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L'hydrogène est-il l'alternative au gaz ? Partie 3 des alternatives aux combustibles marins

15 octobre 2019

De nombreuses entreprises utilisent le gaz naturel comme source d'énergie - pour faire fonctionner leurs processus et pour chauffer leurs bâtiments. Cette application énergétique peut techniquement être remplacée par l'hydrogène et l'hydrogène semble apparaître comme une alternative intéressante pour le système énergétique du futur. Au Royaume-Uni, un plan ambitieux a été présenté pour préparer 3,7 millions de foyers et 40 000 entreprises et industries à passer du gaz à l'hydrogène. Les opérateurs de réseaux gaziers Cadent et Northern Gas Networks, ainsi que la société norvégienne Equinor, ont proposé un projet de construction d'un système de production, de distribution et de stockage d'hydrogène qui acheminera l'hydrogène via le réseau de distribution de gaz existant vers les ménages, les entreprises et les industries de Teesside, Newcastle, York, Hull, Leeds, Bradford, Halifax, Huddersfield, Wakefield, Manchester et Liverpool.

Mais comment ce carburant de substitution peut-il contribuer à réduire les émissions de soufre du transport maritime ? La troisième partie de la série sur les alternatives aux carburants marins examinera les possibilités.

Hydrogène

DNV GL prévoit que d'ici 2035, 39 % du mélange mondial de carburants marins sera constitué de carburants sans carbone, tels que l'hydrogène, l'ammoniac et les biocarburants. La prédiction implique également que d'ici 2050, ces carburants représenteront une part plus importante du mix que le pétrole, le GNL et la propulsion électrique.

Beaucoup de ces carburants peuvent être utilisés dans un moteur conventionnel : ils sont brûlés dans des cylindres qui mettent les pistons en mouvement. Mais il est encore plus économique et écologique d'équiper les nouveaux navires d'une pile à combustible qui convertit ces substances en énergie électrique.

L'hydrogène est l'un des carburants à fort potentiel : l'hydrogène ne produit aucune émission nocive. En outre, la technologie est prometteuse et la fiabilité est élevée, notamment dans une pile à combustible ; celle-ci offre un rendement élevé, une faible consommation de carburant et un fonctionnement silencieux. La pile à combustible n'a pas non plus de pièces mobiles, et est donc potentiellement sans entretien. Cela signifie des coûts de maintenance réduits.

Mais il y a bien sûr des inconvénients à son utilisation. L'hydrogène doit être stocké à une pression élevée, comprise entre 350 et 700 bars, à une température extrêmement basse de -253 degrés Celsius, encore plus basse que celle du GNL, ce qui crée un risque d'explosion et complique la certification des navires.

Un autre inconvénient est que l'hydrogène a une faible densité. Cela signifie que vous n'obtenez que 80 kg de carburant par mètre cube, même sous sa forme liquide la plus dense. Cela signifie que vous avez besoin de beaucoup d'hydrogène pour naviguer. Un voyage de 65 heures sur un bateau de navigation intérieure nécessite environ 37 500 litres d'hydrogène et 750 kW de puissance. En termes d'énergie, cela signifie que l'hydrogène a moins d'énergie que n'importe quel carburant.

Il y a aussi la question de la durée de vie d'une pile à combustible. Il existe des expériences avec l'hydrogène dans les voitures, mais pour une voiture, une durée de vie de 5 000 heures est suffisante ; pour un navire, c'est tout à fait différent, avec 250 000 heures.

L'Energy Observer est l'un des navires qui fonctionne déjà entièrement à l'hydrogène. Ce catamaran, qui naviguait autrefois en mer, a été entièrement transformé à cette fin. En mai 2017, l'Energy Observer a embarqué pour un voyage de six ans autour du monde. Jusqu'en 2022, le catamaran fera 101 arrêts dans divers endroits, allant des grandes capitales aux ports historiques et aux réserves naturelles.

L'Energy Observer produit son propre hydrogène à bord. Pour ce faire, il utilise de l'eau de mer qui est nettoyée à bord. Pour produire l'électricité nécessaire à la fabrication de l'hydrogène, le catamaran dispose de quelque 130 mètres carrés de panneaux solaires sur le pont, ainsi que de deux éoliennes. Il y a également un cerf-volant à bord, une aide écologique pour maintenir la "consommation de carburant" des deux moteurs électriques aussi basse que possible. Tout cela devrait permettre au navire de naviguer de manière neutre sur le plan énergétique, sans émissions nocives de CO2 ou de particules.

