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Conduire une voiture à hydrogène « éco-luxe »
La semaine dernière, je faisais partie d'un groupe de journalistes qui ont été les premiers à conduire la voiture BMW Hydrogen 7 prête pour la production à Berlin. La voiture à double carburant, qui peut basculer entre la combustion à essence et à hydrogène en appuyant sur un bouton, est incontestablement une réalisation technique remarquable. Et oui, il émet principalement de la vapeur d'eau. Si seulement les choses étaient aussi simples ; si seulement l'hydrogène était réellement pratique comme carburant.
Le plus grand défi pour BMW était de concevoir un réservoir pour stocker l'hydrogène liquide à -253 °C. Un vide et plusieurs couches d'aluminium et de fibre de verre se trouvent entre deux couches de réservoir en acier inoxydable. Le graphique montre la buse d'une station de remplissage d'hydrogène fixée au port du réservoir. (Crédit : BMW)
BMW produit depuis plusieurs années des prototypes de voitures à combustion à hydrogène. La société travaille également sur des piles à combustible à hydrogène pour les voitures électriques, mais elle a découvert qu'elle ne pouvait pas obtenir la même puissance de moteur que celle possible lorsque l'hydrogène est brûlé. (Vous obtenez une voiture, mais ce n'est pas une BMW, renifle Thomas Melcher, responsable de l'ingénierie des groupes motopropulseurs pour BMW.)
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Maintenant, BMW vante une version qui est passée par des étapes de développement de produit rigoureuses et pourrait, en théorie, être produite en série. Dans la pratique, cependant, la société ne fabriquera que 100 voitures et commencera à les louer l'année prochaine à des personnes soigneusement sélectionnées et encore inconnues dans le cadre d'une campagne publicitaire mondiale massive.
BMW appelle cela l'éco-luxe : une voiture qu'elle prétend respectueuse de l'environnement mais qui a beaucoup de puissance et tous les accompagnements. BMW présente cet effort comme une poussée noble et pionnière pour l'adoption de la technologie de l'hydrogène. Il se trouve également qu'il s'agit d'un effort de marketing vert à une époque où l'on s'inquiète de plus en plus du réchauffement climatique provoqué par la combustion de combustibles fossiles.
En descendant l'autoroute A-10 à 200 kilomètres à l'heure, j'ai appuyé sur un bouton du tableau de bord, qui a fait passer la voiture de l'essence à l'hydrogène. La seule chose que j'ai remarquée, c'est le bruit : le moteur s'est mis à gémir plus haut. Un symbole H2 rouge brillait. Sans aucun problème, la voiture brûlait maintenant de l'hydrogène dans les mêmes cylindres qui, un instant auparavant, avaient brûlé de l'essence. Mais l'énorme moteur 12 cylindres et 6 litres ne produit que 260 chevaux lorsqu'il brûle de l'hydrogène. Les ingénieurs de BMW ont donc réduit les performances de combustion de l'essence pour donner aux deux carburants des performances comparables. (Normalement, le 12 cylindres produit quelque 400 chevaux avec de l'essence.)
Pourtant, l'entreprise est allée plus loin que toute autre dans la régulation de la combustion de l'hydrogène. Il y a à peine trois ans, le moteur tournait pendant plusieurs minutes, puis tombait en panne avec un big bang, explique Melcher. Boom. On adore les explosions ! il rit. Il s'est avéré qu'un peu d'hydrogène s'échappait des pistons, se mélangeait à l'huile et explosait. Ce problème a été résolu en modifiant les segments de piston pour éviter les fuites. Les systèmes de contrôle du moteur ont également dû être modifiés pour faire face à la combustion beaucoup plus rapide de l'hydrogène - il brûle 100 fois plus vite que l'essence - et pour le réguler de manière à maintenir les émissions de sous-produits de combustion comme les oxydes d'azote à des niveaux infimes.
Conduire la voiture était amusant, mais surtout parce qu'elle appartenait à la BMW série 7. Le fait qu'il brûle de l'hydrogène était banal, d'un point de vue moteur. Ce qu'il y avait dans le coffre était bien plus intéressant : retirer un panneau de feutre a révélé un réservoir de stockage d'hydrogène en acier brillant, qui avait à peu près la taille d'un fût de bière pleine grandeur et occupait la moitié de l'espace du coffre.
Ce char a déconcerté les ingénieurs de BMW plus que toute autre chose. Ils voulaient vraiment montrer que l'hydrogène peut être la prochaine essence - juste un autre liquide que vous pouvez mettre dans le réservoir. Mais l'hydrogène veut être un gaz. Pour en faire un liquide, vous devez le refroidir à -253 °C. Il est extrêmement difficile de le garder aussi froid dans un réservoir d'automobile pendant une période quelconque.
