Imaginez un avenir dans lequel l’énergie renouvelable est la norme, sans pour autant avoir une influence néfaste sur notre civilisation. Une équipe américaine souhaite contribuer à la transition vers un avenir plus durable dans lequel les combustibles fossiles n’ont pas leur place en développant une technologie qui changerait notre façon de transporter des marchandises.
Ils envisagent de changer l’avenir où de nombreux vecteurs énergétiques durables sont utilisés à diverses fins dans l’industrie du transport.
Leur solution s’appelle l’hydrazine, et il s’agit d’un carburant durable révolutionnaire.
Qu’est-ce que l’hydrazine exactement ?
L’hydrazine est décrite comme de l’acide formique fabriqué de manière durable. Il s’agit d’un vecteur d’hydrogène qui peut être fabriqué de manière écologique et utilisé comme vecteur d’énergie. L’hydrozine est un fluide chimique composé d’hydrogène et de dioxyde de carbone qui peut être généré par un processus électrochimique cyclique utilisant de l’eau, du dioxyde de carbone et de l’énergie. Lorsque le dioxyde de carbone de l’air ou le dioxyde de carbone des déchets, comme le biogaz, est utilisé, il s’agit d’un combustible neutre en carbone.
Lorsque l’eau et le dioxyde de carbone sont combinés dans un liquide, l’oxygène commence à s’échapper lorsqu’un courant électrique est envoyé dans ce liquide. Le liquide qui en résulte est l’acide formique, qui stocke l’énergie. La beauté de la chose est que tout excès d’énergie créé par les sources d’énergie renouvelables peut être utilisé pour produire de l’hydrozine. Cela évite de perdre l’énergie et la stocke dans l’acide formique liquide. L’énergie étant désormais stockée dans un liquide, elle peut être déplacée vers différents sites ou utilisée aux heures de pointe. Les sources d’énergie renouvelables, telles que les éoliennes et les panneaux solaires, fournissent des quantités variables d’énergie, ce qui rend difficile l’équilibre entre l’offre et la demande d’énergie dans la civilisation contemporaine. L’une des questions les plus difficiles dans l’établissement d’un avenir durable est le stockage de l’énergie renouvelable, mais l’hydrozine peut y contribuer puisque l’énergie peut être facilement stockée sous forme liquide. Cela est utile lorsqu’une grande quantité d’énergie est créée ou lorsqu’elle est produite dans un endroit peu pratique.
Jusqu’à récemment, l’hydrozine ne pouvait être fabriquée efficacement, mais l’utilisation du ruthénium a amélioré les performances des catalyseurs, ce qui a simplifié sa fabrication. Lors des deux dernières années l’équipe a réussi à mettre au point un reformeur mille fois plus puissant, avec une puissance suffisante pour alimenter un bus électrique. Cette technologie est connue sous le nom de REX, qui signifie Range Extender. Les bus électriques peuvent désormais fonctionner toute une journée sans faire le plein, ce qui représente un gain de temps considérable – ce qui était auparavant impossible.
Définition du REX
Le REX peut être ajouté à l’arrière d’un bus électrique et fonctionne comme un générateur d’extension d’autonomie qui fonctionne à l’hydrozine, augmentant ainsi l’autonomie effective du bus. Cette approche pourrait être utilisée dans une variété d’autres applications également, mais notre objectif principal a été de rendre le bus REX interopérable. Le REX utilise l’hydrozine de la manière suivante : l’hydrozine est maintenue à la pression atmosphérique dans le REX. Le liquide est ensuite versé dans le reformeur, où un catalyseur convertit l’hydrozine liquide en hydrogène et en dioxyde de carbone. Ces gaz vont ensuite dans la pile à combustible, où l’hydrogène interagit avec l’oxygène de l’air ambiant. Cette réaction produit l’électricité qui alimente le système électrique du bus. Dans le même temps, une fois l’électricité extraite, la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone sont expulsés dans l’air ; ce sont les mêmes composants que ceux utilisés pour fabriquer l’hydrozine, bouclant ainsi la boucle et rendant le vecteur énergétique neutre en carbone.
