3521 – Les camions à pile à combustible à hydrogène peuvent dé-carboniser les transports lourds

17/10/2019 – – EnergyPost.eu

Patrick_Molloy_2-square  Patrick Molloy, du Rocky Mountain Institute

Patrick Molloy, du Rocky Mountain Institute, analyse les avantages et les inconvénients des véhicules à pile à combustible à l’hydrogène (FCEV) .

L’atout majeur est que l’hydrogène a une densité énergétique d’environ 120 MJ / kg, soit presque trois fois plus que le diesel ou l’essence . La moitié de l’énergie générée par un moteur à combustion interne est gaspillée sous forme de chaleur , tandis que les transmissions électriques utilisées par les FCEV ne perdent que 10%.

Nikola Motors , un fabricant américain de camions à hydrogène, affirme que ses véhicules peuvent atteindre 12 à 15 mi / gal, bien au-dessus de la moyenne de 6,4 mi / gal pour un camion diesel . Mais la production d’hydrogène doit augmenter rapidement et réduire les coûts . Le carburant a besoin d’ infrastructures de transport et de stockage (bien que produire de l’hydrogène «n’importe où» ou en utilisant des gazoducs existants puisse résoudre ce problème). Et les camions diesel battent l’hydrogène à portée (bien que plus de 500 km semblent suffisants). Quels sont les pilotes?

L’UE s’est engagée à éliminer les véhicules à essence et diesel d’ici 2030 .

La Californie et le Canada ont des ambitions similaires. Le Japon a actuellement 3 400 véhicules à hydrogène sur ses routes et souhaite que ce nombre passe à 800 000 d’ici 2030. L’objectif de la Chine est de 1 million d’ici à 2030.

Bien que les véhicules à pile à combustible à hydrogène existent depuis les années 1960, ils sont apparus récemment comme une solution potentielle pour la décarbonisation des transports lourds.

Nikola Motors vient d’annoncer qu’elle a levé un milliard de dollars pour la technologie de ses véhicules à hydrogène , en ajoutant de nouveaux partenaires importants, notamment CNHI et Bosch . Plus tôt cette année, la société a également lancé une feuille de route audacieuse pour 700 stationsservice à travers les États-Unis et a conclu un partenariat de 800 véhicules avec Anheuser-Busch pour aider à la décarbonisation de son parc de fret.

Qu’est-ce qui fait des FCEV un bon choix pour la décarbonatation des transports lourds? Examinons les similitudes, les avantages et les défis des FCEV par rapport aux chariots à combustion interne classiques.

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Pompes à carburant à hydrogène: identiques au diesel et à l’essence

L’un des avantages des FCEV est que l’hydrogène utilise une infrastructure de ravitaillement semblable à celle des camions classiques. Cela signifie que les FCEV pourraient être ravitaillés en carburant aux arrêts de camions existants à travers le pays et que l’expérience de ravitaillement en carburant serait similaire. Un camion peut être rempli d’hydrogène en moins de 15 minutes et le processus de remplissage d’un FCEV est similaire à celui d’un camion diesel. De l’hydrogène est pompé dans le réservoir du véhicule à l’aide d’une pompe à essence et d’une buse similaires à une pompe diesel classique .

Densité d’énergie supérieure

Un autre avantage est la densité d’énergie de l’hydrogène. Le diesel a une densité énergétique de 45,5 mégajoules par kilogramme (MJ / kg), légèrement inférieure à celle de l’essence, qui a une densité énergétique de 45,8 MJ / kg. En revanche, l’ hydrogène a une densité énergétique d’environ 120 MJ / kg, soit presque trois fois plus que le diesel ou l’essence . Sur le plan électrique, la densité énergétique de l’hydrogène est égale à 33,6 kWh d’énergie utilisable par kg, par rapport au diesel qui ne contient qu’environ 12-14 kWh par kg.

Cela signifie réellement que 1 kg d’hydrogène utilisé dans une pile à combustible pour alimenter un moteur électrique contient environ la même énergie qu’un gallon de diesel. Tenant compte de cela, Nikola affirme que ses véhicules peuvent atteindre une équivalence de 12 à 15 mi / gal, bien au-dessus de la moyenne nationale pour un camion diesel, ce qui correspond à environ 6,4 mi / gal .

