Energies futures :l'hydrogene - Page 3

l'hydrogene metallique s'il existe , a 5 millions de bar, n'aurait aucun interet pour l'hydrogene dans l'energie , les recherches sur deuterium , tritium ,lithium sont liées à la fusion nucleaire .

cequ'il faut retenir pour l'instant c'est que

une pile permet de restituer 80% de l'energie electrique qui a servi à la charger

un stockage par hydrogene comprenant , electrolyseur , compresseur , stockage ( le moins cher est a 700 bar sous forme de gaz comprimé , pile air hydrogéne restitue 25% de l'energie électrique qui a été utilisé pour produire et comprimer l'hydrogene , et est plus cher par kW restitué.

Polyeru,

Merci d'avoir precise que le deuterium n'est qu'un isotope de H2 et que l'helium n'a rien a voir avec H2. Cela pouvait effectivement preter a confusion.

Je voulais seulement faire etat de recherches en cours sur ces 2 elements qui ont de grosses similitudes avec celles concernant l'hydrogene metallique qu'on est pas encore pres de produire vu les pressions necessaires.

Mais dans 100 ans...ou peut etre moins?

exact dubaisan

"Mais on ne peut presager de l'avenir"

pour le reste il y a un fait physique c'est la surtension de l'electrode à oxygéne, de 0.4V sur un potentiel de pile qui est le triple de cela , ça fait 1 tiers de perte, je n'ai rien vu qui diminue cette valeur depuis presque 2 siècles que la pile a combustible et l'electrolyse de l'eau existent .

", la Recherche avancant a pas de geant (v. les recherches sur l'hydrogene, le deuterium et l'helium metalliques et notamment l' H2 metallique metastable qui me semblent tres porteuses) !

le deutérium est un isotope de l'hydrogene , comme le tritium , cela n'a rien a voir avec l'hydrogene banal, l'helium est le 2 eme element et n'a rien a voir avec l'hydrogene , l'hydrogene metallique existerait à 5 millions de bar.

"2018 Une équipe franco - américaine signale qu'elle aurait réussi, par utilisation de 168 faisceaux laser permettant une pression égale à 5 millions de fois celle de notre atmosphère, à rendre l'hydrogène métallique17,18."

Bonjour,

Je decouvre cette file tres bien documentee et qui met bien en exergue la validite et la pertinence des differents moyens d'obtention d'H2, de stockage d'H2 ainsi que ceux de son "exploitation-consommation" en comparaison avec les piles actuelles.

Je partage en partie les conclusions de Polyeru en fin de son premier post. Certes avec nos connaissances et nos techniques actuelles, H2 n'a pas d'avenir immediat.

Mais on ne peut presager de l'avenir, la Recherche avancant a pas de geant (v. les recherches sur l'hydrogene, le deuterium et l'helium metalliques et notamment l' H2 metallique metastable qui me semblent tres porteuses) !

si on regarde pour le stockage d'energie electrique , il n'y a que peu d'exemple ou le stockage se fait sous forme d'hydrogene , par contre les stockages a piles se developpent ( voir ci dessous les principaux) et il y en a , liés a des centrales solaires , en corse , guyane , guadeloipe , reunion .

il s'en est construit un de 129MW et 100MWh en Australie , et il parait qu'il est trs rentable car il reagit trés vite et peu faire de la regulation de frequence .

Pour l'hydrogene je connais un petit stockage experimental à Ajaccio , 2 stockages à hydogene de Electro power systems , un microstockage pour un refuge dans les Alpes et un projet de stockage de 140MWh en Guyane lié à une centrale solaire qui ne me semble pas tenir la route , ipar rapport à un stockage par piles .

"The largest grid storage batteries in the United States include the 31.5MW battery at Grand Ridge Power plant in Illinois and the 31.5 MW battery at Beech Ridge, West Virginia.[29] Two batteries under construction in 2015 include the 400MWh (100MW for 4 hours) Southern California Edison project and the 52 MWh project on Kauai, Hawaii to entirely time shift a 13MW solar farm's output to the evening.[30] Two batteries are in Fairbanks, Alaska (40 MW for 7 minutes using Ni-Cd cells),[31] and in Notrees, Texas (36 MW for 40 minutes using lead-acid batteries).[32][33] A 13 MWh battery made of used batteries from Daimler's Smart electric drive cars is being constructed in Lünen, Germany, with an expected second life of 10 years.[34]

In 2015, a 221 MW battery storage was installed in the US, with total capacity expected to reach 1.7 GW in 2020.[35]

The UK had a 50 MW lithium ion grid-battery installed in Hertfordshire in 2018.[36]

In November 2017 Tesla installed a 100 MW, 129 MWh battery system in South Australia.[37] The Australian Energy Market Operator stated that this "is both rapid and precise, compared to the service typically provided by a conventional synchronous generation unit".[38][39]Pour l'hydrogene je connais un petit stockage experimental à Ajaccio , 2 stockages à hydogene de Electro power systems et un projet de stockage de 140Mh en Guyane qui ne me semble pas tenir la route , il

oui il y a des bacteries qui produisent directement de l'hydogéne mais le rendement est trop faible pour que cela soit économique .

