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9 Janvier 2015
Etude de faisabilité sur le déploiement d’une “Route de
l’Hydrogène” en Nord Pas De Calais
Partie B – Analyse technique
Etude commanditée par:
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Introduction
Cette partie présente l’état de l’art des systèmes utilisés dans les activités d’une station de remplissage
hydrogène. Cette partie B s’insère dans l’étude globale de la “Route de l’hydrogène” qui comprend au total
quatre parties.
Objectifs
§  Dresser un état de l’art comparatif des technologies disponibles et existantes pour la mobilité H2
§  Donner des éléments technico-économiques types de stations-services pour un ou plusieurs projets
§  Donner les avantages et les inconvénients des technologies
Structure du document
Les pages 3 à 6 résument l’état technologique actuel des briques technologiques qui constituent les
activités d’une station de remplissage hydrogène.
Les pages 7 à 33 compilent 11 fiches telles que définies par le COPIL le 12 septembre 2014.
Les pages 34 à 37 proposent trois annexes, dont des pistes de lecture qui peuvent éclairer les lecteurs sur
les déploiements d’infrastructure hydrogène dans le monde, une fiche sur la notion de TRL et les
grandeurs physiques et valeurs clés à retenir.
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Résumé
§  Les briques technologiques d’une station de remplissage hydrogène sont déjà
commercialement disponibles et certaines d’entre elles sont déjà très largement éprouvées,
car elles ont été développées pour les activités industrielles de l’hydrogène.
§  L’hydrogène peut être produit sur site par électrolyse à partir d’électricité renouvelable, il peut
également provenir d’une source fatale avoisinante ou bien être directement livré par camion
ou encore via une canalisation.
§  La livraison d’hydrogène peut se faire sous forme liquide par camion, et sous forme gazeuse
par camion ou par canalisation. L’utilisation de l’hydrogène liquide est essentiellement
utilisée pour des marchés particuliers, ou pour des quantités qui ne pourraient être livrées par
une livraison à l’état gazeux. La livraison par camion à l’état gazeux à l’avantage de proposer
un hydrogène déjà comprimé entre 200 et 500 bars.
§  Les systèmes de stockage liquide ou gazeux sont des systèmes éprouvés. Le stockage solide
est une nouvelle technologie stationnaire qui présente certains avantages.
§  Les applications mobilité à 350 bars sont moins coûteuses que celles à 700 bars : elles
correspondent également à un déploiement de flottes captives préconisé par l’étude H2
Mobilité France.
§  L’hythane © est une solution qui pourrait être utilisee par des véhicules GNV, nécessitant une
modification technologique à moindre coût. Néanmoins, l’hydrogène sera dans ce cas utilisé
dans un moteur thermique avec des désavantages nets en termes de pollution.
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Un résumé graphique : Définition d’une station de
remplissage H2 – Les briques technologiques
Raccordement à un réseau H2: Fiche n°3
Livraison d’hydrogène gazeux: Fiche n°4
Livraison d’hydrogène liquide: Fiche n°5
Production sur site par
Électrolyse:
Fiche n°1
Stockage d’hydrogène gazeux:
Fiche n°6
Hydrogène fatal :
Fiche n°2
Stockage d’hydrogène liquide:
Fiche n°7
Stockage d’hydrogène solide:
Fiche n°8
Compression d’hydrogène
Fiche n°9
Véhicules
hydrogène et
Hythane:
Fiche n°11
Distribution d’hydrogène
Fiche n°10
Image credit: BER Flughafen Berlin Brandenburg
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Approvisionnement
Un résumé des grandeurs et coûts caractéristiques des
systèmes d’une station
Fiches techniques
Grandeurs
Fiche n°1 : Production sur site par
électrolyse: PEM et Alcaline
PEM : 0,1 à 60 Nm3/h
10k€ à 500 k€ (CAPEX)
Alcalin : 10 à 400 Nm3/h
30k€ à 1000 k€ (CAPEX)
Pureté H2, adaptabilité du système,
sortie sous pression
Technologie éprouvé, grande capacité
Fiche n°2 : Valorisation de
l’hydrogène fatal
1,8 tonne/jr (exemple PC
Loos vers 2017)
> 1,31€/kg (Fourniture)
Pureté H2, capacité disponible
Fiche n°3 : Raccordement à un
réseau hydrogène
100 à 300 kg/jour
1,5 M€/km de canalisation
(CAPEX)
1,63 €/kg (Fourniture)
H2 au prix de gros, alimentation
continue
Fiche n°4 : Livraison sous forme
gazeuse: par camion
400 à 1000 kg/camion
4 à 10 €/kg (Fourniture)
H2 sous pression, livraison partout
Fiche n°5 : Livraison sous forme
liquide: par camion
4 t/camion
16 €/kg (Fourniture)
Gros volumes, pureté H2 élevée
Bouteille : 1 à 4 kg
~ 400 €/kg (CAPEX)
Trailer : 300 à 500 kg
[300 ; 500] €/kg (CAPEX)
quantité ajustable, nombreux
fournisseurs
stockage mobile en grande quantité
Fiche n°7 : Stockage sous forme
liquide
420 à 7000 kg
Inconnu
Stockage massif, techno commerciale
Fiche n°8 : Stockage sous forme
solide
Jusqu’à 300 kg d’H2
~ 3000 €/kg (CAPEX)
Pureté H2, grande capacité
~ 300 k€ (CAPEX)
Technologie éprouvée
Distribution
Stockage
Fiche n°6 : Stockage sous forme
gazeuse: en bouteille et tube trailer
Fiche n°9 : Compression: mécanique
Fiche n°10 : Distribution en station
de remplissage
Coûts
~ 100 Nm3/h
20/200bars à 450/500 bars
À 350 bars : 10 à 20 kg/j
