Roulez sur moins avec les piles à hydrogène – RMI

Roulez sur moins avec les piles à hydrogène

Originally posted on ACT news.

Bien que les véhicules à pile à combustible à hydrogène (FCEV) existent depuis les années 1960, ils ont récemment émergé comme une solution potentielle pour décarboner les transports lourds. Nikola Motors vient d’annoncer qu’elle a levé un milliard de dollars de financement pour sa technologie de véhicule à hydrogène, ajoutant quelques nouveaux partenaires importants, dont CNHI et Bosch. Plus tôt cette année, l’entreprise a également lancé une feuille de route audacieuse prévoyant 700 stations de ravitaillement en carburant dans tout le pays et a conclu un partenariat portant sur 800 véhicules avec Anheuser-Busch pour l’aider à décarboniser sa flotte de transport. Qu’est-ce qui fait des FCEV un bon choix pour décarboniser le transport lourd ? Examinons les similitudes, les avantages et les défis des FCEV par rapport aux camions à combustion interne conventionnels.

C’est la même chose, mais en mieux

L’un des avantages des FCEV est que l’hydrogène utilise une infrastructure de ravitaillement similaire à celle des camions conventionnels. Cela signifie que les FCEV pourraient être ravitaillés dans les relais routiers existants à travers le pays et que l’expérience de ravitaillement serait similaire. Un camion peut être rempli d’hydrogène en moins de 15 minutes et le processus de ravitaillement d’un FCEV est similaire au ravitaillement d’un camion diesel ; l’hydrogène est pompé dans le réservoir du véhicule à l’aide d’une pompe à gaz et d’une buse qui est similaire à une pompe diesel traditionnelle.

Un autre avantage est la densité énergétique 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 près de trois fois plus que le diesel ou l’essence. En termes électriques, la densité énergétique de l’hydrogène est égale à 33,6 kWh d’énergie utilisable par kg, alors que le diesel ne contient que 12 à 14 kWh par kg. Cela signifie que 1 kg d’hydrogène, utilisé dans une pile à combustible pour alimenter un moteur électrique, contient approximativement la même énergie qu’un gallon de diesel. En prenant cela en considération, Nikola affirme que ses véhicules peuvent obtenir entre 12 et 15 mpg équivalents, bien au-dessus de la moyenne nationale pour un camion diesel, qui est d’environ 6,4 mpg.

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

Le prix est un autre attribut attrayant de l’hydrogène. Les prix du diesel sont actuellement proches de 3,00 $ par 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 des prix du diesel. Mais sur le front de l’hydrogène, une analyse récente de Bloomberg New Energy Finance suggère que le prix de production par kilo pour l’hydrogène pourrait être aussi bas que 1,40 $ par kilo dans environ une décennie.

Lorsqu’il s’agit de transport lourd, le poids compte. Les FCEV offrent le même couple élevé que les véhicules électriques à batterie, mais à un poids inférieur. Un exemple est la différence de poids estimée entre le Lion 8 électrique à batterie et le Nikola One à pile à combustible à hydrogène ; le Lion 8 a une batterie de 480 kWh avec une autonomie de 250 miles, ce qui équivaut à environ 2-5 tonnes. Un Nikola One, avec une autonomie d’environ 500-750 miles, est estimé avoir un pack de batterie de 250-kWh, qui pèserait probablement environ 2,5-3 tonnes.

En tenant compte de ces facteurs, il y a une voie claire pour que l’hydrogène soit un carburant alternatif à faible teneur en carbone, à faible coût et à faible poids pour les camions lourds. Cependant, les camions FCEV ne sont pas exempts de défis.

Il n’est pas facile d’être vert

Même si l’hydrogène gazeux n’a ni couleur ni odeur, pour soutenir la décarbonisation du transport lourd, nous aurons besoin d’hydrogène vert et de beaucoup d’hydrogène. L’hydrogène vert, également appelé hydrogène renouvelable, est de l’hydrogène fabriqué uniquement à partir d’énergie renouvelable, généralement par le processus d’électrolyse. L’électrolyse de l’eau utilise l’électricité pour séparer l’eau en hydrogène (H2) et en oxygène (O2) gazeux, convertissant ainsi l’énergie électrique en énergie chimique. Des questions subsistent quant à la rapidité avec laquelle la production d’hydrogène vert peut être mise à l’échelle ; la capacité de fabrication des électrolyseurs ne fait que commencer à augmenter de manière significative.

