Comparatif Hydrogène : moteur à combustion interne / pile à combustible
Notre analyse
Sélectionnez un critère sur le graphique pour connaitre les caractéristiques des deux technologies.
Compétitivité à l'achat (CAPEX)
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Moteur combustion H2
La fabrication en très grande série d'un moteur à combustion interne est largement maîtrisée depuis plus d'un siècle. Le coût des composants, même pour des solutions en petite série, reste limité. Cela ne changera pas avec l'hydrogène. A puissance égale, le moteur sera moins cher. En 2022, un moteur coûte 25 à 30€/kW u
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Pile à combustible
Un système de traction à pile à combustible comporte davantage de composants, souvent chers à produire : stack, batterie, électronique de puissance, compresseur, moteur électrique. En outre, les systèmes de refroidissement et de filtration peuvent être spécifiques aux applications PAC. En 2022, une pile sans batterie ni moteur coûte de 300 à 900€/kW
Souveraineté européenne
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Moteur combustion H2
Le moteur à hydrogène ne nécessite pas de métaux precieux ou de terres rares à l'inverse de la pile à combustible. Ces matériaux sont disponibles en Europe. Si un système de traitement des échappements s'avérait nécessaire, il utiliserait moins de métaux précieux qu'une pile.
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Pile à combustible
Les technologies actuelles de piles à combustible nécessitent des quantités plus importantes de métaux précieux, notamment du platine (5 à 6x plus que pour un catalyseur diesel). Ceux-ci ne sont pas disponibles en grande quantité en europe.L'addition d'une batterie renforce ce problème, et le cuivre nécessaire pour la chaîne de traction électrique peut être un matériau critique.
Rapidité d'industrialisation et rétrofit
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Moteur combustion H2
L'outil industriel existe déjà, et des bases mécaniques existantes pourraient être utilisées pour réaliser des rétrofits avec différentes niveaux d'adaptation. Les travaux à mener pour la mise en série concernent surtout la maîtrise de la combustion. Il est à noter que la disponibilité des réservoirs constituera un frein tout comme pour la pile.
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Pile à combustible
Les cadences de production des leaders mondiaux sont en croissance, mais restent très éloignées de celles des constructeurs de moteurs. En outre, les démarrages par grand froid et/ou en altitude posent toujours problème avec des piles de série. Enfin, la disponibilité des réservoirs constituera un frein tout comme pour le moteur.
Densité de puissance
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Moteur combustion H2
Le rendement d'un moteur thermique a tendance à augmenter avec la puissance et la charge. Il est donc plus adapté que la pile pour les applications demandant des rapports puissance/encombrement importants. A puissance égale, le moteur sera bien plus léger.
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Pile à combustible
Le pic de rendement d'une pile se situe aux alentours de 25% à 50% de la puissance maximale. La chute de rendement à haute puissance peut la ramener au niveau d'un moteur thermique en conditions réelles. Dimensionner au rendement optimum revient à utiliser une pile de puissance maximale plus élevée, et donc plus lourde et plus chère.
Compétitivité à l'usage - Carburant
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Moteur combustion H2
La moindre pureté d'H2 nécessaire pour les moteurs pourra réduire le coût du carburant si des circuits de distribution dédiés sont créés. En outre, le rendement du moteur et donc sa consommation restent constants sur toute sa durée de vie.
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Pile à combustible
La pile a besoin d'un hydrogène parfaitement pur, et donc plus cher. Le réseau de distribution d'hydrogène devrait généraliser le degré de qualité nécessaire pour ces applications.Cependant, les chutes de rendement des piles au cours de leur vie peuvent grandement augmenter la consommation d'hydrogène de l'ordre de 10 à 20% sur certaines applications.
Emissions de polluants
- 4,5/ 5
Moteur combustion H2
La combustion de l'hydrogène n'émet pas de CO2, seulement de l'eau. Avec les stratégies adaptées, le moteur peut être éligible au statut de "véhicule zéro émission".
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Pile à combustible
La pile à combustible ne rejette que de l'eau.
Compétitivité à l'usage - Entretien
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Moteur combustion H2
Le moteur à hydrogène est globalement aussi robuste qu'un moteur classique. Les coûts d'entretien devraient être proches. Les consommables seront les mêmes que pour les moteurs actuels (filtre à huile, filtre à air, courroies…) avec possiblement un remplacement périodique de certains composants de sécurité.
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Pile à combustible
La pile a besoin d'un important débit d'air d'une grande pureté, d'où le recours à des systèmes de filtrations onéreux. Cela ajoute des contraintes pour les applications en milieu extrêmes (filtration des poussières, polluants ambiants…).
Durée de vie
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Moteur combustion H2
Comme pour la pile, l'industrie manque de recul pour se prononcer sur la durée de vie. Si les moteurs à hydrogène restent fondamentalement des moteurs à combustion, le nouveau carburant pourrait amener de nouvelles problématiques spécifiques à long voire très long terme.
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Pile à combustible
La technologie des piles à combustible est ancienne mais son utilisation à échelle industrielle et pour les transports n'offre pas assez de recul pour se prononcer sur la durée de vie des systèmes en conditions réelles. La filtration de l'air doit cependant être parfaite pour assurer la durée de vie de la pile, ce qui rend difficile les applications en milieux extrêmes (sables, poussières fines...).
Recyclabilité
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Moteur combustion H2
Un moteur à hydrogène sera globalement constitué des mêmes matériaux qu'un moteur actuel (métaux, plastiques), il sera donc largement recyclable avec les infrastructures actuelles.
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Pile à combustible
Les processus de recyclage à échelle industrielle ne sont pas encore opérationnels. Il est néanmoins possible de recycler une grande partie d'une pile, mais avec des procédés très contraignants.