En fait, personne n'a encore complètement résolu le problème. Ce que BMW a fait, c'est concevoir un réservoir en acier inoxydable à double paroi pesant 129 kilogrammes. Entre les deux couches d'acier se trouvent un vide et plusieurs couches d'isolation conçues pour refléter la chaleur. BMW se vante que si vous mettez une boule de neige dans le réservoir, elle ne fondra pas avant 13 ans. Malheureusement, mettez de l'hydrogène liquide dans le réservoir et il commencera à bouillir en quelques heures.
Au fur et à mesure que l'hydrogène devient gazeux, la pression augmente à l'intérieur du réservoir. À un certain point, une soupape de surpression s'ouvre. Un peu d'hydrogène gazeux s'échappe (environ 10 à 12 grammes par heure), passe par un convertisseur catalytique pour le transformer en eau et sort de la voiture par un tuyau spécial dans le pare-chocs arrière. Si vous ne conduisez pas la voiture, cela ne prend que 17 heures avant que cette ventilation ne commence. Un réservoir à moitié plein s'évaporera presque complètement en neuf jours.
Si le réservoir est endommagé d'une manière ou d'une autre et que l'ébullition se produit beaucoup plus rapidement, une deuxième vanne s'ouvre et l'hydrogène brut est acheminé vers un orifice dans le toit. Étant donné que ces processus d'évacuation de l'hydrogène sont encore en cours de développement et soulèvent des problèmes de sécurité potentiels, BMW insiste pour que les utilisateurs ne garent pas la voiture dans un garage fermé. L'entreprise travaille sur des réservoirs de nouvelle génération utilisant des matériaux plus légers tout en gardant un œil sur le domaine de la science des matériaux pour d'éventuelles nouvelles méthodes de stockage, telles que le stockage de l'hydrogène dans des matériaux nano-conçus.
Pourtant, c'était amusant de se garer dans une station-service Total à l'extérieur de Berlin - l'une des rares stations-service à hydrogène de démonstration en Europe, avec plusieurs autres dispersées dans le monde - et de remplir la machine élégante d'hydrogène liquide. Un plein prend environ huit minutes. Le prix de détail était de 8 euros (environ 10,60 $) pour un kilogramme d'hydrogène, qui a la teneur énergétique approximative d'un gallon d'essence.
Klaus Draeger, directeur de recherche chez BMW, suggère que l'hydrogène est aujourd'hui là où se trouvait l'essence il y a 100 ans. Il y a un siècle, dit-il, qui pourrait imaginer qu'il y aurait un réseau mondial de stations-service ? Seuls quelques visionnaires imagineraient que cela se produise. De nombreux ingénieurs BMW qui survolent les journalistes ont noté que les changements radicaux d'infrastructure ne constituent pas un défi majeur. Et ils ont probablement raison. J'ai vu des photos montrant à quoi ressemblait Berlin il y a 60 ans. Il est difficile de ne pas convenir que l'infrastructure peut être complètement reconstruite en quelques décennies.
Mais seulement si cela a du sens de le faire. Dans ce cas, l'infrastructure n'est pas le plus gros problème. L'hydrogène est le plus gros problème. Vous ne pouvez pas simplement le déterrer et le brûler. Vous devez soit l'extraire des hydrocarbures, ce qui va à l'encontre de l'objectif d'énergie propre, soit l'extraire des molécules d'eau en appliquant de l'électricité, ce qui signifie que vous brûlez le combustible fossile à la centrale ou enlevez de l'électricité renouvelable si nécessaire. du réseau électrique.
Lorsque vous extrayez de l'hydrogène à partir de combustibles fossiles, vous finissez par émettre plus de dioxyde de carbone. En fait, conduire une voiture dont l'hydrogène a été extrait du gaz naturel entraîne environ le double des émissions de dioxyde de carbone produites par la conduite d'une voiture qui brûle simplement le gaz naturel directement. Pour que l'extraction d'hydrogène à partir de combustibles fossiles ait un sens d'un point de vue environnemental, le dioxyde de carbone séparé devrait être séquestré sous terre.
Et si vous utilisez l'électricité pour diviser l'eau, vous devrez vous assurer que l'électricité ne provient pas elle-même de combustibles fossiles. L'électricité devrait provenir d'une source renouvelable, comme le vent ou le soleil. Il n'est pas certain que la production d'hydrogène soit l'utilisation la plus judicieuse des énergies renouvelables, sauf de façon marginale : elle peut absorber de l'électricité les jours de grand vent ou de grand soleil, lorsque les centrales renouvelables produisent un excès d'approvisionnement.
BMW soutient qu'une fois que nous aurons des percées dans l'approvisionnement en énergies renouvelables et le stockage de l'hydrogène, les voitures basées sur la technologie Hydrogen 7 peuvent remplir chaque allée, et peut-être même chaque garage. Je veux que l'entreprise ait raison. L'idée d'une voiture haute performance qui n'émet essentiellement que de la vapeur d'eau est très séduisante. Mais pour l'instant, l'Hydrogen 7 semble être une réalisation d'ingénierie remarquable pour un avenir qui pourrait ne jamais arriver.