Pourquoi l'avenir du transport routier long-courrier comprendra probablement beaucoup d'hydrogène
Le défi climatique exige que nous décarbonisions nos systèmes de transport mondiaux. Pour répondre à cette exigence, la solution préconisée depuis un certain temps est de "tout électrifier". Les experts techniques et le public préoccupé par le climat ont longtemps défendu l'idée que l'avenir serait fait d'électricité propre alimentant à peu près tous les aspects de notre vie. J'ai adhéré à cette idée... du moins pendant un certain temps. Ce n'est que lorsque j'ai commencé à étudier les détails entourant les défis liés à l'installation d'une batterie dans une voiture, un camion ou un porte-conteneurs que j'ai réalisé que les choses étaient beaucoup plus compliquées que de souscrire à la devise ambitieuse.
Pour être clair, les batteries seront probablement très utiles pour certaines activités de camionnage. En fait, des entreprises bien connues dans le domaine des véhicules électriques, telles que Tesla, ont un produit à l'horizon pour répondre aux besoins d'autonomie sur des trajets moyens, de 300 à 500 milles. Toutefois, pour les longues distances, il existe une technologie plus adaptée : la pile à combustible à hydrogène. Les camions à pile à combustible utilisent le même groupe motopropulseur électrique de base que les camions à batterie (et possèdent même une batterie), mais grâce à leur stockage d'hydrogène embarqué, les camions à pile à combustible ont une autonomie beaucoup plus grande, nécessitent moins d'arrêts sur les longs trajets, peuvent être ravitaillés beaucoup plus rapidement et peuvent transporter plus de marchandises. Une autre grande entreprise, Daimler, travaille activement sur cette technologie de transmission et teste actuellement un nouveau produit avec une autonomie de 1000 km (625 miles) ou plus. En bref, les camions à pile à combustible présentent de nombreux avantages par rapport aux camions à moteur diesel, sans les émissions nocives.
Avant d'aborder notre analyse des avantages techniques et opérationnels des configurations de la chaîne de traction à pile à hydrogène par rapport à la chaîne de traction électrique à batterie, il convient de noter que, bien qu'il n'ait pas été au centre de notre modélisation, le coût total de possession (CTP) est un paramètre important à prendre en compte. Il s'agit d'un sujet de discussion actif et toutes les analyses récentes n'aboutissent pas à la même conclusion. Par exemple, l'ICCT a examiné certains éléments du coût total de possession, principalement les coûts des composants et du carburant, et a déterminé que le coût d'exploitation des véhicules à pile à hydrogène restera suffisamment élevé pour nuire à la pénétration du marché par rapport aux camions électriques à batterie. D'autre part, un document récent du NREL a conclu à l'inverse qu'un camion lourd longue distance électrique à batterie (autonomie de 750 miles, équipes multiples, classe 8 à poids limité) aura un coût total de possession plus élevé que son homologue à hydrogène, même si le prix de l'hydrogène reste élevé et que les piles à combustible ont une efficacité légèrement inférieure à celle des batteries. Cela s'explique principalement par les dépenses d'investissement liées à une batterie plus grande et à un temps d'immobilisation moyen plus long, ce qui coûte de l'argent. Nous reconnaissons qu'il s'agit d'un débat non résolu. Cela étant, nous examinons ici une autre dimension de la technologie, les performances opérationnelles - un aspect qui n'a pas été examiné d'aussi près que le coût total de possession - et nous constatons que les véhicules à pile à hydrogène présentent des avantages décisifs par rapport aux configurations électriques à batterie pour les transports routiers de marchandises sur de longues distances.
Le vieil aphorisme selon lequel le temps, c'est de l'argent, est particulièrement vrai dans le secteur du transport de marchandises. Après le carburant, la main-d'œuvre est le poste le plus coûteux du budget d'une entreprise de camionnage. Le non-respect des dates de livraison peut également entraîner des pénalités pour l'entreprise, en fonction du libellé du contrat. Ainsi, la première raison pour laquelle une grande partie du secteur du camionnage lourd long-courrier sera probablement basée sur les piles à hydrogène est le manque de temps. Un camion longue distance de classe 8 équipé d'un réservoir d'hydrogène de 100 kg peut être ravitaillé en carburant environ 15 fois plus rapidement que le chargement d'une batterie de 1 à 2 MWh nécessaire pour un véhicule électrique équivalent. Les trajets à travers le pays peuvent prendre jusqu'à 35 % de temps en moins en raison de la réduction du temps d'immobilisation et du nombre d'arrêts nécessaires. Les poids lourds à pile à hydrogène devraient donc constituer une option plus attrayante pour les entreprises dont l'activité consiste à transporter efficacement des marchandises à travers le pays.
