Au lieu de brûler du carburant comme les moteurs conventionnels, les piles à combustible à hydrogène fonctionnent grâce à un processus électrochimique. Pour produire de l'électricité, des atomes d'hydrogène sont ionisés sur un côté d'une membrane électrolytique. Pendant que les protons se faufilent, les électrons doivent parcourir un long chemin à travers un circuit externe, créant un courant électrique à mesure qu'ils se déplacent. Une fois que les électrons atteignent l'autre côté et s'apparient avec les protons, l'hydrogène se combine avec l'oxygène de l'air, ce qui donne un peu de chaleur et d'eau comme sous-produits.
Au niveau de base, le processus est assez efficace. Selon le type de pile à combustible à hydrogène, le taux d'efficacité a tendance à être en moyenne d'environ 60 % de la quantité totale d'énergie libérée par le processus ci-dessus. Cependant, les piles à combustible à hydrogène à grande échelle avec du carbonate fondu ou de l'oxyde solide pour leur membrane électrolytique peuvent utiliser à la fois la chaleur et l'électricité produites pour une efficacité supplémentaire, pouvant atteindre 85 %. Pendant ce temps, les piles à combustible portables telles que les membranes électrolytiques polymères (PEM) utilisées dans les voitures à pile à combustible obtiennent entre 50 % et 60 % d'efficacité, selon le Département américain de l'énergie.
OK, mais comment cela se compare-t-il à une voiture ordinaire ? Incroyablement bien. Aussi cool qu'il soit de faire fonctionner nos voitures sur ce qui équivaut essentiellement à des explosions contrôlées et à des dinosaures liquides, les moteurs à combustion interne sont tout sauf efficaces. Sans compter le temps passé au ralenti, la perte d'énergie le long de la transmission, la traînée d'air et la friction, la plupart des moteurs à essence perdent environ 62 % de leur énergie de carburant uniquement à cause de la chaleur gaspillée.
Mais il y a toujours un hic quand on joue avec la thermodynamique et l'efficacité énergétique. Dans le cas de l'hydrogène, c'est un problème de production. L'hydrogène est peut-être l'élément le plus abondant de l'univers, mais à moins que vous n'ayez envie de passer à la surface du soleil (apportez une boisson fraîche et des chaussures à semelles épaisses !), vous ne le trouverez nulle part gratuitement. L'hydrogène ici sur Terre est toujours lié à quelque chose, ce qui signifie qu'il doit être extrait, un processus qui coûte cher, prend du temps et consomme énormément d'énergie.
Actuellement, la majeure partie de notre hydrogène est produite par électrolyse ou en l'extrayant du gaz naturel dans un processus appelé reformage à la vapeur . (Le gaz naturel est également un combustible fossile.) Bien que le reformage à la vapeur soit la méthode la plus courante de production industrielle d'hydrogène, il nécessite beaucoup de chaleur et est extrêmement inefficace. L'hydrogène produit par le reformage à la vapeur a en fait moins d'énergie que le gaz naturel avec lequel le reformage à la vapeur commence. De plus, contrairement aux piles à combustible à hydrogène, le processus produit de la pollution. Il est donc en fait plus efficace sur le plan énergétique d'utiliser les hydrocarbures eux-mêmes comme carburant.
Cependant, il y a de l'espoir. Bien que nous n'ayons toujours pas trouvé de moyen viable d'obtenir de l'hydrogène à bon marché, les choses s'améliorent. Le coût des matériaux est en baisse et il existe plusieurs moyens potentiellement plus simples de le collecter, comme l'exploitation des algues productrices d'hydrogène et l'utilisation du méthane des décharges. Un avenir alimenté à l'hydrogène est peut-être en vue, ou du moins n'est-il qu'un point à l'horizon.