Beaucoup moins de perte de chaleur

Les transmissions électriques sont également plus efficaces que les moteurs à combustion interne. Avec un moteur à combustion interne, environ 50% de l’énergie générée est transférée à la chaleur; mais les transmissions électriques ne perdent que 10% de leur énergie pour chauffer . Cette différence d’efficacité montre à quel point les consommateurs perdent avec des moteurs à combustion interne moins efficaces.

Devenir moins cher

Le prix est un autre attribut attractif de l’hydrogène. Les prix du diesel oscillent actuellement autour de 3,00 dollars le gallon et, avec la récente réduction de la production de pétrole de l’Arabie Saoudite, il est raisonnable de s’attendre à de nouvelles augmentations du prix du diesel. Cependant, sur le front de l’hydrogène, une analyse récente de Bloomberg New Energy Finance suggère que le prix de revient de production d’hydrogène par kilo pourrait descendre à 1,40 dollar le kilogramme d’ici une décennie environ .

Pile à combustible plus légère que les piles, portée plus longue

En matière de transport lourd, le poids compte. Les FCEV offrent le même couple élevé que celui des véhicules électriques à batterie, mais à un poids inférieur. Un exemple en est la différence de poids estimée entre la pile électrique Lion 8 et la pile à hydrogène Nikola One; Le Lion 8 est doté d’un bloc-batterie de 480 kWh avec une autonomie de 250 km, ce qui équivaut à environ 2 à 5 tonnes. Un Nikola One, d’une autonomie d’environ 500 à 750 km, disposerait d’une batterie de 250 kWh, qui pèserait probablement entre 2,5 et 3 tonnes .

Compte tenu de ces facteurs, il existe une voie claire pour que l’hydrogène devienne un carburant de remplacement à faible émission de carbone, à faible coût et faible poids pour les poids lourds.

Cependant, les camions FCEV ne sont pas sans défis.

Pas assez de production d ‘«hydrogène vert». Encore

Bien que l’hydrogène gazeux n’ait ni couleur ni odeur, pour soutenir la décarbonisation des transports lourds, nous aurons besoin d’hydrogène vert en grande partie. L’hydrogène vert , également appelé hydrogène renouvelable, est un hydrogène fabriqué exclusivement à partir d’énergie renouvelable, généralement par électrolyse. L’électrolyse de l’eau utilise l’électricité pour séparer l’eau en hydrogène gazeux (H2) et en oxygène (O2), convertissant ainsi l’énergie électrique en énergie chimique. Des questions subsistent quant à la rapidité avec laquelle la production d’hydrogène vert peut évoluer ; la capacité de fabrication des électrolyseurs ne fait que commencer à augmenter considérablement.

Transport et stockage. Comment?

Les principaux problèmes posés par l’hydrogène concernent le transport et le stockage. L’hydrogène est produit sous forme gazeuse et doit être stocké sous pression ou liquéfié directement . Ces deux processus nécessitent de l’énergie supplémentaire, qu’elle provienne ou non de sources renouvelables.

Il existe de nouvelles méthodes qui utilisent des liaisons chimiques (généralement appelées transporteurs d’hydrogène organique liquide) ou de l’ammoniac pour transporter l’hydrogène à l’état stable . Ces méthodes ne nécessitent pas de liquéfaction sous pression ou cryogénique et nécessitent donc moins d’énergie pour transporter et stocker l’hydrogène. Cependant, la technologie en est encore à un stade de développement relativement précoce et n’est pas prête pour une adoption à grande échelle.

Produire de l’hydrogène localement? Utiliser les gazoducs existants?

Une autre solution aux problèmes de transport et de stockage a consisté à se concentrer sur la production localisée. Nikola s’est associé à Nel et Bosch pour créer un réseau de stations de production d’hydrogène locales utilisant des sources d’énergie renouvelables et des électrolyseurs, éliminant ainsi la chaîne logistique des approvisionnements en diesel et en essence conventionnels.