[150k€; 300k€] (CAPEX)
À 700 bars : 500kg / j
[2M€; 4M€] (CAPEX)
Avantages principaux
Pour les 2 pressions : Intégrable à
toute station, station clé en main
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Un résumé des grandeurs et coûts caractéristiques des
véhicules électrique à pile à combustible hydrogène
Grandeurs
Coûts
Avantages principaux
Véhicule particulier
Véhicule 100% H2 électrique
Stockage H2: 700 bar
Puissance PàC: ~ 100 kW
[50 k€ ; 70 k€]
Zero émission, autonomie
Véhicule utilitaire
Véhicule électrique à
prolongateur d’autonomie
Stockage H2: 350 bar
Puissance PàC: ~ 10 kW
[30 k€ ; 51 k€]
Coût maitrisable, Zéro émission,
autonomie
Bus
Véhicule 100% H2 électrique
Stockage H2: 350 bar
Puissance PàC: ~ 120 kW
~ 800 k€
Zéro émission, autonomie
Camion
Véhicule électrique à
prolongateur d’autonomie
Stockage H2: 350 bar
Puissance PàC: ~ 30 kW
~ 220 k€
Zéro émission, autonomie
Valorisation
Fiche n°11 : Valorisation hydrogène
dans les différents types de
véhicule
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Agenda – Partie B
Fiche n°1 : Production sur site par électrolyse: PEM et Alcaline
Fiche n°2 : Valorisation de l’hydrogène fatal
Fiche n°3 : Raccordement à un réseau hydrogène
Fiche n°4 : Livraison sous forme gazeuse: par camion
Fiche n°5 : Livraison sous forme liquide: par camion
Fiche n°6 : Stockage sous forme gazeuse: en bouteille et tube trailer
Fiche n°7 : Stockage sous forme liquide
Fiche n°8 : Stockage sous forme solide
Fiche n°9 : Compression: mécanique et ionique
Fiche n°1 : Distribution en station de remplissage
Fiche n°11 : Valorisation hydrogène dans les différents types de véhicule
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Fiche n°1 : Production par électrolyse PEM (1/4)
Description technologique
Constructeurs
Ces électrolyseurs utilisent des membranes solides échangeuses
de proton H+ (PEM – Proton Exchange Membrane). La conductivité
protonique élevée de la membrane autorise ces électrolyseurs à
fonctionner à des courants plus élevés que la technologie alcaline
(>1 A/cm2). Cela permet un débit de production plus important, une
pression de sortie élevée, une bonne séparation des gaz et
meilleure pureté.
Analyse SWOT
Maturité
Technologique:
§  Système petite et moyenne
capacité jusqu’à 60Nm3/h:
TRL: 9
§  Système grande capacité
(x100 Nm3:h): TRL 3
Commerciale:
§  Produit vendu à des milliers
d’exemplaires pour les
systèmes de faible capacité
( 0,1 – 1 Nm3/h).
§  Commercialisation de
système de moyenne
capacité
Données techniques
§ 
§ 
§ 
§ 
AREVA H2-Gen, SIEMENS, Proton Onsite, ITM Power, Giner
Electrochemical, Proton Power, Hydrogenics
Consommation électrique du système: 5,0 – 5,5 kWhe/Nm3
Rendement: 67-82%
Pureté: > 99,95%
Durée de vie du stack: ~ 40 000 heures (c’est-à-dire 5 ans si
l’électrolyseur fonctionne 24h / 24 toute l’année)
Données économiques
Un électrolyseur PEM de 20 Nm3/h (station de 40kg/jr) avec tous les
accessoires peut fournir un hydrogène à 30 bars à un coût actuel
d’environ 500 k€ HT tout installé.
Forces
Faiblesses
§  Systèmes compacts §  Peu de retour
§  Pureté de l’hydrogène
d’expérience sur
produit
les systèmes de
§  S’adapte plus
grande capacité
facilement aux
variations de charge
Opportunités
§  Développement de la
mobilité hydrogène,
des projets Power-togas
§  Développement de
fermes d’énergie
renouvelable
Menaces
§  Amélioration des
performances des
systèmes alcalins
notamment
concernant les
variations de
charge
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Fiche n°1 – Exemple du projet H2 Move à Fribourg en Brisgau
(2/4)
Description du projet: Projet H2 Move
Application: Distribution d’hydrogène pour
véhicule
Localisation: Fraunhofer ISE, Freiburg am
Breisgau
Acteurs impliqués: Fraunhofer ISE , NIP, Ville
de Freiburg, Land de Baden-Wurttemberg,
Badenova
ILLUSTRATION
Etat de la station: En activité depuis 2010
Données technico-économiques
§  Ferme PV de 16 kWp
§  Electrolyseur PEM de 5 Nm3/h, soit environ
10kg/jr
§  Stockage : 60 kg à 450 bars + 17 kg à 950 bars
§  Distribution : 350 et 750 bars
Crédit Image : Fraunhofer ISE
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Fiche n°1 : Production par électrolyse alcaline (3/4)
Description technologique
Constructeurs
Technologie la plus ancienne utilisant un électrolyte liquide alcalin
(KOH à 20 – 30 %). La densité de courant est plus faible qu’avec les
PEM: 0,5 ~0,6 A/cm2 et la pression de sortie est plus faible, proche
de la pression atmosphérique.
Hydrogenics, McPhy Energy, NEL, IHT, ELB Elektrolyse,
H2Nitidor, ErreDue
Maturité
Technologique:
TRL: 9
Travaux en cours:
§  Augmentation de la
pression de sortie
§  Pureté des gaz
§  Variations de charge
Commerciale:
§  Produit vendu à des milliers
d’exemplaires.
§  Produit représentant plus de 90 %
de la capacité de production des
électrolyseurs installés,
Données techniques
§ 
§ 
§ 
§ 
Consommation électrique: 5 – 5,8 kWh/Nm3
Rendement: 60-80%
Pureté de l’hydrogène: > 97%
Durée de vie système: 20 ans avec maintenance préventive
Données économiques
Un système de capacité moyenne en station alcaline est de 80
Nm3/h. Ce système est vendu dans un container de 2,44m x 6,1m.
