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La technologie des piles à hydrogène est-elle vraiment viable ?

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Les camions à pile à combustible Kenworth T680 FCEV ont été utilisés par le port de Los Angeles et gagnent en popularité auprès des parcs de véhicules en Amérique du Nord. Photo PACCAR

Le webinaire sur la technologie des parcs durables examine les options disponibles.

Depuis plusieurs années, les véhicules électriques à batterie (VEB) font l’objet d’une grande attention dans le domaine de la gestion de parc. Pourtant, le sujet génère souvent plus de questions que de réponses.

S’il est indéniable que les VEB ont leur place dans certaines applications, telles que la livraison du dernier kilomètre et d’autres opérations sur courtes distances nécessitant des démarrages et des arrêts fréquents, ils ne conviennent pas à toutes les applications du parc.

Parmi les sources de carburant alternatives, l’hydrogène est depuis longtemps considéré comme une option viable. Il est extrêmement abondant et possède le contenu énergétique le plus élevé en poids de tous les combustibles chimiques. De plus, lorsqu’il est associé à des piles à combustible, il n’émet aucune émission, seulement de l’eau ionisée.

Autres avantages

Parmi les autres avantages, citons des temps de ravitaillement beaucoup plus courts que pour les véhicules électriques, l’absence de dépendance à l’égard des connexions au réseau d’énergie et un fonctionnement silencieux (il n’y a pas de pièces mobiles dans une pile à combustible à hydrogène). De plus, étant donné que la technologie des piles à combustible a considérablement progressé au cours des 15 dernières années et que l’hydrogène vert (créé à partir d’énergies renouvelables et d’eau par électrolyse) devient enfin réellement compétitif en termes de coûts, les avantages sont nombreux.

Il reste cependant des défis à relever, notamment en ce qui concerne l’infrastructure, qui reste un obstacle important à toute forme d’adoption à grande échelle.

Pour aider à comprendre les options qui s’offrent aux parcs en matière d’hydrogène, NAFA, en collaboration avec NC State University, a organisé un webinaire intitulé Hydrogen Applications for Transportation (Applications de l’hydrogène pour les transports), dans le cadre de la série de webinaires Sustainable Fleet Technology (Technologie des parcs durables).

Animé par Rick Sapienza, directeur des partenariats industriels au NC Clean Energy Technology Centre de NC State, le webinaire a réuni un certain nombre d’intervenants et de spécialistes, dont Ophir Samson, directeur du développement commercial des piles à combustible HYDROTEC chez General Motors ; Robert Mount, fondateur et président-directeur général de Renewable Innovations ; Mark Finnicum, directeur des opérations à la Stark Area Regional Transit Authority (SARTA), ainsi que Christopher Cannon, directeur de la gestion environnementale et directeur de la durabilité au port de Los Angeles.

Facteurs importants

Ophir Samson a expliqué que trois facteurs importants, à savoir les objectifs mondiaux de réduction nette des émissions de gaz à effet de serre, les progrès technologiques et la baisse des coûts, ainsi que le soutien croissant des pouvoirs publics, suscitent l’intérêt pour l’utilisation de l’hydrogène en tant que source de carburant durable.

M. Samson a fait remarquer qu’en raison de sa densité énergétique très élevée par rapport au poids, l’hydrogène est un très bon choix pour les applications où les contraintes de poids sont une préoccupation majeure, comme les transports. En ce qui concerne les systèmes de propulsion électrique à batterie par rapport aux systèmes de propulsion à hydrogène, l’un des principaux inconvénients des premiers est la taille et le poids des batteries nécessaires pour déplacer des charges plus lourdes.

