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Une technologie sûre et rentable pour approvisionner en hydrogène les véhicules à pile à combustible

La fiabilité des stations de recharge en hydrogène (HRS) est essentielle si les conducteurs envisagent d’investir dans un véhicule à pile à combustible à hydrogène. L’existence d’une technologie durable, facile à entretenir et rentable pour la distribution d’hydrogène est donc la clé du déploiement réussi de l’infrastructure de ravitaillement nécessaire.

Transports et Mobilité

Les HRS sont l’élément clé de toute chaîne d’approvisionnement en hydrogène, servant d’interface entre les différents concepts possibles d’approvisionnement en hydrogène et les véhicules des utilisateurs finaux. La fonction principale des HRS est la compression rentable, efficace et fiable ainsi que la mise en tampon de l’hydrogène sous haute pression en vue de sa distribution. La technologie de compression actuelle est mécanique et a été développée à l’origine pour les environnements industriels, où le fonctionnement est stable et les exigences de maintenance, définies avec précision, sont respectées. L’utilisation de cette technologie dans les stations-service, où le fonctionnement est discontinu et la supervision limitée, soulève des problèmes de coût et de fiabilité.

Une nouvelle approche

Le projet H2REF, financé par l’UE, s’est intéressé à cette fonction de compression et de mise en tampon pour le ravitaillement en carburant des véhicules de tourisme à pile à combustible à hydrogène dans l’objectif de développer un nouveau processus. «Celui-ci repose sur l’utilisation d’accumulateurs hydropneumatiques apportant une solution plus fiable et économique tout en offrant des performances considérablement améliorées», explique le coordinateur du projet, Frederic Barth. Le consortium a cherché à développer et à valider une nouvelle solution pour le ravitaillement en carburant des véhicules légers à hydrogène gazeux, reposant sur l’utilisation d’accumulateurs à vessie pour effectuer la compression et la mise en tampon de l’hydrogène. «La distribution d’hydrogène aux véhicules légers implique un tampon en plus de la compression, car l’hydrogène sous haute pression doit être accumulé avant la distribution. De fait, il ne serait pas économique de faire effectuer toute la compression requise uniquement lorsque la distribution est en cours», explique Frédéric Barth. Les partenaires du projet ont étudié la fonction de compression et de mise en tampon pour le ravitaillement en carburant des véhicules de tourisme de 70 MPa (700 bars). Cela englobait toutes les activités nécessaires pour faire progresser un nouveau système de compression et de tamponnage à base hydraulique très rentable et très fiable du niveau de préparation technologique 3 (concept éprouvé expérimentalement) au niveau 6 (technologie démontrée dans un environnement pertinent).

Des défis surmontés

La conception du processus a impliqué de relever un certain nombre de défis majeurs. «Par exemple, aucun accumulateur à vessie fonctionnant à des pressions élevées requises pour la distribution d’hydrogène (jusqu’à 900 bars) n’avait jamais été développé auparavant et la grande ouverture requise pour le remplacement de la vessie a rendu cela particulièrement difficile», observe Frédéric Barth. De plus, le matériau élastomère (caoutchouc) constituant l’accumulateur à vessie peut être gravement endommagé par l’hydrogène absorbé lors de la libération d’hydrogène dans ce matériau quand la pression diminue. Les chercheurs ont donc testé différents matériaux élastomères pour identifier ceux capables de résister aux conditions opératoires. L’hydrogène passe également à travers les parois de la vessie et pénètre dans l’huile hydraulique. «Le fonctionnement d’un système hydraulique à l’hydrogène était complètement nouveau et une solution pour maintenir la sécurité dans de telles conditions devait être trouvée», commente Frédéric Barth. «H2REF a montré que les défis techniques associés à cette approche pouvaient être surmontés en développant intégralement un nouveau processus ainsi qu’un système prototype industriel conteneurisé à grande échelle, système qui a été exploité et évalué avec succès en fonctionnement en boucle fermée.» Grâce à son évolutivité, la nouvelle combinaison de technologies matures (hydraulique et accumulateurs) développée par H2REF est potentiellement révolutionnaire et pourrait répondre aux exigences de durabilité et de capacité de distribution d’hydrogène pour les véhicules légers et lourds, contribuant ainsi à leur commercialisation. «Les connaissances acquises permettront aux développements ultérieurs de se concentrer sur l’optimisation des composants, la conception pour la fabrication et la maintenance, la démonstration et le développement d’une gamme de produits pour différentes tailles de stations de recharge, ce qui permettra de commercialiser cette innovation», conclut Frédéric Barth.

Mots‑clés

H2REF, hydrogène, compression, mise en tampon, ravitaillement, accumulateurs, véhicule à pile à combustible, accumulateur à vessie

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