26 Mai 2016  |  Environnement
Publié dans Sécurité Environnement 01/2016

Les piles à combustible sont-elles écologiques?

Les piles à combustible passent pour la technologie de l’avenir pour les voitures, mais aussi pour les chauffages domestiques. Elles occupent ainsi une position clé pour le passage aux énergies renouvelables. Mais les piles à combustible sont-elles dans tous les cas plus écologiques? Une équipe internationale de scientifiques placée sous la direction de l’Empa a calculé leur écobilan.

A l’avenir nous pourrions conduire des voitures à pile à combustible qui utiliseraient de l’hydrogène produit avec l’énergie solaire. La voiture «zéro émissions» serait alors devenue réalité. On pourrait également trouver dans les sous-sol de nos habitations des petites centrales de cogénération utilisant, elles aussi, la technologie de la pile à combustible pour transformer le gaz naturel et le biogaz en électricité et produire de la chaleur pour le chauffage. Mais ce qui est techniquement faisable est-il aussi judicieux pour l’environnement? Le chercheur de l’Empa Dominic Notter s’est mis au travail avec des collègues de Grèce et du Brésil pour calculer l’écobilan des piles à combustible: à partir de la fabrication et sur la totalité de leur cycle de vie, jusqu’au recyclage final.
 
Deux voitures à pile à combustible sont disponibles sur le marché depuis 2015: la Hyundai ix 35 fuel cell (ci-dessus) et la Toyota Mirai. Selon une étude de l’Empa, ce n’est qu’à l’avenir, lorsque l’hydrogène qu’elles utilisent sera produit à partir de sources renouvelables, que ces voitures seront plus écologiques que les voitures actuelles. (
Photo: hyundai.presscorner.ch)
 
Le point décisif: la manière dont l’électricité est produite

Le résultat est clair: l’utilisation des piles à combustible dans les voitures n’est écologiquement judicieuse que si celles-ci utilisent de l’hydrogène produit à partir de sources d’énergie renouvelable. Cela n’a aucun sens de se brancher sur le réseau de distribution électrique pour produire de l’hydrogène par électrolyse de l’eau et l’utiliser pour faire le plein des voitures. Avec cette méthode, les émissions de CO2 par kilowattheure sont beaucoup trop élevées.
Actuellement, l’hydrogène industriel est produit en majeure partie directement à partir de gaz naturel. Mais avec ce type de production, la pile à combustible n’apporte pratiquement aucun avantage écologique. Les voitures équipées de moteurs à combustion interne font encore la course en tête: leur production est en effet moins polluante. 

En comparaison écologique avec les voitures électriques, les voitures à pile à combustible n’ont actuellement aucune chance: il faut en effet produire tout d’abord de l’hydrogène à partit d’électricité. Cet hydrogène est alors utilisé dans la voiture pour produire de nouveau de l’électricité. Cette double transformation réduit nettement l’efficience énergétique. Celui qui utilise directement ce même courant pour charger la batterie de sa voiture électrique roule plus économiquement et aussi plus écologiquement. 

Il pourrait toutefois en aller autrement dans l’avenir, selon Dominic Notter. A partir du moment où l’électricité sera produite en majeure partie à partir de l’énergie solaire, éolienne ou hydraulique, la voiture à pile à combustible deviendra concurrentielle – parce que sa fabrication consomme moins de ressources, que son rayon d’action est plus étendu et que faire le plein demande moins de temps.
 
Les centrales à cogénération: championnes de l’efficience énergétique
Dans leur comparaison des centrales à cogénération, cette équipe de scientifiques a opposé une pile à combustible utilisant la technologie la plus récente des nanotubes de carbone, à un moteur Stirling. Ce moteur qui n’émet aucun gaz d’échappement et transforme la chaleur en mouvement, a été inventé et breveté en 1816 par le pasteur écossais Robert Stirling. Ces deux types de centrales de cogénération peuvent fonctionner avec du gaz naturel. Le résultat du calcul de leur écobilan: un léger avantage pour la pile à combustible, parce qu’elle transforme une plus grande partie de gaz naturel en électricité. Si l’on produit avec elle à la fois de l’électricité et de la chaleur, elle utilise 90 % de l’énergie contenue dans le gaz naturel – une valeur record.
Les centrales de cogénération, quel que soit leur type, sont ainsi des championnes de l’efficience énergétique. Le désavantage des piles à combustible est qu’elles renferment des métaux rares tels que le platine, qui deviennent de plus en plus cher et qui pourraient être difficile à obtenir dans le futur. Par contre, la construction du moteur Stirling est plus simple et n’utilise que de l’acier.
 
Voiture à pile à combustible: Toyota Mirai.

(Photo: www.toyota-media.de)
 
Les voitures électriques utilisant du courant du réseau ne sont pas plus écologiques que celles à essence

Pour leurs calculs, Dominic Notter et ses collègues ont eu recours à la méthode des écobilans. Cet instrument permet de calculer les empreintes environnementales des biens et des services et de les comparer entre elles.
Pour les composants des piles à combustible, les chercheurs ont effectué la totalité des calculs depuis la base. Pour ce qui est des centrales à cogénération, on a pris en considération une pile à combustible d’une puissance de 1 kW, que l’on a comparée avec un moteur Stirling produisant la même quantité d’électricité. La voiture à pile à combustible prise en considération dans cette étude avait une puissance de 55 kW. On l’a comparée à une voiture électrique et à une petite voiture à essence de même puissance.
Le résultat: si l’on prend en considération le mix de courant européen actuel, la petite voiture à essence ayant une consommation hypothétique de 6,1 l/100 km est la meilleure après 150’000 km. La voiture électrique chargée avec le mix de courant européen provoque une charge environnementale légèrement supérieure – comparable à une consommation d’essence de 6,4 l/100 km. Une petite voiture à pile à combustible dont l’hydrogène serait produit à partir du mix de courant européen serait donc actuellement la plus mauvaise option. Cette voiture produirait le même effet sur l’environnement qu’une voiture de sport luxueuse consommant 12,1 l/100 km. 

Toutefois, les piles à combustible pourraient devenir à l’avenir une option intéressante – à savoir si l’électricité excédentaire produite à partir de l’énergie éolienne et solaire pouvait être stockée sous forme d’hydrogène et utilisée pour le chauffage domestique et la mobilité. Actuellement, les centrales éoliennes sont arrêtées lorsqu’il y a un excédent de courant sur le marché. Une énergie écologique qui se perd sans être utilisée.
 
Empa
8600 Dübendorf
Tél.: 058 765 11 11


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