Kurt Koehler, fondateur et président d’AlGalCo, montre son système HOT (Hydrogen on Tap). Il est assis dans un camion du département de la ville de Carmel Street.
Une startup de l’Indiana aux Etats-Unis équipe cinq camionnettes de son nouveau système de production d’hydrogène
La ville de Carmel, en Indiana aux Etats-Unis, dispose de camions pour le déneigement, le salage des rues et le transport de matériel d’aménagement paysager. Mais un pick-up rouge cerise peut faire ce qu’aucun autre véhicule ne peut faire : produire son propre hydrogène.
Une boîte métallique de 45 kilos est placée dans la caisse du camion. Lorsque le conducteur démarre le moteur, l’appareil commence automatiquement à concocter le gaz incolore et inodore qui alimente le collecteur d’admission du moteur. Cela empêche le camion de se « goinfrer » d’essence jusqu’à ce que l’approvisionnement en hydrogène soit épuisé. Le pick-up n’a pas de module de pile à combustible, un composant standard dans la plupart des véhicules à hydrogène. Aucun réservoir de stockage haute pression ni pompe de ravitaillement n’est nécessaire non plus.
Au lieu de cela, le dispositif « hydrogène au robinet » (Hydrogen-on-tap) contient six bidons en acier inoxydable. Chacun contient un bloc de 113 grammes en alliage d’aluminium et de gallium. Une petite quantité d’eau s’égoutte sur les blocs, provoquant une réaction chimique qui divise l’oxygène et l’hydrogène contenus dans l’eau. L’hydrogène se libère, et le reste se transforme en oxyde d’aluminium, un déchet qui peut être recyclé pour créer d’autres boutons. De retour au garage, le conducteur peut remplacer les bidons usagés par de nouveaux pour reconstituer l’approvisionnement en hydrogène.
Kurt Koehler, d’AlGalCo, tient un bloc en alliage d’aluminium. En ajoutant de l’eau, il réagit et devient de l’hydrogène. L’hydrogène est utilisé pour alimenter le moteur.
AlGalCo – abréviation de Aluminum Gallium Co – a passé 14 ans à affiner cette technologie, qui est basée sur un processus développé par l’éminent ingénieur Jerry Woodall. En 2013, AlGalCo s’est associé au département de Carmel Street pour construire un prototype pour l’un des camions Ford F-250 de la ville. Lors de tests, le pick-up rouge a permis d’améliorer de 15 % la consommation d’essence et de réduire de 20 % les émissions de dioxyde de carbone.
« Quand l’hydrogène brûle, il brûle sans aucune émission », explique Kurt Koehler, fondateur et président de la start-up d’Indianapolis. « Vous avez donc une meilleure consommation de carburant et des émissions [totales] plus faibles.
Carmel, une ville de 92 000 habitants, est située à environ 26 kilomètres au nord de la capitale de l’Indiana. Le maire James Brainard a récemment accepté d’équiper cinq camions municipaux avec la « version 5.0 » du dispositif à hydrogène, dans un effort pour réduire l’empreinte carbone de la ville. James Brainard a déclaré que la ville prévoit de dépenser 5 000 dollars pour ces améliorations. Selon Kurt Koehler, les camions devraient fonctionner d’ici la fin juin, même avec les retards liés à la pandémie de COVID-19.
Les pickups de Carmel seront les derniers arrivés sur le marché mondial en pleine expansion des véhicules à hydrogène. Les constructeurs automobiles Honda, Hyundai et Toyota accélèrent la production de leurs voitures particulières à hydrogène, tandis que les sociétés de livraison FedEx et United Parcel Service expérimentent les camionnettes à hydrogène. Le fabricant de moteurs Cummins, dans l’Indiana, a mis au point des systèmes de piles à combustible pour les poids lourds, dont quatre véhicules qui transportent maintenant des provisions en Norvège.
Les modèles traditionnels à hydrogène offrent deux avantages clés par rapport aux concurrents à batterie. Le remplissage du réservoir de carburant ne prend que quelques minutes, contre des heures pour recharger les batteries, et les véhicules à hydrogène peuvent généralement parcourir de plus longues distances avant d’avoir besoin de faire le plein. Pourtant, aux États-Unis et dans le monde, les infrastructures de ravitaillement en hydrogène restent rares, et les véhicules eux-mêmes sont généralement plus chers que les versions à batterie. Aujourd’hui, la plupart des approvisionnements en hydrogène sont effectués à partir de combustibles fossiles, ce qui entraîne des émissions de gaz à effet de serre, bien que les efforts pour produire de l’hydrogène « vert » à partir d’énergies renouvelables se multiplient lentement.
