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Les piles à combustible sont-elles écologiques? Pas toujours!

Le carburant est décisif pour l'écobilan

Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (EMPA)

Ce communiqué est disponible en anglais.

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 est-ce que les piles à combustible sont dans tous les cas plus écologiques? Une équipe internationale de scientifiques placée sous la direction de l'Empa a calculé leur écobilan et est arrivée à la conclusion: tout dépend du carburant.

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. En même temps, on pourrait 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 encore «en passant» de la chaleur pour le chauffage du bâtiment. Seulement 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: depuis la fabrication et sur la totalité de leur cycle de vie, avec leur exploitation et jusqu'à leur recyclage final.

Le point décisif: la manière dont l'électricité est produite

Le résultat est clair: l'utilisation des piles à combustible sur les voitures n'est écologiquement judicieuse que si elles utilisent de l'hydrogène produit à partir de sources d'énergie renouvelables. Cela n'a aucun sens de se brancher sur le réseau de distribution électrique européen pour produire de l'hydrogène par électrolyse de l'eau et l'utiliser pour faire le plein de ces voitures. Avec cette méthode, les émissions de CO2 par kilowatt/heure 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 aussi, la pile à combustible n'apporte pratiquement aucun avantage écologique. Les voitures équipées de moteurs à combustion interne font actuellement encore la course en tête: leur production est en effet moins polluante.

En comparaison écologique avec les voitures électriques aussi, les voitures à pile à combustible n'ont actuellement aucune chance: il faut en effet tout d'abord produire de l'hydrogène avec de l'électricité. Cet hydrogène est alors utilisé sur 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 aussi plus écologiquement.

Il pourrait toutefois en aller autrement dans l'avenir, selon 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 - cela 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 scientifique 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 centrale 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 pour-cent 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: 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.

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Für Pour leurs calculs Dominic Notter et ses collègues chercheurs 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 procédé eux-mêmes à 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 kilowatt 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 et a été 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, avec une consommation supposée de 6,1 l/100 km est la meilleure après un kilométrage de 150'000 kilomètres. 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 actuellement la plus mauvaise option. Cette voiture produirait le même effet sur l'environnement qu'une voiture de sport luxueuse avec une consommation 12,1 l/100 km.

Toutefois les piles à combustible pourraient devenir dans l'avenir une technologie importante - à savoir si dans le futur l'électricité excédentaire produite à partir de l'énergie éolienne et solaire pouvait être stockée sous forme d'hydrogène et s'utiliser pour le chauffage domestique et la mobilité. Actuellement les centrales éoliennes sont tout simplement arrêtées lorsqu'il y a un excédent de courant sur le marché. Une énergie écologique qui se perd sans être utilisée.

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