Comment fonctionnent les piles à combustible à hydrogène

Bien que les solutions électriques à batterie soient idéales pour les plus petites machines dans la construction urbaine, l'aménagement paysager et de nombreuses autres applications, la taille et le poids des batteries peuvent ne pas être pratiques pour les plus grosses machines à l'heure actuelle. C'est ici que l'hydrogène entre en jeu en tant qu'alternative prometteuse.

Si vous ne savez pas exactement comment fonctionne la technologie des piles à combustible à hydrogène, ou si vous avez simplement besoin d'un rappel, cet article explique cette technologie afin que vous puissiez mieux comprendre ce sur quoi nous travaillons actuellement chez Volvo CE et au sein de l'ensemble du Volvo Group pour contribuer à mener le changement vers un avenir carboneutre.

COMMENT FONCTIONNENT LES PILES À COMBUSTIBLE À HYDROGÈNE ?

Pour faire simple, les piles à combustible fonctionnent en combinant l'hydrogène gazeux (H₂) avec l'oxygène de l'air, et la réaction chimique qui en résulte produit de l'électricité. Voici comment cela fonctionne :

• Les atomes d'hydrogène pénètrent dans la pile à combustible par l'anode, tandis que l'oxygène est acheminé vers la cathode.
• La pile à combustible est constituée d'une membrane recouverte d'un catalyseur. Lorsque les molécules d'hydrogène entrent en contact avec le catalyseur, elles sont divisées en ions hydrogène et en électrons.
• La membrane laisse passer les ions hydrogène chargés positivement, mais bloque les électrons chargés négativement, qui circulent plutôt dans un circuit électrique où le courant électrique est produit.
• Du côté de la cathode, les ions hydrogène, les électrons et l'oxygène de l'air se combinent pour produire de la chaleur et
• Afin de produire suffisamment d'électricité pour pouvoir propulser un véhicule, un système complet de pile à combustible se compose de plusieurs centaines de membranes empilées les unes sur les autres.
• Le système de pile à combustible est adapté à une utilisation normale, mais lorsqu'une puissance supplémentaire est requise, elle est fournie par une batterie présente sur la machine. Lorsque les piles à combustible produisent plus de puissance que ce dont la machine a besoin, l'énergie excédentaire peut être utilisée pour recharger la batterie. La batterie est également rechargée par freinage récupératif.
• Une unité de commande équilibre la dynamique entre les piles à combustible et la batterie afin d'optimiser l'utilisation de l'énergie. Grâce à ce processus, nous pouvons offrir la même autonomie opérationnelle et la même capacité de charge qu'une machine équipée d'un moteur diesel, mais avec zéro émission de gaz à effet de serre (GES).

En principe, une pile à combustible fonctionne donc de manière très similaire à une batterie, sauf qu'elle génère sa propre électricité à partir de l'hydrogène embarqué plutôt que d'être rechargée par une source externe. Les piles à combustible ne s'épuisent pas et n'ont pas besoin d'être rechargées tant que la source de carburant (l'hydrogène) est alimentée. Cela signifie qu'elles peuvent offrir une plus grande autonomie et s'avèrent donc plus viables pour le transport longue distance et pour l'alimentation d'équipements de construction plus lourds.

Un avantage supplémentaire de la technologie des piles à combustible à hydrogène est que, sans moteur à combustion interne, les machines alimentées à l'hydrogène offriront de faibles niveaux sonores comparables à ceux des machines électriques.

NOTRE ENGAGEMENT ENVERS LE DÉVELOPPEMENT D'UNE TECHNOLOGIE PROPRE DE PILES À COMBUSTIBLE À HYDROGÈNE

En 2021, Volvo Group a officiellement lancé cellcentric, une coentreprise avec Daimler Truck, avec l'objectif de devenir un chef de file mondial de la fabrication de piles à combustible à hydrogène. Lorsque de l'hydrogène vert issu d'énergies renouvelables est utilisé, les machines à pile à combustible peuvent réduire les émissions de carbone à zéro. L'hydrogène peut également offrir un moyen de réduire les émissions de CO₂ avec un investissement minimal dans le réseau (en développant l'infrastructure d'hydrogène) tout en offrant l'occasion de déployer rapidement et à grande échelle des véhicules et des machines zéro émission.

Notre laboratoire d'essai de piles à combustible récemment inauguré témoigne de ce même dévouement envers la technologie des piles à combustible à hydrogène afin d'accélérer le développement, la production, le stockage et la commercialisation de solutions de piles à combustible pour le transport routier longue distance et les équipements de construction.

Par exemple, nous avons récemment commencé à tester le premier prototype de tombereau articulé alimenté par pile à combustible au monde, le Volvo HX04. Les résultats du projet fourniront des renseignements importants sur les possibilités offertes par l'hydrogène et les piles à combustible à mesure que nous poursuivons la recherche pour nos futurs programmes de développement de produits.

Nous constatons également que l'hydrogène peut être produit de nombreuses façons différentes; il est donc essentiel d'adopter une approche axée sur le cycle de vie pour l'ensemble de la chaîne de valeur. Les activités de recherche et développement menées dans notre laboratoire d'essai seront non seulement dédiées à la production de solutions de construction sans énergie fossile, mais nous examinerons également la manière dont l'hydrogène lui-même a été produit et nous viserons l'hydrogène vert produit à partir d'énergies renouvelables.

Tout cela s'inscrit dans l'ambition globale de Volvo Group d'être 100 % sans énergie fossile d'ici 2040, et en tant que membre de Volvo Group, c'est aussi notre mission ici chez Volvo CE.

Vous souhaitez vous impliquer ? Découvrez-en davantage sur notre programme de réduction du CO₂ pour trouver des moyens de réduire votre propre empreinte carbone.