Ce que vous devez savoir lorsque vous commencez à utiliser l'hydrogène comme source de carburant
28/01/2025
La nécessité de réduire les émissions et de respecter des réglementations publiques plus strictes est aujourd'hui une préoccupation majeure, ce qui explique naturellement pourquoi de plus en plus d'équipementiers (OEM) se penchent sérieusement sur les options qu'offre l'hydrogène. Bien qu'une grande partie du marché se concentre encore sur le potentiel des véhicules alimentés par batterie, les véhicules à pile à combustible à hydrogène offrent un complément viable qui, du moins pour l'instant, convient davantage pour proposer des autonomies plus longues et des ravitaillements plus rapides.
Cependant, l'hydrogène présente son lot de défis, et les fabricants doivent réfléchir attentivement aux modifications de conception nécessaires à apporter à leurs systèmes embarqués d'alimentation en carburant pour répondre aux besoins supplémentaires liés à hydrogène. Voici quelques-uns des facteurs les plus importants à prendre en compte lorsque vous décidez de changer votre source de carburant.
Des options écologiques plus nombreuses
Aujourd'hui, il existe plus de sources d'énergie vertes que jamais pour alimenter les parcs de véhicules de transport. Dans ce contexte, chaque équipementier et exploitant de flotte de véhicules doit déterminer l'option la mieux adaptée à une application spécifique. Cela signifie qu'il faut choisir entre le gaz naturel (parfois aussi appelé méthane) ou l'hydrogène. (Pour les besoins de cet article, nous nous concentrons sur l'hydrogène comprimé [et non liquide], car de plus en plus d'équipementiers utilisent du gaz naturel comprimé [GNC] plutôt que du gaz liquide et, à ce jour, le marché de l'hydrogène comprimé est plus important que celui de l'hydrogène liquide.)
Le GNC et l'hydrogène sont des gaz utilisables dans un moteur à combustion interne (MCI) qui sont plus propres que le gazole. Cependant, le GNC contient tout de même du carbone. Seul l'hydrogène représente une solution « zéro émission ». Par contre, l'hydrogène présente une densité énergétique moindre. Vous devez donc en stocker une plus grande quantité, à une pression bien plus élevée, pour atteindre une autonomie équivalente. Alors que les véhicules au GNC maintiennent généralement le gaz naturel à des pressions d'environ 3 600 psi, les véhicules à hydrogène stockent leur carburant à des pressions comprises entre 5 000 et 10 000 psi. Cette pression plus élevée présente des défis en termes de sécurité et d'exploitation.
Des normes de plus en plus strictes
Tous les composants du système d'alimentation, notamment les joints, les raccords et les filtres, doivent être compatibles avec le carburant pour éviter les défaillances prématurées ou les fuites potentiellement catastrophiques, et garantir l'étanchéité du système.
De nombreux composants présents sur un véhicule à hydrogène peuvent être homologués HGV3. 1 ou conformes à la norme ISO 19887, qui devrait être publiée prochainement. Le règlement CE-79, qui est progressivement supprimé et remplacé par la norme ISO 19887, est une certification créée par l'UE qui garantit la sécurité et les performances des équipements fonctionnant à hydrogène pour différentes pressions et dans différentes conditions électriques, mécaniques et thermiques.
Cela concerne la capacité à contenir la pression, les performances et les caractéristiques de sécurité des nouveaux composants des systèmes de carburant à hydrogène comprimé destinés à être utilisés sur les véhicules.
Les composants qui ne respectent pas ces normes plus strictes peuvent ne pas supporter les pressions plus élevées associées aux véhicules fonctionnant à l'hydrogène.
Un phénomène de fragilisation se produit lorsqu'un métal absorbe de l'hydrogène et perd de la ductilité. Les atomes d'hydrogène étant petits et soumis à une pression énorme, ils peuvent pénétrer dans les métaux solides. Une fois absorbé, l'hydrogène réduit les niveaux de contrainte nécessaires à la création et à la propagation de fissures dans le métal, entraînant une fragilisation.
Tirer les leçons du passé
Si vous envisagez de faire passer l'ensemble ou une partie de votre flotte de véhicules à l'hydrogène, la tâche peut sembler colossale à première vue en raison de tous les changements nécessaires dans la conception des systèmes ainsi que des considérations concernant la compatibilité des matériaux des composants.
Cependant, sachez que vous n'avez pas besoin de repartir entièrement de zéro, car si vous utilisez déjà du GNC dans une certaine mesure, vous avez probablement déjà résolu certains des problèmes liés à l'utilisation de l'hydrogène. Par exemple, il existe déjà sur le marché des solutions d'étanchéité conçues pour supporter des pressions plus élevées.