" De nombreux micro-organismes ont la capacité de produire de l'hydrogène. Pour plusieurs espèces de bactéries fermentaires, la production d'hydrogène permet d'extraire de l'énergie à partir de composés organiques, en l'absence de substrats respiratoires tels que l'oxygène. Ainsi, ce sont les protons en solution dans le milieu intracellulaire qui servent d'accepteurs d'électrons pour la réoxydation de cofacteurs nécessaires à la métabolisation des composés organiques. Chez certains micro-organismes photosynthétiques, ces voies de fermentation sont également présentes ; de surcroît, l'énergie solaire peut stimuler la production d'hydrogène, soit à partir de matière organique dans le cas de bactéries photosynthétiques anoxygéniques (on parle alors de « photofermentation »), soit à partir d'eau dans le cas de certaines cyanobactéries et microalgues (biophotolyse de l'eau).

Ces différents modes de production microbienne ont des applications potentielles, mais leur mise en œuvre se heurte à différents types de verrous biologiques et technologiques, dont la nature dépend des caractéristiques des micro-organismes considérés. La synthèse d'hydrogène couplée à la photosynthèse oxygénique permet d'envisager des modes de production propres et renouvelables, utilisant l'eau et l'énergie solaire comme principales ressources. Mais la sensibilité des enzymes productrices d'hydrogène à l'oxygène constitue une limitation majeure à l'élaboration de procédés reposant sur ce principe. Des stratégies d'ingénierie diverses, aux niveaux enzymatique, métabolique et à celui du procédé, doivent être développées pour assurer des modes pérennes de production d'H2 par ces processus. La mise en œuvre de la production d'hydrogène à partir de micro-organismes photosynthétiques est réalisée dans des dispositifs appelés « photobioréacteurs », dans lesquels on cherche à optimiser les conditions de production. Pour le cas des microalgues, le procédé de production d'hydrogène, du fait de la succession de phases oxygéniques et anoxiques, peut être réalisé dans deux photobioréacteurs différents ou dans un seul, soit en utilisant un contrôle strict des nutriments et de la lumière reçue, soit en fixant les microalgues sur des supports de manière à changer aisément le milieu de culture."

L'hydrogene n'est pas une energie primaire , ce n'est qu'un combustible qui eut etre produit à partir d'un autre combustible , le gaz par reaction chimique avec de l,eau ou apartir d'electricite , par electrolyse de l'eau.

On voit beaucoup d'article sur la production directe d'hydrogene à partir d'energie solaire mais pour l'instant le rendement est trop mauvais .

Le cycle de l’hydrogène fait intervenir l’électrolyseur, une pile qui convertit l’eau en hydrogène et en oxygène, en général rejeter dans l’air.

Et la pile hydrogène/ air, qui réalise la même réaction que celle de l’électrolyseur mais en sens inverse.

Cette pile est dite pile a combustible car l'hydrogène est quasiment le seul combustible qui peut produire de l’énergie dans une pile avec un rendement pas trop mauvais.

Cette pile transforme l'hydrogène gazeux et l'oxygène de l'air en eau. Bouclant ainsi la boucle d'un cycle de l'eau.

Il s’agit d’une pile à flux, les 2 fluides entrant et le fluide sortant sont échangés par la pile avec le milieu extérieur de la pile.

On compare le cycle ci dessus avec une pile ou comme pour le cycle H2 c’est H2 qui assure le stockage d’énergie, la pile NiMH, nickel métal hydrure (voir détail en fin de message)

On regarde en particulier la densité massique de stockage d’énergie pour une voiture.

Pour l’hydrogène on considère l’équipement de la Toyota Mirai la voiture à hydrogène qui réalise les 3 quarts des ventes mondiales.

Le stockage de l’hydrogène est réalisé sous une pression de 700 bar par 2 réservoirs en fibre de carbone dont la capacité massique en hydrogène est 1Kg d’hydrogène pour 19kg de poids de l’enveloppe, l’hydrogène ayant une énergie massique de 32kWh par kg, pour l’hydrogène et l’enveloppe, il faut 20kg pour 32kWh d’hydrogène.