En Norvège aussi, des initiatives sont déjà en cours. Le gouvernement norvégien soutient un large éventail d'activités liées à l'hydrogène carburant avec des acteurs tels que l'autorité maritime norvégienne (NMA), la direction de la protection civile (DSB) et l'administration norvégienne des routes publiques (NPRA), DNV GL, les chantiers navals et les armateurs. Avec le soutien du gouvernement, NPRA a lancé un projet en 2017 dont l'objectif ultime est de construire et d'exploiter un ferry électrique à hydrogène sur la route Hjelmeland-Nesvik sur la côte sud-ouest. Ce projet a maintenant reçu le soutien financier du projet européen d'innovation FLAGSHIPS.

 

FLAGSHIPS a reçu 5 millions d'euros de l'UE pour réaliser deux navires à hydrogène à émission zéro exploités commercialement, en plus du navire en Norvège et du navire en France. À Lyon, en France, un remorqueur-pousseur à hydrogène de la Compagnie Fluviale de Transport (CFT) servira de barge sur le Rhône.

Mais là aussi, le gros problème est l'infrastructure. L'infrastructure n'est intéressante que s'il y a suffisamment de navires à hydrogène, mais tant qu'il y aura trop peu de possibilités de ravitaillement en hydrogène, il y aura peu d'incitation à développer des navires à hydrogène.

Au Japon, l'approche est différente. Ici, l'utilisation de l'hydrogène s'inscrit dans la vision du pays d'un avenir énergétique propre. Le Japon investit massivement dans l'hydrogène : le gouvernement dispose d'une feuille de route et l'industrie y travaille d'arrache-pied. À cette fin, la construction d'une installation de liquéfaction de l'hydrogène a débuté à Port Hastings, en Australie. Le projet sera réalisé par un consortium de sociétés japonaises spécialisées dans l'énergie et les infrastructures, dirigé par Kawasaki Heavy Industries (KHI) et comprenant J-Power, Iwatani Corporation, Marubeni Corporation et AGL. KHI et Iwatani dirigeront la construction à Port Hastings. Ces développements pourraient faire de Victoria un leader mondial dans l'industrie de l'hydrogène, qui connaît une croissance rapide et dont la valeur devrait atteindre 1 800 milliards de dollars d'ici 2050.

L'hydrogène est-il l'alternative au gaz ? Partie 3 de la série sur les alternatives aux carburants marins
Photo DNV-GL

 

Bicarburant

Les moteurs bicarburants offrent la possibilité de naviguer avec plusieurs types de carburant : généralement un carburant propre combiné à du diesel. Cela rend les navires dotés de ces types de moteurs très faciles à déployer. L'un des principaux arguments en faveur du développement des moteurs bicarburants est qu'ils offrent plus de flexibilité que la navigation avec un seul carburant plus propre, par exemple le GNL. Lorsque le GNL s'épuise, le navire continue à fonctionner au diesel.

La technologie bicarburant a fait ses preuves. L'avantage des moteurs bicarburants est qu'ils sont généralement assez souples pour s'adapter facilement à des carburants plus respectueux de l'environnement. Les moteurs peuvent également être convertis pour brûler du méthanol et du NH3 (provenant de sources fossiles ou renouvelables) et des carburants mélangés à de l'hydrogène.

 

L'hydrogène est le vecteur d'énergie non fossile le plus connu pour le transport maritime, mais pas le seul. Il existe plusieurs possibilités - en général, la faisabilité technique de ces substances est moins développée, mais elles ont certainement un potentiel.

L'hydrogène peut servir de base à ces électrocarburants et, compte tenu de la faible densité énergétique de l'hydrogène, il s'agit probablement d'un moyen plus efficace de l'utiliser. Les électrocarburants, également appelés carburants synthétiques, sont produits à partir de H2 et de CO2 (carburants à base de carbone tels que le diesel, le méthane et le méthanol) ou de H2 et d'azote (carburants à base d'azote tels que l'ammoniac). Dans ces cas, l'électricité renouvelable est utilisée pour la production. Les carburants à base de carbone sont des carburants prêts à l'emploi qui ne nécessitent qu'une modification limitée des moteurs et des systèmes d'alimentation en carburant pour les remplacer ou les mélanger aux carburants traditionnels. Un autre avantage des carburants électriques à base de carbone est que, comme les carburants classiques, ils peuvent avoir une densité énergétique élevée. Les carburants synthétiques nécessitent un stockage à bord similaire à celui des carburants conventionnels utilisés aujourd'hui.

La quatrième partie examinera deux de ces combustibles, l'ammoniac et le méthanol.