Avec l’hydrogène, il n’y a aucun de ces facteurs de poids, ce qui signifie que pour les véhicules lourds, tels que les semi-remorques de classe 8, l’hydrogène est beaucoup plus viable que l’alimentation électrique par batterie. La durée de chargement est également un facteur clé. M. Samson a expliqué qu’il fallait entre 5 et 20 minutes pour remplir un camion commercial d’hydrogène, contre un minimum de 45 minutes pour recharger la batterie d’un véhicule VEB comparable. Contrairement aux batteries, les performances ne sont pas affectées par les variations de température, ce qui signifie que dans les climats froids comme le Canada, il n’y aura pas de réduction de l’autonomie ou des performances pendant les conditions de conduite hivernales, ce qui constitue un avantage pour les parcs commerciaux.

Néanmoins, il y a des défis à relever. M. Samson a souligné que malgré sa densité énergétique élevée en poids, l’hydrogène a une faible densité en volume, ce qui signifie que son stockage et son transport constituent un défi. L’hydrogène nécessite des volumes de stockage beaucoup plus importants que le diesel et, sous forme liquide, il doit être conservé à – 253 °F (-158 °C). L’hydrogène vert est également beaucoup plus cher que le diesel et, par rapport à un véhicule électrique à batterie, l’efficacité roue par roue est plus faible. En outre, l’adoption de l’hydrogène pour une utilisation généralisée des véhicules se heurte encore à d’importants problèmes d’infrastructure, bien que certaines juridictions (notamment la Californie) aient régulièrement développé leurs installations de ravitaillement et de stockage de l’hydrogène.

Développements FEO

En ce qui concerne les constructeurs automobiles, notamment General Motors[as Samson referenced], les recherches sur la technologie des piles à combustible à hydrogène remontent au début des années 1960, depuis l’équipement des modules lunaires de la NASA jusqu’au développement de voitures particulières, de camionnettes et de camions légers, de gros camions routiers et même de locomotives équipés de piles à combustible. Parmi les applications non automobiles de la technologie des piles à combustible de GM, on peut citer les groupes auxiliaires de puissance (APU) pour les avions commerciaux, les petits et grands groupes électrogènes stationnaires, les groupes électrogènes mobiles et les powercubes Gen2 (utilisés pour contrôler les systèmes de refroidissement, etc.)

En ce qui concerne la technologie automobile, M. Samson a noté que GM a fait progresser de manière significative sa technologie de pile à combustible Hydrotec, avec des améliorations majeures en termes de densité de puissance et de réduction du poids. En outre, GM s’est associé à Honda dans le cadre d’un accord de coentreprise pour la fabrication en série de piles à combustible dans une usine située à Brownstone, dans le Michigan. Ce partenariat s’appuie sur des atouts propres à la technologie des électrodes à membrane, ainsi que sur la fabrication d’assemblages de piles à combustible. Bien que la technologie des piles à combustible ne soit pas encore généralisée du point de vue de l’adoption des véhicules, des investissements comme ceux-ci du côté des FEO indiquent qu’elle augmentera de manière significative au cours de cette décennie et au-delà.

Passant à la partie infrastructure, Robert Mount, de Renewable Innovations, a mis en lumière les solutions actuelles en matière d’hydrogène. Selon M. Mount, bien que l’accent ait été mis sur l’expansion de la recharge des VÉ en Amérique du Nord, et en particulier aux États-Unis, le réseau électrique reste fragmenté, avec une mosaïque d’opérateurs qui ont souvent des intérêts divergents. Par conséquent, il est actuellement très difficile de construire les lignes électriques à longue distance nécessaires à une infrastructure éolienne et solaire véritablement nationale, qui elle-même est souvent incohérente et peu fiable en tant que source d’énergie importante.

Des solutions innovantes

Renewable Innovations propose une gamme de solutions d’infrastructures de carburants alternatifs pour les parcs automobiles et commerciaux. Il s’agit notamment d’un ravitailleur de transport (minimum 1 000 kg de H2) alimenté par une pile à combustible avec compression et refroidissement embarqués, ainsi qu’une gamme de pressions de ravitaillement différentes. Il comble un vide important sur le marché en ce qui concerne non seulement le transport de l’hydrogène, mais aussi le remplissage des installations de stockage (pensez aux camions-citernes, mais avec de l’hydrogène).