Ce n’est pas tout il faut une pile hydrogène air pour produire de l’électricité, la pile de la Toyota mirai comporte 2 auxiliaires qui consomment de l’électricité , un compresseur d’air et une pompe de circulation du mélangé air hydrogène . Avec ces auxiliaires le rendement net de la pile est de 41% et le poids de la pile et des auxiliaires est de 1Kg par kW électrique produit.

La pile permet de consommer le contenu du stockage en 1 heure,

En consommant 1Kg d’hydrogène par heure, la pile produit 32kWh*41%=13.1kWh, donc sa puissance est de 13.1kW, son poids est de 13.1kW*1kg/kW =13.1kg.

Pour 1 kg d’hydrogène il faut 20kg de réservoir à hydrogène et 13.1kg pour la fraction de pile qui convertit cet hydrogène en électricité.

Donc 33.1kg pour produire 32kWh*41%=13.1kWh soit 396Wh par kg.

C’est mieux que le lithium ion qui fait 300Wh par kg.

Pour la pile NiMH l’hydrogène est stocké dans une composé de lanthane et nickel LaNi5 qui devient LaNi5H7 , cet hydrure comprend 7 gr d’hydrogène pour 435gr d’hydrure, soit 62kg d’hydrure par kg d’hydrogène stocké, à comparer avec 20kg/kg pour le stockage sous pression.

Mais ce n’est pas tout, il faut aussi tenir compte du poids de l’autre électrode, dans cette électrode lors de la charge l’hydroxyde de nickel Ni(OH)2 se transforme en oxyhydroxyde , NiOOH

Pour chaque gr d’hydrogène il faut une molécule NiOOH soit 91kg de NiOOH pour 1 kg d’hydrogène produit par la charge.

Donc en tout 163kg d’électrodes par kg d’hydrogène mis en jeu.

Le rendement de déchargé d’une pile NiMH est de 90% de l’énergie de l’hydrogène, chaque kg d’hydrogène permet de produire 32kWh*90% =28.8kWh d’électricité.

La densité massique de la pile NiMH serait de 28.8kWh pour 163kg, soit 176Wh par kg.

Mais cette densité ne tient compte que du poids des électrodes , il y a l’électrolyte , potasse et eau , des membranes et l’enveloppe de la pile , la densité massique de NiMH est pour les piles les meilleures de 80Wh par kg .

Cette comparaison, se résume comme cela :

Pour le stockage de l’hydrogène l’électrode plus de la pile à une capacité de 62Kg d’électrode par kg H2 , contre 20kg par kg H2 pour le réservoir à hydrogène sous pression, 3 fois moins que pour la pile .

IL a en plus l’autre électrode qui pesé 91kg par kg d’électrode, et l’électrolyte, les membranes et l’enveloppe de la pile qui pèse 207kg par kg d’H2, en tout 360kg par kg H2.

Hors électrode+ qui sert de stockage de H2 dans la pile , la pile pesé 298kg par kg H2 c’est ce qui permet de produire l’électricité , pour l’hydrogène le poids de la pile air hydrogène est on l’a vu de 13.1kg par kg H2,22.7 fois moins que pour la pile . Evidemment contrairement à une pile qui contient de quoi oxyder l’hydrogène, l’oxydant est l’air ambiant pour l’H2.

On donc par kg de H2 360kg par kg H2 pour la pile NiMH et 33kg par kg H2 pour le stockage et la pile air/H2, c’est 11 fois moins pour l’hydrogène.

Toutefois en énergie massique la pile est à 80Wh par kg et l’H2 à 396Wh par kg, un ratio de 5, ceci est du au fait que le rendement de la pile, par rapport à l’énergie contenue dans l’H2 est plus du double de celui de la pile air/H2.

On a pris la pile NiMH comme élément de comparaison car comme dans H2 gazeux c’est l’élément H qui porte l’énergie , mais il existe des piles meilleures en densité d’énergie , les piles Li ion ou c’est du lithium métal dissout dans du carbone qui porte l’énergie .

Leur densité massique est de 300Wh par kg, presque comme l’H2, l’autonomie des voitures à piles Li ion est a peine inferieure à celle des voitures à H2.

Mais il est un autre point beaucoup plus important qui joue contre H2,

Pour produire H2 avec un électrolyseur il faut une tension de l’ordre de 1.8Volt alors que l’énergie de dissociation de l’eau correspond à 1.27V.

Et quand on consomme H2 dans une pile air/H2 la tension produite est de l’ordre de 0.60V alors que l’énergie de combinaison de H2 avec l’oxygène de l’air est 1 .23V .

La charge correspondant à 1 gramme d’hydrogène est 26.8Ah (ampère*heure) est la même à la charge et à la décharge. L’énergie résultat de la multiplication des Volt par les ampères*heure,

il faut 3 fois plus d’énergie pour produire l’hydrogène que ce que l’on peut produire en le consommant dans une pile air/H2 !

