Les vélos électriques doivent toujours être rechargés sur le secteur. Si la pâte électrique devait se développer, l’électricité serait transportée dans le panier du vélo, sous forme de cartouche. Tages-Anzeiger/Urs Jaudas

Votre vélo électrique fonctionnera-t-il bientôt à l’hydrogène?

Fährt dein E-Bike bald mit Wasserstoff?

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Une pâte électrique pourrait amorcer une révolution dans la production d’électricité à partir d’hydrogène. Cette invention ingénieuse, que l’on doit à l’Institut Fraunhofer, rend les stations-service superflues et ne pollue pas l’environnement.

Cela ressemblerait presque à une technologie aperçue dans un film de science-fiction, comme «Star Trek»: on prend une cartouche, on l’insère dans un réceptacle prévu à cet effet, on la tourne rapidement, puis, soudain, la lumière s’allume; le vaisseau spatial, pourvu d’un moteur à distorsion, s’anime alors. Cette cartouche remplie d’énergie qui semble venir d’un lointain futur appartient toutefois au présent.

Il s’agit de la Powerpaste, qui a été mise au point au Centre pour la technologie de l’hydrogène de l’Institut allemand Fraunhofer (on doit à un autre département de cette institution l’élaboration de la norme audio MP3). Powerpaste résonne comme une belle promesse aux oreilles de ceux qui estiment que la production d’énergie dans le futur passera par l’hydrogène, et non par les batteries.

Un principe ingénieux

Cette pâte résout plusieurs problèmes d’un seul coup: elle ne nécessite pas la présence d’un réseau de stations-service à hydrogène; la cartouche qui la contient prend peu de place et peut être transportée n’importe où, y compris dans les zones les plus reculées; il n’est pas nécessaire de prendre des précautions de sécurité spécifiques pour se ravitailler en hydrogène, élément généralement hautement explosif; des batteries ne doivent pas être éliminées, la seule substance émise étant l’hydroxyde de magnésium, non toxique et également utilisé dans l’industrie alimentaire; enfin, l’eau, indépendamment de sa dureté (même celle de mer est supposée fonctionner), est utilisée comme matériau de réaction.

Le principe est ingénieux: la cartouche contenant la pâte est mise à l’intérieur d’un générateur d’hydrogène. La quantité exacte d’eau est alors prélevée dans un réservoir et ajoutée afin d’obtenir la puissance requise. La pâte interagit avec le liquide et produit de l’hydrogène. Celui-ci est immédiatement placé dans une pile à combustible PEM (pile à membrane électrolyte polymère), qui transforme l’hydrogène en électricité.

Voici comment obtenir de l’énergie: lorsque la pâte entre en contact avec l’hydrure de magnésium de l’eau, de l’hydrogène est produit, puis converti en électricité à l’intérieur d’une pile à combustible. Institut Fraunhofer IFAM

Faibles coûts de production

Avec dix kilos de pâte, on obtient un kilo d’hydrogène, soit une production d’électricité de 1,6 kWh. Selon le livre blanc publié par l’Institut Fraunhofer, cette technologie peut être utilisée pour alimenter des appareils nécessitant de 100 watts à 10 kW d’électricité. La pâte énergétique a une capacité dix fois plus élevée que celle des batteries lithium-ion et une densité énergétique supérieure à celle de l’essence. Un conducteur aurait ainsi au moins la même autonomie avec cette pâte qu’avec la même quantité d’essence.

De plus, la Powerpaste ne peut pas se décharger toute seule. Quant aux températures basses ou élevées, elles n’endommagent pas cette pâte; ce n’est qu’à plus de 250 degrés Celsius qu’elle se décompose! En outre, aucun bruit n’est généré lors de la conversion en électricité. Enfin, il semble qu’elle soit peu onéreuse: un kilo de pâte coûterait deux euros.

Powerpaste n’est toutefois pas encore disponible sur le marché. Il est prévu qu’une usine pilote ouvre au sein de l’institut à la fin 2021. Elle devrait produire quatre tonnes de pâte par an. Si son utilisation comme carburant pour voitures ressemble encore à une lointaine musique d’avenir, l’Institut Fraunhofer mentionne d’autres domaines d’application: source d’énergie pour le camping, pour les générateurs de secours, sur les chantiers de construction, pour les systèmes de surveillance, pour les drones, pour les vélos électriques et tous les autres véhicules électriques légers. Seuls les vaisseaux spatiaux ne sont pas mentionnés dans son livre blanc!