Il fournit un hydrogène à 10 bars avec une pureté de 99,998% et a
un coût actuel de 1,6 M€ (hors coût du transport et travaux
éventuels d’aménagement du site, mais avec maintenance et
consommable pendant 1 an).
Pour un système plus petit d’environ 20 Nm3/h (station 40kg/jr), un
électrolyseur alcalin coûte environ 350k€ HT.
Analyse SWOT
Forces
Faiblesses
§  Technologie éprouvée §  Faible adaptabilité
§  Coûts réduits par
au fonctionnement
rapport à la
intermittent
technologie PEM
§  Faible pureté de
§  Grande capacité de
l’hydrogène produit
production
Opportunités
Menaces
§  Développement de la §  Electrolyse PEM
mobilité hydrogène
pour les
§  Développement des
productions < 10
projets power to gas
Nm3/h
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Fiche n°1 – Exemple du projet H2BER de l’aéroport de BerlinBrandenburg (4/4)
Description du projet
Application: Production H2 à partir d’éoliennes,
stockage solide, distribution station de bus et auto,
injection réseau de gaz naturel.
Localisation: Aéroport de Berlin
Acteurs impliqués: Linde, Total, Enertrag, McPhy
Energy, 2G,
Etat de la station: Inauguré en 2014
ILLUSTRATION
Données technico-économiques
§  Production d’hydrogène
§  Electrolyseur McPhy: 200 kg/jr à 45 bars
§  Capacité de stockage
§  Stockage solide: McPhy de 100 kg
§  Stockage gazeux: Linde grande capacité à 45
bars
§  Capacité de la station:
§  50 véhicules par jour
§  Budget : 10 M€
Images: H2 Flughafen Berlin Brandenburg
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Fiche n°2 : Valorisation de l’hydrogène fatal (1/2)
Description technologique
Sur le site de Loos de l’entreprise PC Loos, il existe une
production fatale d’hydrogène issue de la production de chlore par
électrolyse du chlorure de sodium (NaCl) en solution.
Maturité
Technologique:
TRL: 9
Constructeurs / Exploitants
PC Loos
Analyse SWOT
Commerciale:
En général, l’hydrogène fatal est soit
éventé, soit valorisé comme combustible
pour exploiter sa valeur thermique. Dans
le cas, il est pour le moment éventé mais
il est prévu de le valoriser à l’avenir en
tant que combustible.
Forces
§  Source d’hydrogène
non exploitée
§  Localisé en
agglomération
Données techniques
§  Production en 2014: ~ 400 t / an
§  Production prévue 2016: ~ 600 t / an (augmentation de la
capacité de production)
§  Pureté de l’hydrogène : Avec les nouvelles installations, la
pureté atteindra 99,9% en sortie d’électrolyse et peut être
utilisé pour la mobilité.
Opportunités
§  Rapidement
valorisable /
exploitable
Faiblesses
§  Dans ce cas, l’ADEME
considère que
l’hydrogène a le même
taux de CO2 que
l’énergie substituée
§  Il faut un marché
immédiatement
disponible pour justifier
de l’investissement
Menaces
§  Coût des
équipements
Données économiques
Cet hydrogène devra donc être valorisé, à minima, au prix du
kWh thermique (~ 40€/MWh) et inclure les coûts d’équipements
des installations existantes (purification et conditionnement).
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Fiche n°2 – Exemple de la station Zero Regio à Frankfurt-amMain (2/2)
Description du projet
Application: Valorisation d’hydrogène fatal
Localisation: Frankfort sur le Main
Acteurs impliqués: Agip, TUV, Daimler, InfraServ,
Linde, Fiat
Etat de la station: En activité depuis 2006
ILLUSTRATION
Données technico-économiques
§  Production d’hydrogène fatal du à la production
de chlore de l’usine Hoechst:
§  Quantité disponible : 30.106 Nm3/an
(~ 3000 t / an)
§  Pureté > 99,99 %
§  Approvisionnement de la station:
§  Canalisation de 30mm de diamètre et de 1,7
km de longueur à une pression de 900 bars
§  Borne de remplissage:
§  Hydrogène gazeux à 350 bars et 700 bars
§  Hydrogène liquide
§  Investissement : 19 M€ sur 6 ans
Images: Alphea
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Fiche n°3 : Raccordement à un réseau hydrogène (1/2)
Description technologique
Air Liquide possède et exploite 150 km de canalisations
d’hydrogène dans la région Nord Pas de Calais et au total
879 km en incluant les pays voisins: Belgique et Pays-Bas.
Maturité
Technologique:
TRL: 9
Constructeurs / Exploitants
§  Air Liquide (France, Belgique, Pays-Bas, USA)
§  Linde (Allemagne)
§  Air Products (USA)
Analyse SWOT
Commerciale:
L’hydrogène est produit
principalement à Rotterdam et
alimente de nombreux clients de la
région (Total, Shell, Exxon)
Données techniques
§  Longueur: 150 km en Nord Pas de Calais
§  Diamètre de la conduite: 30 cm
§  Pression: de 65 à 100 bars
Données économiques
§  1,5 millions € par km de canalisation
§  Coût de l’hydrogène délivré: ~ 2 €/kg.
Faiblesses
Forces
§  Pas de risque de
§  Importante
rupture
quantité
d’alimentation
nécessaire pour
§  Connexion en tout
justifier
point du réseau
l’installation
§  Importante quantité §  Monopole de
livrée
livraison
§  Hydrogène
§  Coût de
disponible au prix
l’infrastructure
de gros
Opportunités
§  Présence de 150
km de
canalisation en
région Nord Pas
de Calais
Menaces
§  Concurrence
possible avec la
production sur
site et la livraison
par tube trailer
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Fiche n°3 – Exemple de la station Air Liquide alimentée par
canalisation à Rotterdam (2/2)
Description du projet
Application: Mobilité (2014)
Localisation: Rotterdam
Acteurs impliqués dans le projet HIT: Ministère des
Transports et de l’Environnement des Pays-Bas,
Air Liquide, (AFHYPAC), Copenhagen Hydrogen
Network (CHN), l’Association des Régions
Européennes pour l’Hydrogène, les Piles à
Combustibles et l’Electro-mobilité (HyER),
Hydrogen Link Denmark et Hydrogen Sweden.