Et en tenant compte du fait qu’il comprimer l’hydrogène pour pouvoir le stocker et des auxiliaires de la pile air/H2, il faut 4 fois plus d’énergie pour produire l’hydrogène que ce que l’on peut produire en le consommant dans une pile air/H2 !

Pour la pile NiMH, la tension de charge est de 1.45V pour une tension de décharge est 1.2V.

Pour la pile Li ion la charge se fait à 3 .8V et la déchargé produit entre 3.5V et 2.7V, l’énergie obtenue à la décharge est 80% de celle dépensée lors de la charge.

C’est 3 fois mieux que l’H2, si on considère que en plus la mise en oeuvre de H2 nécessite 6 appareils : électrolyseur, compresseur d’H2, stockage d’H2 comprime, stockage d’H2 de la voiture et pile air/H2, alors qu’il n’y a que la pile, le cout par kWh restitué de H2 est supérieur à celui de Li ion.

Un gars un peu clairvoyant se demandera pourquoi, alors que la production de H2 et sa consommation dans une pile air /H2 ne sont que l’équivalent de la charge et la décharge d’une pile mais réalise par des équipement différents, le rapport entre la tension de décharge et la tension de charge est elle si faible pour H2 alors qu’elle est de 80% pour la plupart des piles ?

La nature a fait que pour l’électrode produisant l’oxygène dans un électrolyseur ou l’électrode absorbant l’oxygène de l’air dans une pile air/H2, il y a une surtension de l’ordre de 0.4V sur cette électrode, il y a une loi qui caracterise cette surtension, c'est la loi de Tafel.

On observe cette surtension entre l’oxygène gazeux naissant et l’électrode l’électrolyseur et entre l’air et l’électrode dans la

Pile air/H2.

C’est cette surtension qui multipliée par l’intensité qui circule dans la pile, est convertie en chaleur est une perte par rapport à la tension d’intensité nulle de l’électrolyseur qui est de 1.27V ou de celle de la pile qui, diminuée par la concentration de 20% de l’oxygène dans l’air est de 1.23V.

Ce n’est pas l’hydrogène qui est responsable de cela, ni même l’hydrogène gazeux.

En effet la pile NiH2, analogue à la pile NiMH pour son électrode moins, mais ou l’hydrogène gazeux est produit ou consommé à l’électrode +, a une rendement décharge sur charge de 92%.

Cette pile ou l’électrode - et l’électrode à H2 sont contenues dans un récipient contenant l’H2, dont la pression monte à la charge jusqu'à 90 bar, a été utilisée pour le stockage d’électricité dans les satellites tournant autour de la terre et en particulier la navette spatiale.

Thomas Pesquet a lors de sa mission dans l’espace, remplacé d’anciennes piles NiH2 par des piles Li ion.

Certes dans les 2 piles du cycle H2, l’électrode à oxygène est une électrode à flux qui ne stocke pas l’oxygène.

L’oxygène est simplement rejetée ou prélevée dans l’atmosphère, ce qui rend le système plus léger, mais on le paye par une malédiction, la surtension de l’électrode à oxygène gazeux.

C’est en effet l’oxygène gazeux ou l’air, qui condamnent l’utilisation de l’hydrogène gazeux dans l’énergie.

Y a t’il un dessein de la nature, dans cette surtension qui condamne l’utilisation de H2 dans l’énergie, probablement pas, c’est un hasard.

Cela n’empêche pas l’homme de vouloir utiliser l’H2 pour en profiter pour lui même, même s’il connaît cette malédiction, pour cela il lui suffit de faire croire à d’autres humains, assez ignorants des faits techniques, que H2 va les enrichir, et cela permet à ceux qui lancent cela de vivre, de l’argent donné par ceux qui croient, jusqu’au moment ou peu après l’effondrement des voitures à H2 plus personne ne croira en l’utilisation de H2 dans l’énergie.

Il reste un avantage pour H2 c’est la durée de remplissage qui serait de 5 minute alors qu’elle est de 3 heures pour Li ion, mais c’est la fin de la charge qui est longue, il y a des chargeurs rapides qui permettent de charger à 80% une pile en une demi heure, sans compter les piles li ion graphème en cours de développement qui se chargent en 10 minutes.

C’est fort dommage pour ceux qui ont décidé de vivre du développement de H2 dans l’énergie, mais la plupart ne sont pas des ignares, ils ont tenté le coup alors qu’ils savent que H2 n’a aucun avenir, ce sont en général des gens qui n’ont plus que quelque salaires annuels à toucher.