Partie 4 · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole remplacement - EE 2022

Partie 4: comment stocker l'hydrogène sur le bateau ?

L'hydrogène est stocké dans des réservoirs sous haute pression (35 MPa ou 350 bars).

DT7: le stockage haute pression de l'hydrogène

L'hydrogène est le gaz le plus léger de tout l'univers: un litre de ce gaz ne pèse que 90 mg à pression atmosphérique, il est donc environ 11 fois plus léger que l'air que nous respirons.

Il faut un volume d'environ 11 m³, c'est-à-dire le volume du coffre d'un grand utilitaire, pour seulement stocker 1 kg d'hydrogène. Il est donc indispensable d'augmenter sa densité ou masse volumique.

La méthode la plus simple permettant de diminuer le volume d'un gaz, à température constante, est d'augmenter sa pression.

Ainsi à 20 MPa on obtient une densité de 14 kg·m⁻³ et à 70 MPa une densité de 42 kg·m⁻³ contre 0,090 kg·m⁻³ à pression et température normales.

À 70 MPa on peut alors stocker 5 kg d'hydrogène dans un réservoir de 125 litres.

Question 4.1

Indiquer la raison pratique qui justifie le stockage sous haute pression.

DT6: chaîne d'énergie de la production d'hydrogène

DT8: choix du détendeur — TESCOM Série 26-1500

Spécifications techniques:

Pression d'entrée maxi: Inox: 415 bar; Laiton, aluminium: 345 bar

Plages de réglage: 0-3,5 / 0-10 / 0-17 bar

Pression d'épreuve: 150 % de la pression d'entrée maxi

Niveau d'étanchéité: Sans bulle

Plage de température: -55 °C à +74 °C

Corps: Inox 316, laiton, aluminium

Question 4.2

Justifier le choix qui a été fait pour le détendeur (module inox) sachant que la pression d'utilisation est de 2 bars.

Afin de choisir un réservoir pour stocker cette quantité d'hydrogène trois simulations ont été réalisées. Une simulation avec un réservoir en acier allié de 6 mm d'épaisseur, une autre avec de l'acier allié de 11 mm et une dernière avec un composite époxy / fibre de carbone de 8 mm. Les résultats de ces simulations sont donnés ci-dessous (DT9).

DT9: résultats des simulations éléments finis

Masse volumique acier: 7 800 kg·m⁻³

Masse volumique composite époxy / fibre de carbone: 1 600 kg·m⁻³

Question 4.3

Parmi les trois réservoirs, indiquer en justifiant ceux qui peuvent convenir.

Parmi les réservoirs qui conviennent, le réservoir le plus léger est retenu. Ces réservoirs ont un volume extérieur identique.

Question 4.4

Choisir en justifiant le réservoir le mieux adapté.