La pile à combustible : Quel avenir pour les chariots à hydrogène ?

La pile à combustible ou l'hydrogène pour motoriser les chariots élévateurs

Compte tenu des discussions sur les modifications climatiques et des limites d’émission de gaz carbonique de plus en plus sévères imposées par la loi, les économies d’énergie sont constamment à l’ordre du jour. Des mots clés tels que l’efficacité énergétique ou "zéro émission" ou "empreinte neutre" témoignent de cette tendance. Il n’est donc pas étonnant que de nouveaux systèmes se développent tels que la pile à combustible qui produit de l’hydrogène à partir de sources d’énergie illimitées et gratuites telles que le vent et le soleil. Ergonomie, propreté, simplicité et souplesse d’utilisation, voilà ce qui caractérise le fonctionnement des véhicules à hydrogène.

Une pile à combustible : son fonctionnement…

Dans la pile à combustible, l’hydrogène (H2) réagit avec l’oxygène (O2) issu de l’air ambiant. Cette réaction aboutit à la production d’énergie électrique, utilisée pour faire fonctionner le véhicule, ainsi qu’à la production de chaleur et d’eau pure (H2O).

De quoi est constituée une pile à combustible ?

La pile à combustible est constituée, comme toute pile, de deux électrodes (une anode et une cathode) séparées par un électrolyte, autrement dit un matériau qui bloque le passage des électrons libres. L’anode est alimentée en hydrogène (H2), provenant d’un réservoir, tandis que la cathode est chargée en oxygène (O2) puisé dans l’air atmosphérique. Dans l’anode les molécules d’hydrogène se dissocient en ions H+, qui diffusent dans l’électrolyte, et en électrons qui sont contraints de circuler dans un circuit externe en créant, ainsi, un courant électrique continu. En parvenant au niveau de la cathode, les ions H+ se combinent avec l’oxygène et électrons. La réaction chimique produit ainsi de l’eau dégagée sous forme de vapeur mais aussi de la chaleur qui peut, bien entendu, être récupérée. La pile continue à fonctionner ainsi tant qu’elle est approvisionnée en réactifs.

Schéma de fonctionnement de la pile à combustible ou hydrogène

Comment se fournir en hydrogène ? Hydrogène vert et hydrogène gris…

Contrairement aux énergies fossiles (pétrole, gaz et charbon), l’hydrogène n’est pas une énergie primaire mais un « vecteur énergétique » qui, comme l’électricité, est produit à partir d’une autre source d’énergie. Il présente l’avantage de posséder des propriétés énergétiques remarquables mais, du fait de son extrême légèreté, nécessite des conditions de stockage, de transport et de distribution complexes - température extrêmement basse (-253°C) ou compression à très haute pression (350 bar).

L’hydrogène est qualifié de gris quand il est extrait à partir de combustibles fossiles (donc avec émission de gaz à effet de serre), principalement du gaz naturel, sous l’action de vapeur d’eau surchauffée (vaporeformage). A l’inverse, il est qualifié de vert quand il est produit par électrolyse de l’eau, via un électrolyseur, si l’électricité employée dans cette opération est elle-même exclusivement d’origine renouvelable (installation solaire, éolienne ou hydroélectrique).

Et pour les chariots élévateurs, comment ça marche ?

Comment équiper un chariot élévateur d’une pile à hydrogène ?

Le système est constitué du bloc de piles à combustible, d’un accumulateur intermédiaire (supercondensateur) qui accumule l’énergie de freinage et la restitue à l’accélération, des réservoirs d’hydrogène (contenant 2,5 kilos d’hydrogène sous une pression de 350 bar), d’un radiateur, d’un compresseur et d’un poids additionnel qui compense la différence par rapport à la batterie plus lourde.

Comment s’approvisionner et stocker l’hydrogène ?

Au niveau fonctionnement, une station extérieure stocke l’hydrogène à 200 bar et le comprime ensuite à 350 bar afin de pouvoir l’expédier, par différence de pression, vers l’un des postes de distribution. L’opérateur n’a plus qu’à faire le plein du réservoir, comme il le ferait dans une station-service classique pour son véhicule personnel, l’opération s’effectuant en trois à quatre minutes.

