Les avantages de la pile à combustible PEM : pour décarboner le futur
Dans la course à la réduction des émissions de gaz à effet de serre, la technologie des piles à combustible à hydrogène s'est imposée comme une solution d'avenir. Les piles à combustible (pàc) offrent des avantages uniques qui les rendent idéales pour alimenter les applications exigeantes sur route et hors route.
Qu'est-ce qu'une pile à combustible PEM ?
Les piles à combustible PEM sont des réacteurs électrochimiques qui utilisent l'hydrogène et l'oxygène pour produire de l'électricité. Elles sont composées de cellules électrochimiques empilées les unes sur les autres. Comme pour toute autre pile, les éléments clé sont l'anode et la cathode. Dans une pile à combustible à hydrogène, les deux éléments sont séparés par une membrane échangeuse de protons. L'hydrogène gazeux circule d'un côté de la pile, tandis que l'oxygène circule de l'autre. La réaction chimique se produit au cœur de la pile et génère de l'électricité, de l'eau et de la chaleur.
Le stack représente le cœur de la pile à combustible. Il est généralement entouré de manifolds et d’un ensemble de composants appelés BOP (Balance-of-plant en anglais) permettant l'intégration du système complet dans les véhicules.
Les éléments du BOP, compris dans un système complet, varient d'un fournisseur à l'autre, mais comprennent généralement une unité de commande intégrée, du software, un humidificateur, un convertisseur de puissance, un compresseur, une pompe de liquide de refroidissement et un circuit H2.
Avantages d'une pile à combustible PEM
Avantage 1 : Technologie flexible
Selon l'application, les systèmes à piles à combustible (pàc) à hydrogène s'intègrent facilement dans le compartiment moteur, dans le coffre ou sous le capot. De plus en plus, les systèmes bénéficient d'une compacité et d'une densité de puissance élevées. Les pàc permettent de maintenir à un niveau élevé la capacité de transport de passagers des autobus, la capacité de remorquage des camions ou la charge utile des véhicules. De plus, les piles à combustible PEM ne sont pas affectées par les conditions météorologiques extrêmes. Elles répondent aux conditions de fonctionnement difficiles de l'hiver. Ce sont autant d'éléments qui prouvent les avantages des systèmes hydrogène de piles à combustible pour la mobilité. En effet, elles sont actuellement développées pour les voitures, les bus, les camions, mais aussi pour les trains, les bateaux, les avions, les chariots élévateurs, les engins de chantier et les applications stationnaires.
Avantage 2 : Zéro émission
Les véhicules électriques à pile à combustible (FCEV) sont des véhicules zéro émission qui combinent le meilleur des deux mondes : le zéro émission et le confort de conduite des systèmes électriques avec les performances des moteurs à combustion. En fonctionnement, les véhicules à hydrogène n'émettent ni bruit, ni particules nocives telles que le CO2 ou les NOx. Ses seuls sous-produits sont l'eau, la vapeur et la chaleur. Ainsi, les piles à combustible à hydrogène jouent un rôle important dans la décarbonation des applications sur route et hors route.
Avantage 3 : Grande autonomie
L'un des atouts majeurs des piles à combustible est leur capacité à produire de l'électricité directement à bord du véhicule. L'hydrogène stocké dans le réservoir est co-injecté avec de l'air dans la pile et transformé en électricité. Cette technologie permet d'augmenter significativement l'autonomie des véhicules et équipements électriques, les rapprochant des performances des moteurs à combustion interne en termes de capacité d’autonomie.
Les piles à combustible ont prouvé leur valeur ajoutée, en particulier pour les applications routières. Avec un seul plein, l'autonomie des véhicules électriques à pile à combustible (FCEV) est doublée par rapport aux véhicules électriques à batterie (BEV). En effet, pour les véhicules utilitaires légers, on passe d'une autonomie d'environ 280 km à 500 km. Pour les poids lourds, l'autonomie est également doublée, passant de 500 km pour un BEV à 1 000 km pour un FCEV.
Avantage 4 : La rapidité d’un plein en hydrogène
Le plein en hydrogène est aussi rapide qu'un plein d'essence classique. Les FCEV se rechargent en 2 à 10 minutes, un temps comparable au plein d’essence d'un véhicule diesel. En comparaison, le temps de charge typique d'une voiture à batterie électrique sur un super chargeur gravite autour des 30 à 45 minutes.
L'écart est d’autant plus important pour les bus. Une recharge complète d'un bus à batterie électrique peut prendre de 2 à 4 heures selon la puissance de charge, alors qu'un plein en hydrogène ne nécessite que 10 à 15 minutes.
Avantage 5 : Technologie évolutive
La technologie des piles à combustible PEM est modulable et peut s'adapter aux besoins en énergie de diverses applications de mobilité, des voitures aux poids lourds et bus. Au-delà de la mobilité routière, les piles à combustible représentent également une technologie prometteuse pour les trains, les bateaux, les avions, les chariots élévateurs, les engins de chantier et les applications stationnaires.
Les avantages des piles à combustible PEM deviennent de plus en plus apparents et commencent à s'étendre à de nouveaux secteurs comme la manutention et les machines agricoles. De plus, les piles à combustible ne nécessitent pas l'utilisation de matériaux critiques tels que le lithium, le nickel, le graphite ou le cobalt, ce qui en fait un investissement sûr.
Avec l’évolution de la technologie et l'augmentation des volumes de production, le coût devrait baisser. Parallèlement, les gouvernements et les entreprises privées investissent massivement dans le développement d'un réseau d'infrastructures hydrogène, ce qui permettra de rendre la distribution et l'utilisation de l'hydrogène plus facilement accessibles.
Les piles à combustible PEM contribuent à créer un avenir plus sobre en carbone
La technologie des piles à combustible PEM a le potentiel de révolutionner le secteur de la mobilité et de contribuer à un avenir plus propre. Grâce à leur rendement élevé, leur temps de ravitaillement rapide, leurs émissions nulles et leur modularité, les véhicules électriques à pile à combustible (FCEV) offrent une alternative compétitive aux moteurs à combustion interne traditionnels. À mesure que la technologie se développe et que les coûts diminuent, les FCEV devraient devenir la solution disruptive pour une mobilité sans émissions de carbone.