Les raccords et adaptateurs Seal-Lok™ de Parker, par exemple, ont été spécialement conçus pour les systèmes embarqués de carburant à hydrogène et GNC. La conception des raccords Seal-Lok est approuvée pour une utilisation avec de l'hydrogène pressurisé à 700 bar (10 000 psi) et du GNC jusqu'à 250 bar (3 600 psi). Ces raccords proposent une surface d'étanchéité à face plane améliorée ainsi que des joints toriques dont la matière respecte les exigences d'utilisation des gaz à haute pression. Dans l'ensemble, les joints toriques s'avèrent plus efficaces que les raccords « métal/métal » pour maintenir une étanchéité parfaite malgré les vibrations supplémentaires liées aux déplacements sur route.
Que vous utilisiez du gaz naturel ou de l'hydrogène, vous avez besoin d'un système de filtration adapté pour éliminer les particules, l'huile, l'eau ou d'autres contaminants qui pourraient endommager le moteur ou la pile à combustible.
Depuis plus de 20 ans que le GNC est utilisé sur les camions à ordures, nous avons appris à transporter, à contrôler et à filtrer efficacement le carburant. En outre, nous avons appris à stocker en toute sécurité du carburant dans le véhicule à des pressions élevées, souvent à l'aide de tuyaux spécifiques et d'assemblages de tubes en acier inoxydable sans soudure qui ont fait leurs preuves à cet effet.
Avantages des piles à combustible
L'une des principales différences réside dans la quantité de protoxyde d'azote libéré lors de la réaction de combustion du carburant dans un moteur à combustion interne (MCI). Les piles à combustible convertissent directement l'énergie chimique de l'hydrogène en électricité, avec de l'eau pure et, potentiellement, de la chaleur utile comme seuls sous-produits. Avec une pile à combustible, il n'y a pas de combustion ; la réaction chimique génère de l'électricité qui charge la batterie embarquée, de sorte que la seule émission est constituée d'eau.
Les piles à combustible à hydrogène peuvent augmenter l'autonomie, car elles fonctionnent plus efficacement qu'un moteur à combustion interne, avec un rendement plus de deux fois supérieur aux technologies de combustion classiques.
Permettre la transition vers le « zéro émission » grâce à l'hydrogène
Les technologies liées aux énergies renouvelables ont atteint un niveau de maturité qui permet une production d'électricité renouvelable efficace dans le monde entier, une condition préalable à une production d'hydrogène vert compétitive en termes de coûts. Cependant, les moteurs à hydrogène et les technologies des piles à combustible à hydrogène connaissent des niveaux de maturité différents. Du point de vue des équipementiers et des exploitants de flottes de véhicules, le passage à un moteur à combustion interne (MCI) fonctionnant à l'hydrogène se fait en réutilisant un ensemble commun de pièces et de technologies. Cela permet de réduire le coût initial du passage à l'hydrogène. Un véhicule électrique à pile à combustible à hydrogène présente le coût et la complexité supplémentaires d'une batterie embarquée et d'un système de gestion thermique.
Cependant, ce type de véhicule et les moteurs à combustion interne à hydrogène ne sont pas concurrents. Le développement des uns soutient celui des autres, car tous nécessitent une infrastructure commune adaptée à l'hydrogène. Ce sont des technologies complémentaires, qui s'inscrivent dans une transition progressive vers des véhicules à émissions réduites. « Lorsque nous serons pleinement entrés dans l'ère des énergies vertes, le moteur à combustion interne à hydrogène ouvrira la voie à l'utilisation de véhicules électriques à pile à combustible sans émissions, en tirant pleinement parti de l'infrastructure qui aura été créée pour l'hydrogène », déclare Steve Duricky.
Trouver le bon partenaire fait toute la différence
S'engager à convertir les systèmes de carburant embarqués à l'hydrogène n'est pas une décision à prendre à la légère. Des modifications de conception du système et des mises à niveau des composants sont nécessaires. Dans certains cas, vous devrez peut-être également former vos équipes aux protocoles et procédures de maintenance.
Choisir le bon partenaire peut vous aider à relever plus facilement ces défis. Assurez-vous que vos fournisseurs ont déjà travaillé spécifiquement avec l'hydrogène. Parker, par exemple, travaille sur les applications liées à l'hydrogène depuis plus de 60 ans. Nous proposons une gamme complète de produits qui ont obtenu la certification CE-79, et nombre d'entre eux seront bientôt homologués conformément aux normes les plus récentes. D'ailleurs, nos équipes ont participé activement à l'élaboration des nouvelles normes. Cela signifie que vous pouvez concevoir en toute confiance un système d'alimentation en carburant écologique efficace, sûr et étanche, avec Parker à vos côtés.