Etat de la station: Inauguré en 2014
Données technico-économiques
§  Capacité nominale: 100 kg / jour (environ 20
voitures à réservoir de 5kg)
§  Capacité maximale débitable: 250kg / jour
§  Pressions délivrées : 350 et 700 bars
Images: Air Liquide
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Fiche n°4 : Livraison sous forme gazeuse par camion
Description technologique
Livraison d’hydrogène gazeux par camion, en bouteille ou en tube
trailer.
Constructeurs / Exploitants
Air Liquide, Air Products, Linde, Messer, Praxair, Westfallen
Maturité
Analyse SWOT
Technologique:
TRL: 9
Commerciale:
La plus grosse part du marché de
l’hydrogène marchant se fait via
des bouteilles B50.
Forces
Données techniques
La capacité maximale transportable est:
§  d’environ 400 bouteilles B50
§  entre 300 et 500 kg par tube trailer, projet en cours
d’homologation pour 1100 kg.
§  Plus gros secteur
§  Petite quantité livrée
d’hydrogène
par camion
marchand
§  Augmentation du coût
§  Livraison possible sur
avec la distance de
tout le territoire
livraison
§  Coûts maitrisés.
§  Hydrogène déjà sous
pression
Opportunités
Données économiques
§  Le prix peut varié beaucoup en fonction des paramètres de
livraison: quantité, distance, pureté, autres gaz livrés notamment.
Les prix de livraison pour des quantités supérieures à plusieurs
tonnes se situent entre 4€/kg et 10€/kg
§  Le transport et la logistique de distribution représentent environ
50 % du coût final de fourniture de l’hydrogène au client. Ce qui
est également le cas pour l’électricité.
Faiblesses
§  Augmentation des
quantités
transportables
(nouveau 1100kg)
Menaces
§  Au-delà de 150 km
du centre de
conditionnement, la
production sur site
devient compétitive
§  Proximité du
pipeline d’Air
Liquide
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Fiche n°5 : Livraison sous forme liquide par camion
Description technologique
La livraison d’hydrogène liquide est réalisée par camion
citerne.
Maturité
Technologique:
TRL: 9
Constructeurs
Air Liquide, Air Products, Linde, Messer
Analyse SWOT
Commerciale:
Ce mode de livraison est courant
pour des clients de l’industrie de la
micro-électronique
Données techniques
La capacité maximale livrable par un camion avoisine
généralement 4t.
Données économiques
L’hydrogène liquide livré sur site coûte environ 16€/kg.
Faiblesses
§  Coût du stockage
§  Volume de
sur site
livraison important
pour un site (1,5 à §  Nécessité de
personnel qualifié
2 t)
§ 
§  Pureté plus élevée Réglementation
contraignante.
Forces
Opportunités
§  Liquéfacteur en
région NordPas-de-Calais
Menaces
§  Concurrence
possible avec la
production sur
site et la livraison
par trailer et par
canalisation
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Fiche n°6 : Système de stockage gazeux en bouteille (1/3)
Description technologique
Les réservoirs sont classés par type et sont composés de différents
matériaux qui définissent la pression maximale acceptable:
§  Type I : Aluminium (175 bars), Acier (200 bars)
§  Type II : Métal avec des enroulements filamentaires à base de
fibres de verre, aramide ou fibre de carbone (300 bars)
§  Type III : Fibres de carbone avec un liner interne en métal
aluminium ou acier (440 bars)
§  Type IV : Fibres de carbone avec un liner interne en
thermoplastique (> 700 bars).
Constructeurs
Canada/ Allemagne ; Dynetek Industries
Allemagne : WEH GmbH, COMAT
USA : Quantum technologies ; Lincoln Composites, HEI Inc.
France : Ullit, France ; EADS Composite Aquitaine, CEA,
Mahytec
§  Italie : Faber Industries
§ 
§ 
§ 
§ 
Analyse SWOT
Maturité
Technologique:
Commerciale:
TRL: 9 pour les 4 types. Les types I et II sont commercialisés
depuis des décennies et représentent la
plus grande part du marché. Les types III
et IV sont déjà commercialisés pour les
applications liées à la mobilité notamment.
Données techniques
§  Type I et II: Bouteille de volume 20 Litres dites B20, et de
volume 50 Litres dites B50
§  Type III : Cylindre moyen de diamètre 300 mm et longueur 925
mm (Masse moyenne de 40 kg)
§  Type IV : Cylindre moyen de diamètre 300 mm et longueur
900 mm (Masse moyenne de 28 kg).
Forces
§  Technologie
maitrisée pour les 4
types
§  Quantité stockée
ajustable par
incréments
§  Nombreux
fournisseurs
Opportunités
§  Marché de la
mobilité pour les
Type III et IV
Faiblesses
§  Quantité de
stockage limitée au
volume d’un
réservoir
§  Coût de la fibre de
carbone pour le
type III et IV
Menaces
§  Mise au point d’un
nouveau type de
stockage
Données économiques
§  Type II : Un lot de 16 bouteilles B50 à 200 bars: [7000€; 9000€]
§  Type IV : Un réservoir de 4kg à 700 bars: ~ 1400 €
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Fiche n°6 : Système de stockage gazeux en tube trailer (2/3)
Description technologique
Le tube trailer est un réservoir cylindrique à grande capacité,
disposé horizontalement ou verticalement, qui est transporté
principalement transporté par camion.
Les principaux distributeurs de gaz comme Air Liquide, Air
Products, Linde et PraxAir exploitent des tubes trailers qu'ils font
fabriquer.