Station de recharge hydrogène extérieure
Station de recharge extérieure pour pile à combustible

Quelle est la durée de vie d’une pile à combustible ?

La durée de vie de la pile à combustible est de 10 ans ou 25 000 heures. Elle est supérieure à celle d’une batterie plomb classique. Cela va également dans le sens d’une réduction du gaspillage et des déchets inutiles.

Quels sont les avantages de cette technologie ?

L’hydrogène : une énergie propre et responsable, un atout environnemental

Le fonctionnement d’un chariot à l’hydrogène ne dégage aucune substance toxique.  Ni particules de suie ni oxydes d’azotes ni gaz carbonique pouvant nuire à l’environnement et au climat. Les « gaz d’échappement » de la réaction de l’hydrogène et de l’oxygène contenu dans l’air ne sont autres que de l’eau pure sous forme de vapeur. Il s’agit d’une solution hautement recyclable, qui ne comporte pas d’acides toxiques ni de polluants.  Il s’agit d’une technologie propre qui permet de réduire notre empreinte carbone.

Avec l’hydrogène, vous optez pour un travail rapide en toute sécurité

Avec la pile à hydrogène, il n’y a aucun changement de batterie. La pénibilité, liée au changement d’une batterie plomb/acide classique est supprimée Dès que la réserve d’hydrogène du chariot est consommée, une brève halte à la station de ravitaillement d’hydrogène suffit pour que l’engin soit de nouveau parfaitement opérationnel. Plus besoin de changer la batterie et de prévoir une deuxième batterie chargée. Cet aspect simplicité et rapidité constitue, bien entendu, un argument en faveur de la pile à combustible Les conditions de travail des opérateurs sont donc améliorées, tout en évitant les risques d’accident susceptibles de se produire lors des manutentions de batteries classiques.

Combien de temps faut-il pour remplir un réservoir d’hydrogène ?

5 minutes suffisent pour remplir le réservoir d’hydrogène du chariot élévateur. La pile à combustible est donc bien plus efficace qu’une batterie conventionnelle dont le cycle de charge dure des heures. Les équipes sont donc toujours opérationnelles en minimisation des interruptions de service.

Travail par équipes successives, aucun problème !

Pour assurer le travail d’équipes successives, il suffit de remplir le réservoir d’hydrogène à temps.  Il n’est donc plus nécessaire de prévoir deux ou trois batteries par chariot. Cette énergie est particulièrement adaptée pour le travail en 3x8.

Toujours en pleine puissance

Le PowerPack à piles à combustible fournit la pleine puissance nominale jusqu’à la consommation complète de la réserve d’hydrogène, alors que la tension nominale d’une batterie diminue continuellement pendant l’utilisation.

Les composants du PowerPack hydrogène de STILL
Les composants du PowerPack hydrogène de STILL

Quelles sont les performances d’un chariot élévateur avec une pile à hydrogène ?

Avec la pile à combustible, les performances sont constantes durant tout le cycle de la batterie.  Quant à la durée d’utilisation, elle varie en fonction de l’engagement du chariot mais là où il faudrait changer une batterie plomb classique une ou deux fois par poste, avec des durées de charge de 8h, la recharge en hydrogène ne prend que quelques minutes.

Quelles économies peut-on faire en utilisant cette technologie ?

Côté coûts, l’utilisation de l’hydrogène permet aux entreprises de supprimer la construction d’une salle de charge. Mais surtout, durant les pics d’activité, les chariots peuvent tourner 24h/24 ce qui permet d’éviter de faire de la location courte durée ou d’acheter double ou triple batterie !

Peut-on bénéficier d’aides financières pour la mise en place de chariots à hydrogène ?

Différentes aides existent au niveau régional, national ou européen. Grâce au plan de relance Hydrogène, vous pouvez obtenir une subvention ou une avance remboursable avec l’appel à projets de l’ADEME qui gère actuellement deux appels à projets sur cette thématique. Pour en savoir plus sur les aides, cliquez ici.

Et dans la réalité, comment les chariots à hydrogène fonctionnent-ils ?

Découvrez tout de suite le cas de Carrefour en vidéo !


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Commentaires

#1 Rodrigues | 21.04.2021 09:10
Cette présentation de la pile à combustible et de son fonctionnement est claire et précise, super ce blog!

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