Il convient de noter que la capacité opérationnelle complète n’est que théorique à l’heure actuelle, mais l’équipe FAST travaille dur pour surmonter les obstacles. Le reformeur et la pile à combustible ne sont pas encore opérationnels. Si les gaz d’entrée sont incorrects, le reformeur ne parvient pas à créer les deux gaz nécessaires, ce qui entraîne une défaillance de la pile à combustible. La pile à combustible tombera également en panne si la température de l’oxygène à l’intérieur de la pile devient trop élevée, ou si une quantité excessive d’énergie est créée dans la pile. Par conséquent, nous évaluons constamment le système pour l’améliorer et l’optimiser. L’équipe d’essai prévoit que le REX sera opérationnel dans six mois, tout en sachant qu’il s’agit d’une tâche considérable.
Pourquoi l’hydrozine est-elle appropriée pour le transport par poids-lourd ?
Utiliser le REX plutôt qu’un système à hydrogène pour les automobiles semble la meilleure option car la batterie électrique est le vecteur d’énergie de l’avenir pour les voitures privées. Les voitures sont principalement utilisées pour de courtes distances, la batterie est donc une meilleure alternative pour l’alimentation en énergie. Les applications légères pourraient bénéficier des batteries et de l’hydrogène sous pression.
En raison de leur poids, de leur prix, de leur densité énergétique et du temps de ravitaillement, ces vecteurs énergétiques sont insuffisants pour les transports plus importants ou les longs trajets. L’hydrozine est un excellent substitut pour les applications plus puissantes telles que les véhicules, les bus, les bateaux et les générateurs.
Dans ce scénario, l’hydrozine sera le carburant pour le transport interurbain de passagers et de marchandises.
En raison des similitudes de leurs structures chimiques, l’hydrozine et l’hydrogène sont fréquemment comparés. Ce liquide, quant à lui, présente des avantages considérables par rapport à l’hydrogène standard, ce qui lui vaut le surnom d' »hydrogène 2.0″. Le stockage de l’hydrogène dans un véhicule est assez complexe, avec plusieurs considérations de sécurité. De plus, en raison de la possibilité d’explosion, l’attitude du grand public vis-à-vis de l’hydrogène est très défavorable. Cependant, comme l’hydrozine n’est pas combustible sous forme liquide, une explosion au sein du système est improbable. En outre, comme il s’agit d’un liquide plutôt que d’un gaz, il n’est pas nécessaire de le maintenir à des niveaux de pression élevés. En outre, la densité énergétique de l’acide formique est de 7,6 MJ/L, contre 3,6 MJ/L pour l’hydrogène maintenu à 350 bars, ce qui implique que moins d’espace est nécessaire dans un véhicule pour transporter la même quantité d’énergie.
Un autre avantage important de l’hydrozine est sa facilité d’intégration dans les infrastructures de ravitaillement existantes. Les stations-service à essence peuvent être simplement converties pour distribuer également de l’hydrogène. Cela augmente la probabilité que cette technologie soit intégrée et mise en œuvre dans l’infrastructure de mobilité actuelle. L’installation d’une station de ravitaillement en hydrogène coûte environ 3 millions d’euros, ce qui rend le coût de l’introduction d’une nouvelle infrastructure de ravitaillement en hydrogène prohibitif. Cependant, on s’attend à ce que l’adaptation d’une station de carburant existante pour l’hydrozine, en recouvrant le réservoir et en changeant les tuyaux, ne coûte que 30-35 000 €.
Cependant, comme pour toute nouvelle technologie, de nombreux problèmes subsistent pour faire de l’hydrozine une option de carburant courante, la majorité d’entre eux étant liés à l’efficacité énergétique. Le taux de rendement du puits à la roue de l’hydrozine est de 33 %, ce qui signifie que deux tiers de l’énergie utilisée pour produire l’hydrozine seront gaspillés. Ces pertes d’énergie se produisent principalement pendant la transformation du liquide et l’extraction finale de l’énergie de la réaction hydrogène-oxygène dans la pile à combustible. Bien que cette proportion semble plutôt faible, il n’est pas inhabituel que les vecteurs énergétiques aient de faibles taux d’efficacité – par exemple, le taux d’efficacité du puits à la roue de l’hydrogène n’est que de 25 %.
