Les techniques d' absorption (rétention dans des composés chimiques) ou d' adsorption (fixation sur une molécule support) ne sont pas encore au point, malgré des progrès, et coûtent encore cher. Le transport du dihydrogène, pour ces mêmes raisons, est deux fois plus coûteux que celui du gaz naturel, si bien que 80% du prix à la pompe est dû au stockage, au transport et à la distribution [17]. Du fait de ces difficultés et risques, les stations d'avitaillement sont plus onéreuses à construire que leurs équivalents à hydrocarbures ou électriques [12], [20]. Souvent improprement nommé « moteur à eau », le moteur à hydrogène est généralement présenté comme moins émetteur de gaz à effet de serre qu'un moteur à hydrocarbures, puisqu'il ne dégage que de la vapeur d'eau. Pourtant, un moteur à hydrogène n'est moins polluant in fine qu'à la condition que le processus de production d'hydrogène, son acheminement et le fonctionnement du moteur lui-même dégagent moins de CO 2 que les filières classiques à essence.
Certains gaz à l'eau, à destination de l'éclairage, contiendront jusqu'à 94% de dihydrogène (voir Usine à gaz de Narbonne). À partir de 1804, François Isaac de Rivaz construit les premiers moteurs à gaz utilisant du gaz de houille. Il s'inspire du fonctionnement du Pistolet de Volta pour construire le premier moteur à combustion interne dont il obtient le brevet le 30 janvier 1807. En 1859, Étienne Lenoir dépose un « brevet d'un moteur à gaz et à air dilaté », un moteur à combustion interne à deux temps qui utilise le gaz de houille. Le gaz d'éclairage est encore utilisé dans le moteur à gaz par Nikolaus Otto en 1867. Les grands constructeurs automobiles, Deutz AG, Daimler AG, Mercedes-Benz et BMW, sont redevables aux innovations du moteur à gaz apportées par celui-ci et à la création de la Gasmotoren-Fabrik Deutz AG, fondée par Otto en 1872. En 1970, Paul Dieges brevette une modification des moteurs à combustion interne qui autorise la consommation d'hydrogène [2]. Le brevet indique clairement que le but de l'invention est de fournir un combustible non-polluant à l'inverse des hydrocarbures.
Si l'on recourt au vaporeformage du méthane, procédé largement majoritaire, les moteurs à hydrogène se révèlent moins écologiques que ceux au Diesel, le procédé libérant quantité de dioxyde de carbone, un important gaz à effet de serre [17]. Le procédé d' électrolyse de l'eau, en revanche, présente un bilan carbone plus vertueux, mais requiert d'importantes quantités d'électricité et souffre encore d'un faible rendement (40% [16]), qui rend la voiture électrique plus rentable [17]. D'un point de vue sécuritaire, le dihydrogène est inflammable et explosif tout comme l'essence lorsqu'il est au contact d'oxygène. Ce risque est accru par les difficultés de stockage et par le caractère fuyant de la molécule, qui s'échappe à travers les joints et les matériaux [18]. Le stockage du dihydrogène au sein des véhicules pose également problème. Sous forme de gaz peu comprimé, il prendrait beaucoup trop de place pour être embarqué; sous forme de gaz très comprimé, le risque d' auto-allumage augmente fortement, ce qui rend la maîtrise de la combustion délicate [19].
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