Renewable Innovations propose également des générateurs d’électricité mobiles et des unités d’alimentation de secours à pile à combustible conçus pour les bâtiments et les projets d’infrastructure, ainsi que des chargeurs rapides de VÉ mobiles, alimentés par des piles à combustible, qui peuvent être déployés dans les stations-service et les dépanneurs pour recharger les véhicules à ces endroits.

M. Mount a montré au public une vidéo sur le récent voyage de Renewable sur la côte est des États-Unis, au cours duquel une exposition itinérante s’est rendue dans différents endroits pour démontrer la valeur et la validité de la technologie des piles à combustible à hydrogène, notamment le fait qu’en tant qu’élément pur, l’hydrogène ne se dégrade pas au fil du temps, contrairement à l’essence ou au diesel.

En tant que substance abondante, sans pollution atmosphérique, avec une densité énergétique élevée à plusieurs points de vue, l’hydrogène apparaît en effet comme une alternative énergétique propre et viable au carburant diesel, en particulier pour les gros véhicules tels que les tracteurs, les camions à ordures et les engins tout-terrain.

Mount a également donné un aperçu de l’écosystème complet d’énergie verte de Renewable Innovation, qui comprend le stockage de 2400 kg d’hydrogène via des remorques mobiles, une station de production et de compression d’hydrogène et une charge de 1 à 1,5 mégawatt pour les micro-réseaux, avec à la fois une charge rapide de 400 kW et une distribution d’hydrogène de 35 / 700 BAR sur site pour les véhicules électriques et les véhicules à pile à combustible.Mount a également donné un aperçu de l’écosystème complet d’énergie verte de Renewable Innovation, qui comprend le stockage de 2400 kg d’hydrogène via des remorques mobiles, une station de production et de compression d’hydrogène et une charge de 1 à 1,5 mégawatt pour les micro-réseaux, avec à la fois une charge rapide de 400 kW et une distribution d’hydrogène de 35 / 700 BAR sur site pour les véhicules électriques et les véhicules à pile à combustible.

Première dans l’industrie

Bien qu’il en soit encore au stade du développement au moment du webinaire, M. Mount a déclaré qu’il s’agirait d’une première en son genre et d’une première dans l’industrie une fois qu’il aura été mis au point. Il a également souligné que la technologie des piles à combustible à hydrogène peut être utilisée non seulement pour alimenter les véhicules VÉ eux-mêmes, mais aussi pour générer de l’énergie afin d’alimenter les VÉ, les bâtiments, les centres de données, des communautés entières et d’autres utilisations.

Mark Finnicum de SARTA, une autorité régionale de transport située dans le comté de Stark, dans le nord-est de l’Ohio, qui assure environ 2,2 millions de trajets par an, a déclaré que le parc, autrefois presque exclusivement alimenté au diesel, est désormais dominé par le gaz naturel comprimé, ainsi que par 19 bus et fourgonnettes électriques à pile à hydrogène. « Nous n’avons plus que quatre véhicules diesel en service », a déclaré M. Finnicum.

La mission de SARTA est définie comme un engagement à « améliorer la qualité de vie de notre communauté en fournissant des options de mobilité efficaces, abordables et durables pour le comté de Stark ».

Bien que ce comté du Midwest ne semble pas être un emplacement évident pour un parc de véhicules fonctionnant entièrement à l’énergie renouvelable, l’occasion s’est présentée par hasard. Initialement refusée par le programme américain Fuel Cell Bus, la SARTA a ensuite reçu des subventions qui avaient été allouées à Cleveland et à Chicago mais qui n’ont pas été utilisées. Aujourd’hui, elle possède le cinquième parc de véhicules à hydrogène des États-Unis et le deuxième en dehors de l’État de Californie.