De telles complications expliquent pourquoi les constructeurs automobiles n’ont vendu jusqu’à présent que des dizaines de milliers de voitures particulières à hydrogène dans le monde, alors que les ventes de voitures électriques à batterie se chiffrent en millions, explique Jeremy Parkes, responsable mondial des véhicules électriques chez DNV GL, un cabinet de conseil norvégien. « Nous pensons que la dynamique est certainement en faveur des véhicules électriques à batterie », dit-il. Pour les voitures particulières, « la course est probablement déjà gagnée ».
L’hydrogène jouera probablement un rôle plus important parmi les camions commerciaux, qui voyagent si loin et fonctionnent si fréquemment que l’utilisation de batteries devient une entreprise lourde et inefficace. DNV GL estime que 10 à 20 % des véhicules commerciaux utiliseront des piles à combustible à hydrogène d’ici 2050. Dans l’intervalle, les entreprises et les gouvernements devront investir plusieurs millions de dollars pour construire des stations-service et produire de l’hydrogène vert pour l’entretien de ces camions.
Ou bien, ils pourraient abandonner les piles à combustible, les réservoirs et les pompes et utiliser de l’aluminium, affirment Koehler et Jerry Woodall.
AlGalCo prévoit d’adapter son système d’hydrogène au robinet pour les moteurs diesel de plus grande taille des semi-remorques et des camionnettes de livraison. Selon Kurt Koehler, la version actuelle est approuvée par l’Agence américaine de protection de l’environnement et ne présente pas de risques significatifs pour la sécurité. Bien que l’hydrogène soit hautement inflammable, le dispositif produit des quantités relativement faibles de gaz qui ne s’accumulent pas, et la réaction chimique s’arrête au bout de cinq minutes environ.
Jerry Woodall, qui est professeur d’ingénierie à l’université de Californie, à Davis, dit qu’il est en train de développer une version différente du système de production d’hydrogène qui, espère-t-il, alimentera pleinement les camions, les bus, les trains ou les cargos. Son équipe de recherche a construit un modèle de laboratoire fonctionnel et cherche maintenant un partenaire commercial pour le mettre à l’échelle pour des applications dans le monde réel.
Ce ne serait pas la première invention de Jerrt Woodall qui changerait la donne. Dans les années 1960, alors qu’il travaillait à IBM Research, il a été le pionnier des hétérojonctions appariées en réseau, qui constituent la base des diodes électroluminescentes bon marché et à faible consommation d’énergie utilisées dans tout, des cellules solaires aux feux de signalisation en passant par les pointeurs laser et les smartphones. Un jour de 1968, il est tombé par hasard sur le processus qui sous-tend le système de l’hydrogène sur robinet.
Jerry Woodall, au centre, et des chercheurs de l’université de Purdue démontrent leur méthode de production d’hydrogène en ajoutant de l’eau à un alliage d’aluminium et de gallium.
Au laboratoire, alors qu’il rinçait un creuset contenant de l’aluminium et du gallium liquide, « j’ai eu cette violente réaction de chaleur, et un gaz bouillonnant en est sorti », se souvient-il. « Il s’est avéré que ce gaz était de l’hydrogène. » L’aluminium pur ne réagit pas facilement avec l’eau. Mais, il a découvert que les atomes d’aluminium réagissent lorsqu’ils sont dissous dans l’alliage liquide, séparant ainsi l’hydrogène et l’oxygène. Jerry Woodall a développé le procédé pendant des décennies et l’a ensuite breveté en tant que professeur à l’université de Purdue, dans l’Indiana. En 2007, AlGalCo a reçu la licence pour commercialiser la technologie.
Jerry Woodall affirme que la version qu’il développe actuellement donne un oxyde d’aluminium pur à 99,9 %, ce qui facilite le recyclage des déchets et le rend moins coûteux. « Nous obtenons deux produits pour un : la vente d’hydrogène pour le carburant et la vente d’oxyde d’aluminium pour d’autres applications », y compris les composants des batteries lithium-ion, dit-il. Cela pourrait aider à compenser une partie des coûts initiaux du système et, espère-t-il, faire de l’aluminium un matériau énergétique aussi important que le charbon – sans aucun carbone.
https://sites.google.com/a/algalcoonline.com/algalco-hydrogen-on-tap/
https://news.uns.purdue.edu/x/2007a/070515WoodallHydrogen.html
http://www.cummins.com/news/2020/04/29/norways-largest-grocery-wholesaler-gives-hydrogen-spin
