus en plus fort) ... et comme il est impossible de communiquer sur deux points antagonistes simultanément autour de la même idée (h2 ça pollue pas mais ça à un mauvais rendement etc.. sous peine de fracasser la délicate alchimie communicationnelle)

je ne serais pas etonné d'assister petit à petit à un découplage des communications "pro" PAC / pro "H2" et dans le même temps une assimilation "Ethanol = hydrogène"

ou encore une communication insistant sur le fait que l'"hydrogène est produit en temps réel" (cf : proto H2o de Peugeot) ce qui permet d'assimiler réformage à un H2 "encore mieux" car sans pression !


Bref, même les industriels n'ont pas encore les idées claires, on a l'impression qu'après avoir validé le réformage, la comm "anti-co2" l'a mis à mal...ils ont donc essayé la filière pure, en attendant un hypothétique miracle technologique niveau stockage...pour petit à petit poursuivre les deux lièvres à la fois en attendant...

perso la piste h2 pur ne m'emballe pas...vu ce que du GPL "de base" peut faire, j'imagine un incendie dans un parking souterrain bourré de voitures au H2, de quoi satelliser la ville au dessus !

[invite0dc23b6a]

Selon ce que l'on veut les rendements ne veuleut rien dire !!
si on veut de la puissance (P=Cw) on va obter pour un moteur qui toune vite ainsi on choisit un moteur 2 temps qui n'a seulement 6% de rendement !!

...

Malgrés un trés mauvais rendement due a la densité du gaz, l'energie transmise par l'explosion de l'hydrogéne est trés importante et créé un couple trés élevé des le bas régime !! et dans ce cas la on regarde surtout le couple ( comme sur un diesel ) et c'est cela qui propulse la voiture.

Certe on gaspille, mais le carburant est abondant et la polution faible.

[invitea4a042cf]

Certe on gaspille, mais le carburant est abondant et la polution faible.

L'hydrogène (H₂) est abondant ???
Et la pollution faible ??? (en regardant l'ensemble de la chaîne de production).
J'aimerais bien savoir d'où tu sors ça !

[invite0dc23b6a]

L'electrolyse de l'eau peut être enviseager en grosse production.
Et par rapport a ceux qui éxistent le moteur a hydrogéne polue un peu moins, je pense. Mais la polution existe tout de même.

[Quisit]

L'electrolyse pose de gros problèmes de rendement, ce qui fait de l'H2 pur la cible idéale des gaziers, qui se frottent les mains de la future "filière hydrogène"
La compression pose d'énormes problèmes de rendement.
La liquéfaction pose de gros problèmes de rendement
Le transport sous pression pose des problèmes de volume et de chaleur
Le carburant lui-même enfin est hautement détonnant
Pour l'instant, et malgré l'aspect que ce soit une filière "combustion", aucune voiteur hydrogène n'atteint l'autonomie des meilleures voitures electriques.
...il reste quoi au fait ? Ah oui, à l'origine, et sans tout ces problèmes , 2H² + O² = 2H²O

Il existe des fanatiques de la filière H2 Pur (cf : les gars de chez monteurnature.Com) qui oublient un peu vite que la filière hydrogène ne va pas s'imposer parce que c'est la meilleure filière du point de vue écologique mais parceque justement, elle arrange les potentats actuels : les exploiteurs de filière fossile, qui vont se rabattre sur le gaz, la filière nucléaire et charbon, qui , par l'electrolyse bien gourmande en jus vont pouvoir exploiter les pics de surproduction...et la filière auto qui, par la promesse (pour l'instant non tenue) d'un carburant à haute teneur energétique, vont pouvoir continuer à alourdir les véhicules, ce que la filière electrique stockée ne permet pas...

vu le rendement déplorable de la filière hydrogène du puit à la roue (peut etre peut elle s'améliorer, on l'espère tous), actuellement un TDI dernière génération monté sur une petite urbaine est sans doute écologiquement plus vertueux !!! et je ne parle même pas d'un tel véhicule alimenté en HVB, ou d'un hybride electro-diesel.

[invitea3eb043e]

Il est absolument vrai que l'hydrogène est actuellement produit à 99% par combustion partielle du gaz naturel mais le CO2 produit n'est pas perdu pour tout le monde : il est très pur et sert à gazéifier les sodas, le Coca Cola, etc...
Moralité : buvez du Coca et récupérez l'hydrogène comme sous-produit pour faire marcher les voitures !