Analyse SWOT
Maturité
Technologique:
TRL: 9
Constructeurs / Exploitants
Commerciale:
Ce produit est commercial.
Données techniques
Suivant les distributeurs de gaz, la dimension des trailers, leur
contenance en hydrogène et la pression de distribution peuvent être
différentes:
§  Air Liquide : jusqu’à 500 kg; 200 à 500 bars
§  Air Products : jusqu’à 300 kg; jusqu’à 450 bars
§  Linde : jusqu’à 1100 kg à 500 bars
Données économiques
§  10 tubes trailer (au total 368kg à 200 bars): 105 k€
§  224 cylindres (au total 555kg à 200 bars): 255 k€
Forces
Faiblesses
§  Stockage mobile en
grand quantité
§  Logistique de
distribution très
largement
développée.
§  Réglementaire:
pour l’ICPE 1416,
toute la capacité de
stockage présente
sur le site est à
prendre en compte.
Opportunités
§  Déploiement des
applications liées à
la mobilité et au
stockage d’énergie
§  Développement de
nouveaux modes de
transport et de
distribution à plus
haute pression (500
bars)
Menaces
§  Production sur site
§  Livraison par
pipeline
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Fiche n°6 – Exemple de tubes trailers (3/3)
§  Contenance: 1100 kg à 500 bars
§  Volume occupé: ~ 26 m3
Source : Linde
Images: Linde, Air Products, Praxair
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Fiche n°7 : Stockage liquide (1/2)
Description technologique
La liquéfaction permet un stockage de grande capacité dans un
volume restreint. A -252.8°C et à pression atmosphérique (1,013
bar), on peut stocker environ 5 kg d’hydrogène dans un réservoir de
75 litres.
Constructeurs / Exploitants
Linde, Air Products, Air Liquide (Cryolor), Messer, JSC
Cryomash, BOC, Prentex Alloy, Magna Steyr,
Maturité
Technologique:
TRL: 9
Commerciale:
Le stockage liquide est commercial pour le
stockage massif, les applications spatiales et
pour certains marchés industriels: électronique,
verre et métallurgie.
Pour les véhicules, il reste au stade de la
recherche et développement.
Analyse SWOT
Forces
§  Stockage massif
§  Technologie
commerciale
Données techniques
§  Pour le stockage massif : 420 à 7000 kg pour 6 à 100 m3
d’espace.
§  Pour les véhicules (BMW) : 8 kg d’H2 pour un volume de 170 l et
une autonomie de 200 km.
A titre de comparaison, pour une fusée Ariane V, 28 tonnes
d’hydrogène liquéfié sont stockées dans un réservoir pesant luimême 5,5t.
Le stockage liquide nécessite une évaporation (donc perte
d’hydrogène) s’il n’y a pas un soutirage continu.
Données économiques
Opportunités
§  Liquéfacteur présent
en région Nord-Pasde-Calais sur le site
d’Air Liquide de
Waziers
Faiblesses
§  Réglementation très
contraignante sur le dépôt
de gaz inflammable liquéfié
§  Stockage liquéfié
abandonné pour le
stockage embarqué
§  Coût plus élevé que
gazeux dû à la liquéfaction
puis la regazéification
Menaces
§  En compétition avec les
trailers haute capacité,
et les canalisations
§  Compétition avec les
marchés industriels
§  Capacités de
liquéfaction limitées
Peu de données fiables sont accessibles sur le coût d’un
système de stockage pour hydrogène liquéfié.
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Fiche n°7 – Exemple de station à hydrogène liquide et gazeux
à Berlin (2/2)
Description du projet
Application: Station service H2
Localisation: Berlin, Heerstrasse
Acteurs impliqués: Dans le cadre des projets
CHIC et CEP, avec Daimler, EnBW, Linde,
OMV, NOW, Shell, Vattenfall, Total
Etat de la station: Ouverte en 2006, elle a été
délocalisée à un autre croisement en ville.
ILLUSTRATION
Données technico-économiques
Hydrogène liquide:
§  Livraison d’hydrogène liquide
§  Capacité de stockage : 17,6 m3
§  2 pistolets de remplissage
Hydrogène gazeux:
§  Livraison d’hydrogène gazeux à 200 bars
§  Injection possible à 350 et 700 bars
Images: Clean Energy Partnership
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Fiche n°8 : Stockage solide
Description technologique
Constructeurs / Exploitants
L’hydrogène est stocké à faible pression dans un système de
stockage réversible d’hydrogène, composé d’hydrures métalliques
tels que MgH2. Le processus nécessite une gestion thermique pour
stocker et déstocker l’hydrogène. L’adsorption d’hydrogène libère de
la chaleur qui sera utilisée dans la phase de déstockage pour libérer
l’hydrogène.
Maturité
Technologique:
TRL: 9
McPhy Energy (France, Allemagne)
Mahytec (France)
Analyse SWOT
Commerciale:
Des systèmes commerciaux
existent. Le leader dans le
domaine du stockage solide
massif est l’entreprise
française McPhy Energy
Données techniques
§  Densité énergétique de l’hydrure métallique MgH2: 106 kg H2/
m3
§  Température de désorption : 300°C
Données économiques
Un container de stockage d’une capacité de 300 kg d’hydrogène
coûte environ 1 million d’euros (projection).
Forces
§  Technologie à basse
pression (~10 bar
§  Grande pureté de
l’hydrogène
§  Capacité de stocker
des grandes
quantités H2
Opportunités
§  Développement des
énergies
renouvelables et des
besoins de stockage
massif
§  Développement des
stations liées à la
mobilité hydrogène
Faiblesses
§  Hautes
températures
nécessaires au
fonctionnement
( ~300°C)
Menaces
§  Concurrence avec
la livraison par
trailer
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23
Fiche n°9 : Compression mécanique (1/2)
Description technologique
Constructeurs / Exploitants
Les systèmes de compression les plus répandus utilisent la
technologie de compression à piston simple ou à diaphragme. La
compression à diaphragme permet d’augmenter l’étanchéité et
d’obtenir une bonne isolation. Un système de « booster » permet
d’atteindre des pressions très élevées.