À l’avenir, nous pourrions aussi potentiellement utiliser une infrastructure de gaz naturel pour transporter de l’hydrogène , réduisant ainsi la nécessité de développer de grandes infrastructures. Cela pourrait également offrir un moyen de fournir de l’hydrogène à partir de centres de production centraux plutôt que des constructions localisées.

Le diesel bat l’hydrogène à portée

Un autre inconvénient de l’hydrogène est la gamme. Selon Nikola, la portée d’un camion à pile à combustible est de 500 à 750 km, en fonction de la charge et du terrain; Les camions Toyota Kenworth FCEV ont une autonomie d’environ 300 miles. Cela n’a rien à voir avec les camions diesel, qui peuvent parcourir plus de 1000 km sans faire le plein . Cependant, avec des conducteurs limités à 500 miles par jour, ce facteur ne peut pas perturber de manière significative les pratiques habituelles.

Politiques relatives aux carburants propres, investissements

Même s’il y a des défis à relever, l’heure est à l’hydrogène, et voici pourquoi:

Nous assistons à une pression réglementaire accrue et à la demande de l’industrie. L’Union européenne s’est engagée à éliminer les véhicules à essence et diesel d’ici 2030 . Dans le même temps, les normes relatives aux carburants propres et les investissements associés en Californie et au Canada constituent le fondement politique du changement.

  • Hyundai prévoit de produire jusqu’à 700 000 FCEV par an d’ici 2030
  • le Japon vise 800 000 FCEV d’ici 2030 .

Et, avec les coûts technologiques qui devraient atteindre le seuil de rentabilité avec les camions diesel sur plusieurs marchés , la dynamique et les investissements dans l’hydrogène sont considérables.

Plus les projets utilisant de plus en plus les technologies de la pile à combustible sont nombreux, plus le potentiel de réduction des coûts et d’investissement dans la technologie est important.

L’engagement de la Chine d’instaurer 1 million de véhicules à piles à combustible sur les routes d’ici 2030 ( 7,6 milliards de dollars étant investis dans le camionnage poids lourds ) offre un potentiel énorme en termes de progrès significatifs en termes d’efficacité et de coût des véhicules à piles à combustible.

L’hydrogène a déjà connu de fausses algues, mais certaines des plus grandes entreprises de la planète proposent des solutions sobres en carbone, dans de nombreux secteurs. Toyota Kenworth a une longue expérience dans le développement de camions utilisant la technologie de la pile à combustible et, en 2019, elle a ajouté 10 T680 destinés au port de Los Angeles et dans le sud de la Californie. Shell a récemment investi massivement dans les électrolyseurs à hydrogène à grande échelle , qui offrent une option zéro carbone pour la production d’hydrogène. Plus tôt ce mois-ci, Cummins a acquis la société Hydrogenics, leader dans la fabrication d’électrolyseurs et de piles à combustible, pour un montant de 290 millions de dollars . Ce sont tous des signes d’un engagement sérieux de la part des leaders de l’industrie pour pénétrer dans les domaines de l’hydrogène et des piles à combustible.

Rocky Mountain Institute23bf31395da93bbb09e0c51e31b5a1dd3c17a0ab  Le Rocky Mountain Institute (RMI)

Le Rocky Mountain Institute (RMI) s’emploie à identifier les possibilités offertes par l’hydrogène vert pour accélérer la décarbonisation dans les secteurs qui ont du mal à progresser, et nous commençons seulement à voir le rôle et la position que cette technologie peut avoir pour décarboniser le secteur du fret. Vous pouvez assister à une discussion en groupe sur l’hydrogène dans le secteur du camionnage, organisée par le Conseil nord-américain pour l’efficacité du fret (NACFE).

***

Patrick Molloy est associé principal, Industrie et transport lourd, Rocky Mountain Institute

Cet article est publié avec permission. Droits d’auteur 2019, Rocky Mountain Institute


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SOURCE/ https://energypost.eu/hydrogen-fuel-cell-trucks-can-decarbonise-heavy-transport/

 

 

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