[Quisit]

le problème est qu'une fois le coca bu ... :-/ pouf ! dans l'air le co2

[invite1ca5c750]

Si j'en crois les articles de presse ci-après l'us navy n'a pas connaissance de ces diesels marins si performant. Une bonne action, ce serait cruel de les laisser mourir idiots.

La réponse :
http://www.bath.ac.uk/~ccsshb/12cyl/
Et pour les automobiles, il suffit de chercher les diagrammes de consommation spécifique ; les meilleurs moteurs modernes à essence dépassent (de peu) les 30% de rendement maxi, et même allègrement pour les diesel. Ce qui ne signifie pas qu'en fonctionnement le moteur donne toujours plus de 30% : c'est même le problème invoqué par l'US navy qui parle de vitesses "moyennes ou faibles", autrement dit les moteurs sont sous-utilisés et tournent alors avec un rendement médiocre. Problème inverse de celui de la pile à combustible, qui elle a son meilleur rendement à faible charge.

PS : J'enseigne la thermodynamique à l'université.

[invite1ca5c750]

Les centrales thermiques classiques arrivent à un rendement de 36/40%. Les cycles combinés pratiquement 90%. Les centrales nucléaires sont aux environs de 33%.
Pour les véhicules terrestres, les F1 doivent être aux alentours de 36%.

Le rendement en cycle combiné ne doit pas être comparé aux autres, car on ne parle pas de la même chose alors ! (travail + chaleur au lieu de travail seul). Pour les véhicules terrestres, les F1 ne sont sans doute pas le meilleur exemple de rendement (la puissance est plus importante que le rendement, or ces deux objectifs sont plus ou moins contradictoires) mais je n'ai aucune idée de leur rendement. Un moteur de Prius (essence, cycle Atkinson) peut descendre sous les 230 g/kWh de consommation spécifique, ce qui fait environ 35% de rendement (toutes les essences n'ont pas la même densité énergétique !).

[Narduccio]

c'est même le problème invoqué par l'US navy qui parle de vitesses "moyennes ou faibles", autrement dit les moteurs sont sous-utilisés et tournent alors avec un rendement médiocre. Problème inverse de celui de la pile à combustible, qui elle a son meilleur rendement à faible charge.

C'est pour cela que sur certains protos de voiture hybride, le moteur tourne en permanence au régime ou il a le meilleur rendement. Ainsi la pollution diminue notablement.

[invite0dc23b6a]

Petite question : plus on monte en régime plus les friction sont impotortante donc plus de chaleur, le gaz est moins dense dans le cylindre donc moins détonnant, de plus la chaleur créé des dilatation donc de la perte d'énergie ... comment ce fait-il que certains moteurs ont leur meilleur rendement a haut régime et non en bas ??

[invitedcacff25]

Bonsoir,

Sur un moteur à quatre temps, la le rendement (et donc directement la puissance) dépend de la culasse, des soupapes et de l'accord de tout ça.
Au moment où la soupape d'admission s'ouvre (le piston descend), on esaaie d'avoir une surpression à cet endroit pour avoir le meilleur remplissage possible. Cela s'obtient par un accord des tubulures d'admissions. On crée un système de ventre et de creux de pressions et de vibrations dans ces tubulures.
Idem au moment où la soupape d'échapement souvre (le piston est en phase de remontée) par le même moyen mais au niveau de l'échappement, on s'arrange pour avoir une dépression à cet endroit pour favoriser l'extraction des gaz.

Pour des raisons de gain de puissance (plus un moteur tourne vite, plus il va pouvoir être puissant), on accorde ces phénomènes à des régimes élevés, et on construit le moteur en fonction: course du piston courte....
Par ailleurs on sait très bien actuellement diminuer les pertes par frottement, l'inertie, équilibrer tout ça, etc...

Amicalement.

[invite0dc23b6a]

le rendement (et donc directement la puissance)

Je ne suis pas tout a fais d'accord avec sa !!
pour moi rendement signifie :
R = P utile / ( P utile + P dissipé )
c'est donc une mesure de l'éfficacité ... (si on peut dire comme cela)

Par contre je suis d'accord que la puissance maximun s'obtient dans les hauts régime avec la formule P = C . w