Maturité
Technologique:
TRL: 9
Besoins d’améliorer le
rendement de certains
produits
§ 
§ 
§ 
§ 
§ 
Haskel International
PDC Machines
Höfer
Bauer Kompressoren
Air Products, Shell, Total, Air Liquide
Analyse SWOT
Commerciale:
Des systèmes commerciaux
existent et équipent plusieurs
stations-service H2.
Stations de : Fribourg
(Allemagne), Bruxelles/
Colruyt, Brugg (Suisse), Oslo
(Norvège)…
Forces
§  Technologie éprouvée
§  Coût relativement
faible en comparaison
d’autres technologies
Faiblesses
§  Risques de
contamination de
l’hydrogène par les
huiles
Données techniques
§  Débit de compression usuel en station: 100 Nm3/h (en théorie
des systèmes à diaphragme peuvent monter à 2000 Nm3/h),
§  Rendement de compression: 85 à 94%
§  Puissance électrique moyenne des systèmes en station: 270 kW
Données économiques
Un compresseur de 70 Nm3/h coûte entre 280k€ et 300 k€
Opportunités
§  Amélioration des
paliers de
compression: de plus
de grandes
différences de
pression sont
atteignables pour une
même puissance
Menaces
§  Concurrence des
autres types de
compresseurs
(ioniques et
électrochimique
notamment)
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24
Fiche n°9 : Compression ionique (2/2)
Description technologique
Constructeurs / Exploitants
Les pistons métalliques sont remplacés par un liquide ionique à
base de sels organiques qui ne présente pas de pression de vapeur
saturante. L’un des principaux avantages est de ne pas présenter
de risque de contamination des gaz comprimés.
Maturité
Technologique:
TRL: 9
Linde
Plusieurs stations utilisent cette technologie de compresseur:
§  Station Zero Regio de Francfort (1ere station équipée), Total
Berlin Heidestrasse, Aéroport Stuttgart, Emeryville (Californie)
§  Au total, une vingtaine de stations équipées fin 2013.
Analyse SWOT
Commerciale:
Des systèmes commerciaux
existent. Linde est l’inventeur
et le seul fabricant des
compresseurs ioniques.
Plusieurs stations installées
par Linde utilisent ce type de
compresseur.
Données techniques
§  Débit de compression: jusqu’à 900 Nm3/h
§  Puissance électrique moyenne: 50 kW
§  Pression maximale: jusqu’à 900 bars
Données économiques
Le coût estimatif d’un compresseur de 900 Nm3/h est compris
entre 200k€ et 300 k€. Il n’y a pas de vente séparée de
compresseurs par Linde. Les compresseurs sont installés dans le
cadre de solutions globales de stations LINDE.
Forces
Faiblesses
§  Technologie éprouvée §  Peut être victime de
fourni par un
la politique du
opérateur reconnu.
« tout ou rien » en
§  Consommation
matière de station
électrique plus faible
chez Linde
par rapport à un
diaphragme à débit
équivalent
Opportunités
§  Développement de la
mobilité hydrogène et
des stations-service.
Menaces
§  Concurrence avec
les compresseurs à
diaphragmes
traditionnels
§  Développement en
cours de
compresseurs
électrochimiques
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Fiche n°10 : Distribution en station de remplissage (1/3)
Description technologique
Une station de remplissage est un dispositif, public ou privé,
permettant de remplir le réservoir d’hydrogène d’un engin compris
entre le chariot élévateur et le camion. La station peut comprendre:
un système de production sur site, des systèmes de stockage de
différentes capacités et pressions et des pistolets de remplissage.
Maturité
Technologique:
TRL: 9
Constructeurs
Air Liquide, Linde, Air Products, Haskel, Nuvera, WH2
Analyse SWOT
Commerciale:
Au 01/01/2014, il y avait dans le monde
environ 200 stations dont 80 ouvertes au
public:
§  Allemagne : 21
§  Japon : 14
§  UK : 11
§  Californie : 11
Données techniques
§  Tout type d’approvisionnement: production sur site,
approvisionnement liquide et gazeux par camion ou gazeux par
pipeline
§  Distribution : 350 et 700 bars
§  De 5 à 200 véhicules / jours (avec environ 2kg/plein à 350 bars
et 5kg/plein à 700 bars)
Données économiques
§  Station à 350 bars pour 10 à 40 kg/j : [150k€; 450k€]
§  Station à 700 bars pour plus de 500kg / jr: [2M€; 4M€]
Forces
§  Techniquement
intégrable à tout type
de station existante
§  Les gaziers
fournissent des
systèmes clé en main
Opportunités
§  H2 Mobilité France,
H2 Mobility, United
Kingdom H2 Mobilité,
H2 USA…
Faiblesses
§  Règlementation
Française lacunaire
§  Infrastructures
quasi-inexistante
en France
Menaces
§  Nombre de
véhicules en
service insuffisant
§  H2 délivré entre 9 et 10 € / kg sur les premières stations
publiques en Allemagne. Le prix des stations dépend du lieu,
de la taille, de la quantité distribuée et de la pression de sortie
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Fiche n°10 : Distribution en station de remplissage (2/3)
Description du projet
Application: Electromobilité
Localisation: Holzmarktstrasse,
Berlin, Allemagne
Carburants
pétroliers et gaziers
Acteurs impliqués: Total GmbH,
CEP
Données technico-économiques
Hydrogène
§  Empreinte au sol:
§  Station complète : 94 m * 60 m
(~ 5700m2)
§  Partie carburants pétroliers et
gaziers : 40 m * 40 m
§  Partie hydrogène : 40 m * 30 m
20 m
Source : https://www.google.fr/maps/place/Holzmarktstra%C3%9Fe,+Berlin,+Allemagne/@52.5112217,13.4290981,157m/data=!3m1!1e3!4m2!3m1!