Dispositif expérimental montrant un générateur d’électricité dans lequel se trouve une cartouche Powerpaste et une pile à combustible de 100 watts. Institut Fraunhofer IFAM

Es klingt wie eine Sci-Fi-Technologie aus «Star Trek»: Man nehme eine Patrone, schiebe sie in eine dafür vorgesehene Aufnahme, eine kurze Drehung der Kartusche – und plötzlich geht das Licht an; das Raumschiff inklusive Warp-Drive erwacht zum Leben. Was klingt, wie etwas aus einer fernen Zukunft, steht tatsächlich vor der Tür. Nicht der Warp-Drive, sondern die Kartusche, gefüllt mit einer Menge Energie.

Das Ganze nennt sich Powerpaste und wurde am Zentrum für Wasserstofftechnologie des deutschen Fraunhofer-Instituts IFAM entwickelt. Aus einer anderen Abteilung des Instituts stammt übrigens der MP3-Audio-Standard. Die Powerpaste ist Musik in den Ohren jener, die die Zukunft der Energiegewinnung nicht in Batterien, sondern im Wasserstoff sehen.

Geniales Prinzip

Die Paste löst nämlich mehrere Probleme gleichzeitig: Dank ihr braucht es kein Netzwerk von Wasserstoff-Tankstellen. Die Kartusche nimmt wenig Platz ein und kann überallhin transportiert werden, selbst in abgelegene Gegenden. Hohe Sicherheitsvorkehrungen, um den hochexplosiven Wasserstoff zu tanken, sind auch nicht notwendig. Batterien müssen ebenfalls nicht entsorgt werden: Als Nebenprodukt entsteht lediglich ungiftiges Magnesiumhydroxid, das auch in der Nahrungsmittelindustrie verwendet wird. Und als Reaktionsstoff dient Wasser jeden Härtegrades – auch Meerwasser soll funktionieren.

Das Prinzip ist genial: Die Kartusche mit der Paste wird in einen Wasserstoffgenerator geschoben. Aus einem Wassertank kommt exakt die Menge Wasser hinzu, die es für den Strombedarf benötigt. Die Paste reagiert mit dem Wasser, daraus entsteht Wasserstoff. Dieser wird sofort in eine sogenannte PEM-Brennstoffzelle (Polymer-Elektrolyt-Zelle) geleitet, die den Wasserstoff in Strom umwandelt.

Hier steckt Energie drin: Kommt die Paste mit Magnesiumhydrid-Wasser in Kontakt, entsteht Wasserstoff, der in einer Brennzelle zu Strom umgewandelt wird. Fraunhofer-Institut IFAM

Tiefe Produktionskosten

Aus einem Kilogramm Wasserstoff können 1,6 kWh Strom gewonnen werden, dafür benötigt es zehn Kilogramm Paste. Laut einem White Paper des Fraunhofer-Instituts können mit der Technologie Geräte mit einem Strombedarf von 100 Watt bis 10kW betrieben werden. Die Powerpaste hat die zehnfache Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien und eine höhere Energiedichte als Benzin. Ein Fahrer würde mit der Paste mindestens die gleiche Reichweite schaffen wie mit der gleichen Menge Benzin.

Ausserdem kann sich die Paste nicht selbst entladen. Tiefe oder hohe Temperaturen können ihr nichts anhaben, erst bei über 250 Grad Celsius würde sie sich zersetzen. Bei der Umwandlung zu Strom entsteht kein Lärm. Ausserdem soll sie günstig sein: Ein Kilogramm Paste soll auf geschätzt zwei Euro zu stehen kommen.

Noch ist die Paste nicht marktreif. Am Institut wird Ende 2021 eine Pilotanlage eröffnet, die jährlich vier Tonnen Paste produziert. Auch ist die Paste für Autos noch Zukunftsmusik. Dafür nennt das Fraunhofer-Institut andere Anwendungsbereiche: als Stromlieferant beim Camping, für Notstromaggregate, auf Baustellen, für Überwachungsanlagen, in Drohnen, in E-Bikes und anderen leichten elektrischen Vehikeln. Nur von Raumschiffen ist im White Paper nicht die Rede.

Versuchsanordnung eines Stromgenerators mit eingelegter Powerpaste-Kartusche und 100-Watt-Brennstoffzelle. Fraunhofer-Institut FIAM.
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Première publication: 
4.5.2021
  | Dernière mise à jour: 
25.6.2021



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