Les principaux défis de l’hydrogène se résument au transport et au stockage. L’hydrogène est produit sous forme gazeuse, et il doit être stocké sous pression ou liquéfié directement. Ces deux procédés nécessitent une énergie supplémentaire, qui peut ou non provenir de sources renouvelables. Il existe des méthodes émergentes qui utilisent des liaisons chimiques (généralement appelées transporteurs d’hydrogène organique liquide) ou l’ammoniac pour transporter l’hydrogène dans un état stable. Ces méthodes ne nécessitent pas de pression ou de liquéfaction cryogénique, et requièrent donc moins d’énergie pour transporter et stocker l’hydrogène. Cependant, cette technologie en est encore à un stade de développement relativement précoce et n’est pas prête à être adoptée à grande échelle.

Une autre solution aux problèmes de transport et de stockage a été de se concentrer sur la production localisée. Nikola s’est associé à Nel et Bosch pour fournir un réseau de stations locales de production d’hydrogène qui utilisent des sources d’énergie renouvelables et des électrolyseurs, coupant ainsi la chaîne logistique de l’approvisionnement conventionnel en diesel et en essence. À l’avenir, nous pourrions également utiliser les infrastructures de gaz naturel pour transporter l’hydrogène, ce qui réduirait 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 de constructions localisées.

Un autre inconvénient de l’hydrogène est l’autonomie. Selon Nikola, l’autonomie d’un camion à pile à combustible est de 500 à 750 miles, selon la charge et le terrain ; les camions Toyota Kenworth FCEV ont une autonomie d’environ 300 miles. Ces chiffres sont dérisoires par rapport à ceux des camions diesel, qui peuvent parcourir plus de 1 000 miles sans être ravitaillés. Cependant, avec des conducteurs limités à 500 miles par jour, ce facteur peut ne pas causer une perturbation significative de la pratique standard.

How Soon is Now?

Malgré les défis, le temps de l’hydrogène est maintenant, et voici pourquoi :

Nous constatons une pression réglementaire et une demande accrue de l’industrie. L’Union européenne s’est engagée à supprimer les véhicules à essence et diesel d’ici 2030. Dans le même temps, les normes de carburant propre et les investissements associés en Californie et au Canada créent la base politique du changement. Hyundai prévoit de produire jusqu’à 700 000 FCEV par an d’ici 2030, et le Japon vise 800 000 FCEV d’ici 2030. Et, avec des coûts technologiques qui devraient atteindre le seuil de rentabilité avec les camions diesel dans plusieurs marchés, il y a un élan et des investissements importants dans l’hydrogène.

Plus il y a de projets qui utilisent de plus en plus les technologies des piles à combustible, plus le potentiel de réduction des coûts et d’investissement dans la technologie est important. L’engagement de la Chine à mettre 1 million de véhicules à pile à combustible sur les routes d’ici 2030 (avec 7,6 milliards de dollars investis dans le camionnage lourd) offre un énorme potentiel pour des avancées significatives dans les points d’efficacité et de coût des véhicules à pile à combustible.

L’hydrogène a déjà connu des fausses aubes, mais cette alternative à faible teneur en carbone est poussée par certaines des plus grandes entreprises de la planète dans de multiples secteurs. Toyota Kenworth a une longue expérience dans le développement de camions utilisant la technologie des piles à combustible et, en 2019, elle a ajouté 10 T680 qui seront utilisés dans le port de Los Angeles et dans tout le sud de la Californie. Shell a récemment investi massivement dans des électrolyseurs d’hydrogène à grande échelle, qui offrent une option zéro carbone pour la production d’hydrogène. Au début du mois, Cummins a acquis une entreprise leader sur le marché de la fabrication d’électrolyseurs et de piles à combustible, Hydrogenics, pour 290 millions de dollars. Ce sont tous des signaux d’un engagement sérieux de la part des leaders de l’industrie à se lancer dans l’espace de l’hydrogène et des piles à combustible.

Le Rocky Mountain Institute (RMI) s’efforce d’identifier les opportunités de l’hydrogène vert pour accélérer la décarbonisation dans les secteurs qui ont eu du mal à progresser, et nous commençons seulement à voir le rôle et la position que cette technologie peut avoir dans la décarbonisation du secteur du fret. Nous espérons que vous vous joindrez à l’IGR et au North American Council for Freight Efficiency (NACFE) pour une table ronde sur l’hydrogène dans le camionnage le 8 octobre.