Les moteurs à essence et diesel fonctionnant aux combustibles fossiles sont en train de disparaître en raison du changement climatique, alors que de nouvelles options de conduite prennent leur essor. L’un des carburants les plus prometteurs est l’hydrogène. Il est généralement injecté dans les réservoirs pressurisés des véhicules à une pression 700 fois supérieure à la pression atmosphérique.
De là, il s’écoule dans une pile à combustible, où il est converti en électricité. L’électricité alimente à son tour un moteur électrique qui fait fonctionner le véhicule. Pour les voitures, cette approche est déjà assez mature : plusieurs centaines de voitures à hydrogène sont déjà sur les routes allemandes. Et le réseau allemand de stations-service à hydrogène doit être étendu de 100 à 400 stations-service au cours des trois prochaines années. Cependant, cela est peu utile pour les petits véhicules tels que les scooters électriques, les scooters et autres : la poussée de pression lors du ravitaillement serait trop importante.
Powerpaste : la réponse à l’hydrogène pour les petits véhicules
Les chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour les technologies de fabrication et les matériaux avancés IFAM à Dresde ont mis au point une solution à base d’hydrogène adaptée aux petits véhicules : Powerpaste, qui est basée sur l’hydrure de magnésium solide.
« Powerpaste permet de stocker chimiquement l’hydrogène à température et à pression ambiante et de le libérer à nouveau si nécessaire », précise le Dr Marcus Vogt, scientifique au Fraunhofer IFAM.
Ce n’est pas critique même si le scooter est laissé au soleil pendant des heures sous la chaleur de l’été, car le POWERPASTE ne se décompose qu’au-dessus de 250 °C environ. Le processus de ravitaillement est très simple : au lieu d’aller à une station-service, le conducteur du scooter change simplement une cartouche et remplit un réservoir d’eau supplémentaire – c’est fait. Cela peut également se faire de manière pratique à la maison ou sur la route.
La matière première de la Powerpaste est du magnésium en poudre – un des éléments les plus courants et donc une matière première facilement disponible. À 350 °C et à une pression cinq à six fois supérieure à la pression atmosphérique, il réagit avec l’hydrogène pour former de l’hydrure de magnésium. On ajoute maintenant de l’ester (1) et du sel métallique – et la Powerpaste est prête. Afin de conduire le véhicule, un piston transporte la Powerpaste hors de la cartouche. De l’eau est ajoutée à partir du réservoir d’eau et de l’hydrogène gazeux est produit. La quantité est ajustée de façon très dynamique à la demande en hydrogène de la pile à combustible. L’astuce : seule la moitié de l’hydrogène provient de la Powerpaste, l’autre moitié est fournie par l’eau.
« La densité de stockage de l’énergie du POWERPASTE est donc énorme : elle est considérablement plus élevée que celle d’un réservoir sous pression de 700 bars. Par rapport aux batteries, elle a même une densité de stockage d’énergie dix fois supérieure », se réjouit M. Vogt.
Pour le conducteur, cela signifie qu’il obtient avec la Powerpaste une autonomie similaire à celle qu’il obtient avec la même quantité d’essence, voire même une autonomie supérieure. La Powerpaste a également de meilleures performances dans une gamme comparée à l’hydrogène comprimé à 700 bar.
Seulement adapté aux scooters électroniques ? Et non …
Cela rend la Powerpaste également intéressant pour les voitures, les véhicules de livraison ou les prolongateurs d’autonomie – qui augmentent l’autonomie des voitures électriques. Oui, même les gros drones pourraient augmenter considérablement leur portée grâce à la pâte d’hydrogène, ce qui leur permettrait de rester en l’air pendant plusieurs heures au lieu de vingt minutes. Cela serait particulièrement utile pour les tâches d’inspection, telles que la vérification des zones forestières ou des lignes électriques. Une application un peu différente se trouve dans le camping : ici, la Powerpaste peut fournir de l’électricité pour une machine à café et un grille-pain via une pile à combustible.
Des infrastructures manquantes ? La Powerpaste marque ici aussi des points.
En plus de la longue portée, il y a un autre point en faveur de la Powerpaste : alors que l’hydrogène gazeux nécessite une infrastructure coûteuse, le Powerpaste peut également être utilisé là où une telle infrastructure fait défaut. En d’autres termes : là où il n’y a pas de stations-service à hydrogène. Au lieu de cela, n’importe quelle station-service pourrait proposer du Powerpaste en cartouches ou en bidons. En effet, la pâte est fluide et pompable – elle peut donc également être ravitaillée en utilisant un processus normal de ravitaillement et un équipement de remplissage relativement peu coûteux.
Les stations-service pourraient dans un premier temps proposer Powerpaste en plus petites quantités, par exemple à partir d’un tonneau métallique, puis élargir la gamme de produits proposés en fonction de la demande – avec des coûts d’investissement de plusieurs dizaines de milliers d’euros. À titre de comparaison, les stations de remplissage d’hydrogène gazeux à haute pression coûtent actuellement entre un et deux millions d’euros par pompe. Le transport de la pâte est également rentable : après tout, il n’est pas nécessaire d’utiliser des réservoirs sous pression coûteux ou de l’hydrogène liquide très froid.
Centre pilote prévu pour 2021
Le Fraunhofer IFAM construit actuellement une installation de production de POWERPASTE au Fraunhofer Project Center for Energy Storage and Systems ZESS. Il devrait être opérationnel à la fin de 2021 et produira alors jusqu’à quatre tonnes de POWERPASTE par an. Bien sûr, pas seulement pour les e-scooters.
La Powerpaste fait partie du projet H2PROGRESS (qui fait partie du projet d’innovation HYPOS financé par le ministère fédéral allemand de l’éducation et de la recherche BMBF) et du projet POWERPASTE, financé par le ministère fédéral allemand de l’économie et de l’énergie BMWi.
- En chimie organique, un ester est un dérivé d’acide carboxylique. Ce composé se caractérise par un groupe fonctionnel -(C=O)-O- où le carbone porteur de la fonction, entouré de deux chaînes carbonées, est relié simultanément à un oxygène par une double liaison, à un second oxygène par une liaison simple. Le plus simple des esters est le méthanoate de méthyle, plus couramment appelé formiate de méthyle, de formule HCOOCH3.
Les esters sont très répandus dans la nature. Les corps gras, constituants des graisses animales et végétales, contiennent des fonctions ester. Très odorantes, les esters sont responsables de l’arôme des fruits et sont donc très utilisés dans l’industrie agroalimentaire et en parfumerie. Par ailleurs, les lactones, dont certains sont utilisées dans l’industrie des parfums pour leur odeur musquée, sont des esters cycliques.
https://www.ifam.fraunhofer.de/de/Presse/Wasserstoffantriebe_fuer_E-Scooter_und_Co.html