D’un point de vue opérationnel, Finnicum a déclaré que les agences ont besoin d’un véhicule électrique à batterie ou d’un véhicule à pile à hydrogène qui peut être utilisé de la même manière qu’un véhicule diesel ou GNC aujourd’hui. Il a fait remarquer qu’étant basé dans le nord-est de l’Ohio, où l’hiver est un facteur, les facteurs de charge parasites ont un impact sur le fonctionnement des véhicules à pile à hydrogène. Les premiers bus à hydrogène de la SARTA avaient une autonomie d’environ 320 km et, en hiver, cette autonomie diminuait d’environ 10 % en raison de la charge parasite (besoins en chauffage des passagers, etc.).

Aujourd’hui, près d’une décennie plus tard, les bus les plus récents de SARTA ont une autonomie de 368 km grâce à une pile à combustible plus petite et à 10 kg d’hydrogène supplémentaires. Le parc a également modifié ses fourgonnettes tronquées Ford e-Transit en remplaçant les batteries électriques par des piles à combustible, ce qui a permis d’augmenter l’autonomie de 160 km à 400 km, voire 480 km. En jouant un rôle moteur dans la collaboration avec les ingénieurs et les fournisseurs pour apporter ces améliorations et garantir la viabilité de leur parc de véhicules à carburant alternatif dans toutes les conditions météorologiques, les résultats ont été clairement démontrés.

Crise de croissance

Du point de vue de l’infrastructure, M. Finnicum a fait remarquer que l’utilisation réussie des piles à hydrogène entraînera des difficultés croissantes – dans le cas de SARTA, l’une des plus importantes a été le déplacement du parking des employés pour accueillir les stations de ravitaillement du parc de bus. Selon lui, il faut environ 20 minutes pour remplir un bus à hydrogène qui peut parcourir plus de 200 miles, mais le plus grand défi est souvent d’éduquer vos employés, les membres de la communauté et les premiers intervenants, ainsi que les politiciens de l’État et du gouvernement fédéral sur les piles à combustible à hydrogène et sur la réalité de leur utilisation commerciale dans les parcs de véhicules.

Christopher Cannon a indiqué que le port de Los Angeles a élaboré son propre plan d’action pour la qualité de l’air, un document qui présente une série d’objectifs et de stratégies visant à réduire les émissions atmosphériques provenant des activités du port, qui comprend des navires, des trains, des camions et d’autres véhicules tels que les aéroglisseurs et les grues/chargeurs.

Cette feuille de route prévoit notamment que tous les équipements terminaux et les camions routiers ne produisent aucune émission d’ici à 2035 et que les émissions de gaz à effet de serre soient réduites de 40 et 80 % par rapport aux niveaux de 1990 d’ici à 2030 et 2050.

Comme d’autres objectifs de réduction des émissions dans le Golden State, ces chiffres sont très ambitieux, même si M. Cannon reconnaît qu’il s’agit d’objectifs et que la manière dont le port de Los Angeles se rendra à destination ne dépendra probablement pas d’une seule source de carburant – et plus le cycle de travail est lourd et plus la distance requise est longue, [such as long-haul trucks]plus l’hydrogène est intéressant pour ce type d’applications. « Nous sommes très enthousiastes quant aux possibilités et au potentiel de l’utilisation de l’hydrogène », a déclaré M. Cannon, ajoutant que « nous sommes conscients des préoccupations liées à la perception de l’hydrogène ainsi que des considérations de sécurité liées au stockage, au ravitaillement et à l’utilisation de l’hydrogène pour alimenter les véhicules circulant dans la juridiction du port de Los Angeles. »

M. Cannon a fait remarquer qu’un projet pilote utilisant des camions classiques Kenworth T-680 FCEV de classe 8 équipés de piles à combustible Toyota s’est avéré très fructueux et pourrait ouvrir la voie au transport régional de marchandises depuis le port jusqu’aux points de distribution en Californie. Les camions eux-mêmes sont désormais proposés aux exploitants de parcs, ce qui montre clairement que l’hydrogène, en tant que source de carburant alternative viable, commence vraiment à gagner du terrain auprès des parcs.

 

Catégories : Éditorial, Parc
Étiquettes : Hydrogène, Technologie,

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