Voiture à Azote liquide
- Réservoir Azote liquide : 2 fois 300 litres - 100 kWH
- Batterie au lithium intermédiaire 10 kWH
- Puissance du générateur d'azote électrique à azote liquide : 20 kW
- Moteur électrique 130 kW avec boite de vitesse à 2 rapports
- Autonomie 600 kms
Avantage de la voiture à Azote liquide.
Par rapport a l'hydrogène
- La pile à azote liquide ne nécessite pas de métaux précieux comme le platine.
- La distribution de l'azote liquide à la pompe, le stockage de grande quantités d'énergie avec l'azote liquide est beaucoup plus sécuritaire.
- Le rendement global de conversion est plus élevé 60% pour l'azote liquide contre 40% pour l'hydrogène. Pour l'hydrogène il ya des pertes au moment de l'électrolyse qui nécessite de la vapeur d'eau , la compression a 700 bars réclame de l'énergie qui n'est pas réutilisé par la pile à combustible, le rendement de la pile à combustible ne dépasse pas 60%
- Les réservoirs d'azote liquide pour le stockage intermédiaire sont 5 fois moins couteux que pour l'hydrogène. Il est donc possible de produire l'azote liquide au moment ou l'énergie est peu cher et de stocker de grande quantité d'énergie pour l'inter saison.
- La distribution de l'hydrogène reste couteuse : 10 €/kg , (1 kg d'hydrogène produit 16 kWH avec la pile à combustible et permet de faire 100 km), comparativement 10 € d'essence a 2€ le litres produisent . L'azote liquide pourrait couter 2 fois moins cher.( le rendement de conversion est meilleur, le stockage , la distribution coutent moins cher)
Inconvénient par rapport a l'hydrogène
- A volume égale l'énergie dans un réservoir d'hydrogène a 700 bars est deux fois et demie plus importante que pour l'azote liquide
Par rapport à la batterie lithium
- La quantité d'énergie volumique est la même pour l'azote liquide que pour la batterie au lithium
- Le réservoir d'azote liquide revient 50 fois moins cher et dur indéfiniment, contre 5 à 10 ans pour la batterie lithium avec un nombre de cycle limités
- Le plein du réservoir se fait en quelques minutes avec de l'énergie préalablement stocké (plusieurs semaine ou plusieurs mois) avec la batterie au lithium il faut produire l'énergie au moment de charger la batterie ce qui demande une puissance énorme ainsi qu'un nombre conséquent de borne de recharge si tout le monde souhaite recharger son véhicule en même temps (départ en vacance)
Pile azote liquide de 10 kW et 250 kW pour le stockage d'énergie.
La pile stock l'énergie solaire photovoltaïque des centrales au sol ou pour le résidentiel. Cette batterie peut être utilisée comme prolongateur d’autonomie des véhicules électrique, les autocars, les camions.
La pile produit de l’azote liquide qui est stocké dans un réservoir cryogénique (-195°c).Elle restitue de l'énergie électrique selon les besoin.
La pile comporte un compresseur, un échangeur, un détendeur. Le compresseur comprime l’azote. L'azote est refroidi dans l’échangeur puis détendu dans le détendeur où il se liquéfie.
La densité énergétique de l’azote liquide avec la pile est semblable a une batterie au lithium environ 200 WH par kilo ou 160 Wh par litre d’azote liquide.
La pression dans le réservoir est la pression atmosphérique et la température de l'azote liquide est de -195°C. Le réservoir thermo comporte deux peaux avec un vide d'air entre les deux peaux pour une bonne conservation de l'azote liquide (plusieurs mois).
La vaporisation de l’azote liquide à haute pression entraine le compresseur de la pile et produit de l’énergie électrique via la génératrice. Le compresseur est alimenté en eau par des buse, l’eau est récupérée à la sortie du compresseur pour être réchauffé dans un radiateur a eau et l’air ambiant.
Les avantages de la pile azote liquide
- Le réservoir a azote liquide contrairement à une batterie ne coute pratiquement rien, on peut donc le construire suffisamment volumineux pour stocker beaucoup d’énergie sur une longue période. Produire l’azote liquide en été pour le consommer en hiver par exemple.
- Le cout de la pile de 10 kW est d’environ 50000 € celui de la pile de 250 kW 250000 € pour une production unitaire ou petite série. Ce qui la rend compétitive pour produire de l’azote liquide où c’est principalement le coût de l’énergie associé au rendement qui rentre en jeux
- Le rendement de production d’azote liquide escompté de la pile est très bon, pour les raisons suivantes
- Le compresseur et détendeur est monté sur roulement il y a peu de frottement.
- La chaleur provoquée par la compression est évacuée au fur et a mesuré par la diffusion d’eau froide dans le cylindre, l’effort de compression est faible
- Le cycle thermodynamique est optimisé avec 240 Wh /kg théorique.
- Le cout de production de l’azote liquide est faible, avec un rendement de 80% et un kWh a 5 centimes d’€, le cout énergétique est de 1 centimes € par kg.
- La pile avec 15 kg d’azote liquide fourni l’équivalant de 1 litre d’essence dans un moteur thermique. Ce qui amène le cout de l’essence équivalant à 15 centimes le litre au niveau énergie.