V-F : Bilan Carbone voiture à pile à combustible

Ix35 fuel cell

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Calcul de la quantité de CO2 produite par le vaporeformage du méthane :

On a pris comme voiture la ix35 fuel cell de Hyundai. Cette voiture consomme 0,95 kg de dihydrogène pour 100 km. Aujourd’hui, 96 % de l’hydrogène est produit par vaporeformage du méthane, on va donc d’abord calculer le bilan carbone de la voiture avec de l’hydrogène produit de cette façon.

Le vaporeformage du méthane se fait en 2 étapes :

  • on fait d’abord réagir le méthane avec de l’eau :

CH4 + H20 ==> CO + 3H2

  • on fait ensuite réagir le monoxyde de carbone avec de l’eau :

CO + H2O ==> CO2 + H2.

  • L’équation complète est ainsi

CH4 + 2H20 ==> CO2 + 4H2

Pour une mole de méthane, on produit une mole de CO2 et 4 de dihydrogène.

La masse molaire du H2 est M = 2 * 1 = 2 g/mol donc 1 kg de H2 équivaut à 500 moles de la même espèce chimique.

500 / 4 = 125

Pour 500 moles de H2, on produit donc 125 moles de CO2.

 

Calcul de la masse de CO2 produite par le vaporeformage du méthane :

La masse molaire du CO2 est M = 44 g/mol.

125 * 44 = 5500

Ce calcul permet d'estimer que la production de 1 kg de dihydrogène par vaporeformage produit 5,5 kg de CO2. Malheureusement, le dihydrogène produit n’est pas pur, il contient près de 18 % de CO2. Il faut donc le purifier, ce qui rejette encore du CO2, et fait monter le bilan carbone à près de 9 kg de CO2 pour 1 kg de dihydrogène produit.

0,95 * 9 = 8,55

Comme la Ix35 fuel cell ne consomme que 0,95 kg pour 100 km, le rejet de CO2  associé à la consommation et production du carburant nécessaire à cette voiture pour rouler sur 100 km est de 8,55 kg.

8,55 + 2,5 = 11,05.

Au final, le bilan carbone de la voiture à PAC avec de l’hydrogène produit par vaporeformage est de 11 050 g de CO2 pour 100 km.

 

A l'heure actuelle, bien que l’électrolyse ne soit pas encore assez rentable financièrement, on travaille beaucoup pour l’améliorer ce procédé de production car il rejette beaucoup moins de CO2 que le vaporeformage.

 

Calcul de la quantitée d'énergie nécessaire à la production de l'hydrogène :

Le CEA a réussi à créer un électrolyseur avec plus de 90 % de rendement énergétique.

Cet électrolyseur permet ainsi de produire 1 Nm3 d'hydrogène à partir d'une consommation de 3,9 kWh.

Comme tous les gaz, le dihydrogène a un volume molaire de 22,4 L/mol pour des coinditions normales.

Dans 1 Nm3, on a 1000 L.

1000 / 22,4 = 44,6

Dans 1 Nm3, on a donc 44,6 moles de dihydrogène.

500 / 44,6 = 11,2.

1 kg de dihydrogène occupe 11,2 m3 à pression et température normale.

11,2 * 3,9 = 43,68

Pour produire 1 kg de dihydrogène par électrolyse, il faut donc consommer 43,68 kWh d’électricité.

0,95 * 43,68 = 41,5

Pour produire assez de carburant pour faire rouler une ix35 fuel cell sur 100 km, il faut consommer 41,5 kWh d’énergie.

 

Calcul du bilan carbone de l'électricité nécéssaire à la production de l'hydrogène par électrolyse :

On a déjà vu que la production de 10,5 kWh en France produisait 200,72 g de CO2.

(41,5 * 200,72) / 10,5 = 793,3

Par déduction, pour produire l’hydrogène dont a besoin la ix35 fuel cell pour rouler sur 100 km, on rejettera près de 793 g de CO2.

Là encore on ajoute le bilan carbone de la production du véhicule :

2500 + 793,3 = 3293,3

 

Au final, le bilan carbone d’une voiture à PAC dont le carburant a été produit par électrolyse, sur la base de la répartition de la production électrique française est de 3293,3 g / 100 km.

 

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