1s0x47a84e3bed3467c5:0xb41b9600ea93b6d0?hl=fr
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Fiche n°10 – Exemple du projet H2 Mobility Germany (3/3)
Description du projet
Application: Electromobilité
Localisation: Allemagne
Acteurs impliqués: Daimler, EnBW, Linde,
OMV, NOW, Shell, Vattenfall, Air Liquide,
Nissan, Hyundai, VW, BMW, Toyota
Données technico-économiques
ILLUSTRATION
§  50 stations d’ici 2015 : 50 millions d’euros
(financé par le Clean Energy Parternship)
§  350 stations d’ici 2023 : 350 millions d’euros
(financé par le conglomérat H2 Mobility
Germany)
Information supplémentaire sur le
programme français: H2 Mobilité France
§  600 stations et 800 000 véhicules d’ici
2030
§  Réponse à l’appel à projet « mobilité » du
FCH – JU
Images: Clean Energy Partnership
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Fiche n°11 : Valorisation hydrogène dans les véhicules à
motorisation électrique à pile à combustible (1/5)
Description technologique
Constructeurs
La valorisation de l’hydrogène dans la mobilité est sans doute celle
à plus forte valeur ajoutée : l’hydrogène est utilisé comme carburant
dans des véhicules à pile à combustible (voiture pour particulier,
véhicule commercial, bus, camion)
La pile à combustible peut être utilisée en alimentation principale, ou
en prolongateur d’autonomie.
Maturité
Technologique:
TRL: 9
Travaux en cours:
§  Augmentation de la
durée de vie des piles à
combustible
§  Voitures : Daimler, GM / Opel, Hyundai, Honda,
SymbioFCell, Toyota
§  Bus : Evobus (Daimler), VanHool, Wrightbus
§  Camions : Vision Motor Corps
Analyse SWOT
Commerciale:
Il y a en circulation dans le monde:
§  Voitures : environ 500
§  Bus : environ 150
§  Camions : environ 10 (100 en
2016)
Données techniques
§  Véhicule particulier de type SUV avec motorisation complète à
pile à combustible: Hyundai ix35 - 100 kW, 594 km, 5,6 kg à 700
bars
§  Véhicule utilitaire avec prolongateur d’autonomie: HyKangoo
SymbioFCell - 5 kW, 320 km, 1,7 kg à 350 bars
§  Bus avec motorisation complète à pile à combustible: Daimler
Citaro Fuel Cell - 120 kW, 12 kg H2 / 100 km, 35 kg à 350 bars
§  Camion de transport de marchandise: Vision Motor Corps Moteur 540 ch, PàC 30 kW, 350 km
Données économiques
§  Véhicule particulier de type SUV: Hyundai ix35 FCEV : objectif
50 k€, actuellement 180 k€
§  Véhicule utilitaire: HyKangoo : [30k€; 51 k€]
§  Bus : Daimler Citaro : 800 k€
§  Camion : Vision Motor Corps : 214 k€
Forces
§  Implication des
constructeurs
§  Homologable en
Europe
§  Emission GES et
autres polluants: 0
§  Rendement moteur
électrique supérieur
au moteur thermique
Opportunités
Faiblesses
§  Manque
d’infrastructure de
remplissage
§  Surcout à
l’acquisition du
véhicule
Menaces
§  Développement de la §  Rupture
technologique plus
mobilité électrique et
forte que le
de modes de transport
véhicule à batterie
propres
§ 
Acceptation par les
§  Réduction de
clients
l’empreinte carbone
dans les transports
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Fiche n°11 – Exemple de véhicules issus du Clean Energy
Partnership en Allemagne (2/5)
Description du projet
Application: Déploiement d’une infrastructure de
recharge en hydrogène et test de véhicules
Localisation: Allemagne : Berlin, Hambourg,
Cologne, Düsseldorf, Munich, Stuttgart, Frankfurt/
Main, Freiburg/Breisgau
Acteurs impliqués: Daimler, Nissan, Hyundai, VW,
BMW, Toyota (pour la partie véhicule)
Données technico-économiques
VW HyMotion (en haut, à gauche)
Pile à combustible : 100 kW (136 hp)
Hydrogène : 3,2 kg à 700 bars
Statut : 2 véhicules roulent dans le cadre du C.E.P. à Berlin.
Opel HydroGen4 (en haut, à droite)
Pile à combustible : 73 kW
Hydrogène : ~ 4,2 kg à 700 bars
Statut : 20 véhicules ont roulé (CEP), il est reste 4 en
circulation.
Mercedes Class B F-Cell (en haut, à droite)
Pile à combustible : 100 kW (136 hp)
Hydrogène : 4 kg à 700 bars
Batterie : Li-ion 1,4 kWh
Statut : 90 véhicules roulent dans le cadre du C.E.P.
Bus Daimler Citaro: 120 kW,
Hydrogène 12 kg H2 / 100 km, 35 kg à 350 bars
Images: Alphea
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Fiche n°11 : Valorisation hydrogène dans les véhicules à
motorisation thermique: véhicules GNV et véhicules à
Hythane © (3/5)
Description technologique
Les véhicules à GNV ou Hythane© sont des véhicules à
motorisation thermique. Par modification de leur système d’injection
et calculateur, tout véhicule GNV peut être alimenté par de
l’Hythane © (mélange gaz naturel et hydrogène (< 20 % vol.)). Les
groupes Fiat, VW et Daimler commercialisent des véhicules GNV de
différentes catégories: voiture, bus et camion. La technologie
thermique hydrogène a été délaissée par les constructeurs
mondiaux.