La deuxième raison est que les camions alimentés par des piles à hydrogène ont également l'avantage sur les camions électriques en ce qui concerne la capacité de chargement. La batterie de 1 à 2 MWh nécessaire pour un camion long courrier sera beaucoup plus lourde qu'un plein de diesel ou qu'une configuration à pile à combustible, qui n'a généralement besoin que d'une petite batterie de 20 à 100 kWh pour accompagner l'hydrogène. Mon analyse montre que si l'on part d'un camion de classe 8 d'un poids maximal de 80 000 livres et que l'on suppose une masse de batterie de 4 kg/kWh (ce qui a été réalisé pour les véhicules de tourisme mais n'a pas encore été prouvé pour les grandes batteries nécessaires aux poids lourds et les systèmes de refroidissement qui les accompagnent), un véhicule à pile à combustible à hydrogène perd environ 1,5 million d'euros par an. Un véhicule à pile à hydrogène perd environ 500 livres de capacité de chargement, tandis qu'un véhicule électrique à batterie perdrait potentiellement environ 4 000 livres, par rapport aux camions diesel actuels. En outre, si nous ne parvenons pas à obtenir une batterie de 4 kg/kWh dans un avenir relativement proche, nous pouvons nous attendre à des pertes de capacité de chargement plus importantes, de l'ordre de 8 000 à 15 000 livres, à court terme avec la configuration électrique à batterie. La batterie plus petite utilisée dans la configuration à pile à hydrogène pèserait également plus lourd dans ce cas, mais même dans le pire des scénarios, elle ne perdrait qu'environ 1 000 livres de capacité de chargement. Au total, en moyenne, les entreprises qui utilisent des camions à pile à hydrogène bénéficieront de la plupart des avantages liés à la réduction des émissions, sans sacrifier une grande partie de l'espace de chargement dont elles ont besoin. En fait, leur capacité de chargement serait comparable à celle des flottes diesel actuelles.
La troisième raison pour laquelle les piles à hydrogène peuvent s'avérer plus judicieuses pour les entreprises de transport longue distance est la flexibilité. Les véhicules à pile à hydrogène ont une plus grande autonomie que leurs homologues électriques et devraient parcourir deux fois plus de kilomètres par charge complète/réservoir. Une flotte entièrement électrique pourrait prendre en charge de nombreux chargements régionaux, en se déplaçant le long d'un rayon à destination et en provenance d'une plaque tournante, mais un véhicule à pile à hydrogène pourrait prendre en charge des livraisons régionales et couvrir des itinéraires plus longs avec peu de temps nécessaire pour faire le plein. Un parc automobile plus souple peut rapporter davantage à l'entreprise.
Enfin, il convient de noter que les avantages potentiels des poids lourds à pile à hydrogène ne se limitent pas aux performances ou au coût de chaque camion. Notre analyse, qui repose sur l'hypothèse d'une pénétration à 100 % du marché des véhicules à zéro émission (soit à pile à combustible, soit à batterie) et de camions actifs 24 heures sur 24, sept jours sur sept, a montré que l'infrastructure requise pour le scénario de l'électricité à batterie devrait être très robuste en termes de taille des stations de recharge et d'exigences de puissance. Plus précisément, l'infrastructure électrique requise pour les grandes stations de recharge des camions longue distance est de l'ordre de 22 à 28 MW et, par rapport au diesel, ces stations de recharge devraient être environ 10 fois plus grandes pour disposer de l'espace nécessaire aux camions qui passent des heures à se recharger. En revanche, l'infrastructure équivalente pour le scénario de la pile à combustible tout hydrogène est comparativement plus similaire, avec une taille environ trois fois supérieure à celle d'une station diesel typique, bien qu'une station hydrogène qui distribue 20 à 25 tonnes d'hydrogène par jour soit plus coûteuse et plus complexe. La plus grande partie de l'empreinte au sol serait nécessaire pour abriter les réservoirs de stockage de l'hydrogène et les compresseurs à une distance sûre des pompes à carburant et des autres commodités. Pour être clair, ces chiffres ne constituent pas une projection des besoins en infrastructures dans quelques années ; ils servent plutôt à estimer la limite supérieure de la charge qui pèserait sur les infrastructures de transport au milieu du siècle si tous les camions diesel en circulation étaient remplacés par des véhicules électriques à pile à hydrogène ou à batterie.
Aujourd'hui, il existe des applications pour lesquelles il est plus judicieux d'utiliser des camions électriques à batterie que leurs homologues à pile à hydrogène. Pour des trajets plus courts, par exemple une livraison régionale de 400 miles aller-retour, ou pour des camions plus petits, un camion électrique à batterie se compare bien à un véhicule à pile à hydrogène. L'infrastructure de recharge est également plus développée, moins chère et moins complexe que les stations de ravitaillement en hydrogène, et le TRL, ou niveau de préparation technologique, est plus élevé pour les groupes motopropulseurs électriques puisque la technologie est sur le marché depuis plus longtemps. Toutefois, en ce qui concerne les poids lourds longue distance - qui consomment 49 % de l'ensemble du carburant diesel utilisé par le secteur du transport routier de marchandises aux États-Unis et sont responsables d'environ 13 % des émissions de gaz à effet de serre dans le secteur des transports, soit 211 millions de tonnes deCO2e paran -, l'avenir sera probablement marqué par une forte utilisation de l'hydrogène.
À mon avis, ce n'est pas le moment de choisir une seule source d'énergie pour les transports. Pour le transport routier, il semble que l'hydrogène présentera des avantages significatifs, alors occupons-nous de construire cette infrastructure dans les régions clés et le long des itinéraires principaux. Dans le même temps, développons des stations de recharge à haute puissance capables de prendre en charge les poids lourds électriques à batterie et de permettre une recharge à grande vitesse afin de réduire les temps d'immobilisation. En bref, au lieu de tout forcer à s'électrifier ou à utiliser un carburant particulier, développons la technologie et l'infrastructure nécessaires, puis utilisons-les pour l'application appropriée - y compris en tirant parti des mérites de l'hydrogène pour les opérations de camionnage lourd sur de longues distances. Ce faisant, nous pouvons accélérer la prolifération des énergies propres dans le secteur des transports, ce qui nous aidera à atteindre nos objectifs en matière de climat et à assurer notre avenir.
