En raison de la demande des clients pour plus de sécurité, de respect de l’environnement, de performance et d’efficacité, les fabricants de machines de travail mobiles, de camions et de bus s’intéressent de plus en plus à l’hydrogène comme source de carburant. Dans les véhicules à hydrogène, le gaz contenu dans le réservoir de stockage H2 doit être régulé par une série de vannes de contrôle avant d’atteindre la pile à combustible. Les instruments de mesure de pression jouent un rôle important dans ce process. Cependant, les capteurs de pression standards ne sont pas tous adaptés aux applications de l’hydrogène, en raison des matériaux utilisés. Le MH-3-HY de WIKA est spécialement conçu pour les véhicules qui utilisent des piles à combustible à hydrogène. De plus, il est homologué CE79/2009.
En principe, les véhicules fonctionnant à l’hydrogène sont beaucoup plus propres que ceux équipés de moteurs à combustion interne, car seule de la vapeur d’eau est produite comme sous-produit lorsque l’hydrogène et l’oxygène sont mélangés. L’absence d’émissions est particulièrement importante pour les véhicules utilisés à l’intérieur – chariots élévateurs, tables élévatrices, tracteurs, préparateurs de commandes et véhicules de transport – car les moteurs à combustion libèrent dans l’air du monoxyde de carbone dangereux, des composés organiques volatils (COV) et d’autres sous-produits nocifs. Même si les véhicules sont équipés des systèmes antipollution les plus récents.
Les véhicules électriques à batterie, en revanche, sont propres, mais leur principal inconvénient est leur autonomie limitée et, par conséquent, la nécessité de les recharger fréquemment.
En outre, chaque cycle de charge prend plusieurs heures, ce qui signifie que les entreprises doivent remplacer les batteries vides, par exemple celles des chariots élévateurs à fourche, par des batteries de rechange chargées pour que leurs machines restent productives. Cela engendre des coûts logistiques élevés, car un grand nombre de ces batteries de rechange sont nécessaires et leur stockage exige beaucoup d’espace. Les véhicules fonctionnant à l’hydrogène, en revanche, ne prennent que quelques minutes pour faire le plein et sont de nouveau opérationnels immédiatement. Ils permettent donc une logistique plus efficace avec des économies de capacité de stockage.
Les pays d’Asie de l’Est (notamment le Japon) et d’Europe occidentale sont les pionniers des véhicules à pile à hydrogène, et d’autres pays accordent également une importance croissante à ce sujet. Notre webinaire à la demande permet d’en savoir plus à ce sujet. En outre, il montre comment WIKA peut vous aider à surmonter les défis posés par les applications de l’hydrogène. L’accent est mis ici sur la mobilité hydrogène, y compris les stations-service.
Les applications de l’hydrogène nécessitent des capteurs de pression spéciaux
Le gaz comprimé dans les réservoirs d’hydrogène est sous haute pression : généralement environ 350 bar pour les véhicules commerciaux. Avant que l’hydrogène n’atteigne la pile à combustible pour être transformé en énergie, la pression qu’il contient doit être ramenée à la pression de fonctionnement de la pile. Pour un meilleur contrôle et plus de sécurité, ce process se déroule généralement en deux étapes :
- Un réducteur de pression, situé près du réservoir, abaisse la pression à moins de 20 bar avant d’entrer dans le système.
- Un régulateur de pression réduit ensuite la pression à environ 1 bar avant d’entrer dans l’injecteur de la pile à combustible.
En général, des capteurs de pression sont installés avant et après le réducteur de pression. Ils garantissent que la pression du système reste dans des limites sûres. Si la pression du système n’est pas correctement régulée, une soupape de surpression évacue l’hydrogène dans l’atmosphère. Si la pression du système devient trop basse ou si le réservoir d’hydrogène est vide, la pile à combustible n’aura pas assez de pression pour fonctionner et finira par arrêter la machine.
Le capteur de pression doit répondre aux exigences des applications en matière de précision et de robustesse. Ainsi, les applications H2 constituent un défi particulier. Dans certaines conditions, les molécules d’hydrogène se dissocient sur les surfaces métalliques. Les atomes d’hydrogène peuvent facilement pénétrer la structure cristalline de nombreux métaux courants, dont l’acier inoxydable. Le process de diffusion s’accélère à des températures et des pressions plus élevées. C’est ce qu’on appelle la perméation de l’hydrogène, qui peut avoir deux effets sur un capteur de pression :
- Dérive du signal : une modification de la résistance électrique dans ses structures sensibles entraîne un décalage du signal.
- Fragilisation par l’hydrogène : Les métaux deviennent plus sensibles aux fissures et aux fractures, c’est-à-dire aux dommages mécaniques.
Pour empêcher la perméation de l’hydrogène, un capteur de pression peut être équipé d’une membrane affleurante plaquée or. Toutefois, cette option est généralement trop coûteuse pour la plupart des véhicules à pile à hydrogène. Une solution plus rentable consiste à utiliser un alliage spécial moins sensible à la perméation de l’hydrogène et immunisé contre la fragilisation par l’hydrogène.
Des capteurs de pression robustes pour les véhicules à hydrogène
Le MH-3 de WIKA est déjà un capteur de pression électronique d’origine qui peut être utilisé dans des conditions extrêmes. Sur cette base, nous avons développé une version spécifique pour les véhicules à hydrogène. Le MH-3-HY présente la même précision, la même fiabilité et la même conception robuste que le MH-3, mais avec un capteur métallique soudé à couche mince en 2.4711 (Elgiloy®) et un alliage cobalt-chrome-nickel-molybdène présentant une grande résistance à la fatigue et une excellente résistance à la corrosion. Ce capteur de pression n’a pas de joints polymères en contact avec le fluide et pas de remplissage d’huile. Cela le rend idéal pour les applications d’hydrogène avec une gamme de pression allant de 20 bar à 600 bar.
En raison de ses caractéristiques, le MH-3-HY a reçu l’approbation européenne EC79/2009 pour les véhicules à hydrogène. Il est ainsi plus facile pour les équipementiers de certifier l’ensemble de leur système à hydrogène. Toutefois, il convient de noter que cette homologation sera révoquée par l’UE en juillet 2022. Les certificats EC79 existants resteront valables, mais aucun nouveau certificat ne sera alors délivré sur la base de cette directive. Pour rester à jour, vous trouverez de plus amples informations sur ce sujet à partir de juillet sur notre blog.
En outre, la production du MH-3-HY est réalisée sur une ligne de production automatisée, ce qui nous permet de fournir nos clients en grandes quantités avec une qualité élevée et fiable. En comparaison, d’autres fabricants utilisent des lignes semi-automatiques ou manuelles. De plus, nous vérifions à 100 % chaque capteur en fin de ligne, et nous les soumettons à un test à l’hélium pour détecter les fuites.
En définitive, de plus en plus de municipalités et d’entreprises souhaitent réduire leur empreinte carbone sans sacrifier la performance et l’efficacité. L’un des moyens d’y parvenir est d’utiliser des bus et des machines de travail mobiles fonctionnant à l’hydrogène. Le large portefeuille de produits de mesure de WIKA contribue à cette évolution vers un avenir plus propre.
Note
Outre le MH-3-HY, nous proposons une large sélection de transmetteurs de pression, de capteurs de température, de détecteur à flotteur et d’autres accessoires pour les applications de l’hydrogène – de la production à l’utilisation finale de l’hydrogène en passant par la distribution. Si vous avez des questions, votre interlocuteur se fera un plaisir de vous aider.