Constructeurs (*)
§ 
§ 
§ 
§ 
Voiture : Fiat, Opel, Seat, Skoda, VW, Audi, Mercedes
Utilitaire : IVECO, Opel, VW
Bus : IVECO, MAN, VanHool, Mercedes-Benz
Camion : IVECO, Scania, Mercedes-Benz
(*) ne concerne que le GNV
Analyse SWOT (*)
Maturité
Technologique:
TRL: 9
Commerciale:
20 millions de véhicules GNV dans le monde
ce qui représente 2% du marché mondial:
§  66 % en Asie, Australie, Nouvelle Zélande
§  7% en Europe tirée principalement par
l’Allemagne et l’Italie
Données techniques
Voiture : à partir de 50 kW, moteur bi-carburant essence et gaz
avec réservoir de 8 à 18 kg de GNV et consommation de 3 à 5 kg /
100 km
Bus : 250 kW, moteur uniquement gaz avec réservoir de 200 kg de
GNV pour une autonomie de 500 km
Camion : 250 kW, moteur uniquement gaz avec réservoir de 200
kg de GNV pour une autonomie de 500 km
Données économiques
Voitures GNV : Fiat Panda – 16k€ et Audi A3 – 26k€
Bus GNV : surcout de 18 % à l’achat par rapport à un véhicule
diesel
Forces
§  Implication des
groupes automobiles
§  Représente 2 % du
marché mondiale
§  Flottes de bus en
France;
Opportunités
§  Possibilité de
passage à
l’Hythane©
§  Peut rouler au
biométhane
Faiblesses
§  40 Stations
publiques en
France ;
§  Surcout à l’achat ;
§  Prix du gaz indexé
sur celui du pétrole.
§  Emissions de GES
et autres polluants
Menaces
Concurrence des
autres carburants :
§  Diesel Euro VI
§  GNL
§  GPL
(*) ne concerne que le GNV
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Fiche n°11 – Exemple de la flotte captive de GNV du Sydeme à
Morsbach (4/5)
Description du projet
Application: Economie circulaire
Localisation: Morsbach
Acteurs impliqués: GNVert, IVECO, SYDEME,
CAFPF, Forbus
Données technico-économiques
§  3 flottes captives se rechargent à la
station :
§  Sydème : 34 véhicules dont 24
camions
§  Forbus : 10 Bus, 2 voitures
§  Communauté d’Agglomération de
Forbach : 2 voitures
§  Prix du gaz : entre 1,3 et 1,5 € / kg
Images: Alphea
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Fiche n°11 – Exemple des bus Hythane du projet Althytude de
Dunkerque (4/5)
Description du projet
Application: Bus et une station Hythane
Localisation: Dunkerque
Acteurs impliqués: ADEME, CUD, Région
NPDC, GDF SUEZ, Véolia, GNVert, Irisbus,
DK’bus, Centrale Marseille, Ineris,
Hydrogenics, H2 Développement
Statut: Projet 2005 - 2009
Données technico-économiques
§  2 bus de ville avec une station Hythane
§  Station alimentée en hydrogène par
électrolyse: 120 m3/jr
§  Budget total: 4,4 millions d’euros dont 1,2
millions (ADEME)
Images: Althytude project
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33
Annexes
§  Pour aller plus loin, quelques références
§  Explication de la notation TRL
§  Convertisseur d’unités
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Pour aller plus loin, quelques références
Titre
Autheur. Date de parution.
A portfolio of power-trains for Europe: a fact-based
analysis. The role of Battery Electric Vehicles, Plug-in
Hybrids and Fuel Cell Electric Vehicles.
European Fuel Cells and Hydrogen Joint
Undertaking. 2009.
Energy Infrastructure 21 Role of Hydrogen in
Addressing the Challenges in the new Global Energy
System.
EHA, DWV. 2009.
Nationaler Entwicklungsplan V3
NIP. October 2011.
UKH2 Mobility Phase 1 Results.
UKH2 Mobility. Avril 2013.
Refueling hydrogen fuel cell vehicles with 68 proposed
refueling stations in California: Measuring deviations
from daily travel patterns
Jee Eun Kang et coll. IJHE 39 (2014)
3444-3449. Février 2014.
JEC Well-To-Wheels Analysis.
Joint Research Centre – Institute for
Energy and Transport. Avril 2014.
Proposition d’un plan de déploiement national des
véhicules hydrogène.
Mobilité Hydrogène France. Oct. 2014
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Le TRL est composée de 9 niveaux, permettant d’évaluer la
maturité technologique, de la recherche fondamentale à
l’industrialisation
Technology Readiness Level (TRL)
Test système, lancement et
réindustrialisation
Développement
système/sous-système
Démonstration
de la technologie
Développement
de la technologie
Recherche et
démonstration faisabilité
Recherche technologique
fondamentale
TRL 9
Système réel achevé et qualifié par des missions
opérationnelles réussies
TRL 8
Système réel achevé et qualifié par des tests et des
démonstrations
TRL 7
Démonstration d’un prototype du système dans un
environnement opérationnel
TRL 6
Démonstration d’un prototype ou modèle de système/soussystème dans environnement représentatif
TRL 5
Validation de composants et/ou de maquettes en
environnement représentatif
TRL 4
Validation de composants et/ou de maquettes en laboratoire
TRL 3
Preuve analytique ou expérimentale des principales fonctions
et/ou caractéristiques du concept
TRL 2
Concept technologique et/ou applications formulés
TRL 1
Principes de base observés ou décrits
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Grandeurs physiques et valeurs clés
Grandeurs physiques – les plus importantes
En phase gazeuse,
à 0°C dans un volume d’un m3:
Pression (bars)
Masse (kg)
Patm (1,013)
0,0899
200
14
700
36
Pouvoir calorifique
inférieur (PCI)
33,33 kWh/kg
supérieur (PCS) 39,41 kWh/kg
Notions et valeurs à retenir:
§  1 kg H2 ó 11,15 Nm3 ó 33,3 kWh (PCI).
§  1 Nm3 de gaz représente 1 m3 de gaz mesuré à 0°C et à pression atmosphérique.
§  Un véhicule à pile à combustible parcourt 100 km avec un kilogramme d’hydrogène.
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