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Carburants alternatifs :
Energie et Mobilité
François Colet (VEDECOM) : Responsable des projets
‒ Systèmes de Charge Innovants
‒ Energie Partagée
version 13/11/2018
2 Intervenant François COLET (VEDECOM) A rejoint VEDECOM début janvier 2015 comme chef du projet Systèmes de Charge Innovants (Programme Electrification des véhicules) et aide à la mise en place du projet Energie Partagée (Programme Mobilité & Energie Partagées) Travaille depuis 2007 sur les véhicules électriques au sein de la Direction de la Recherche de Renault comme architecte système amont sur l’ensemble du périmètre véhicule Membre de différents comités de normalisation internationaux et représentant français dans les Mandats Européens sur la recharge des véhicules électriques 13/11/2018 Propriété de VEDECOM – Reproduction Interdite
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VEDECOM EN BREF : LES DOMAINES ET SES MEMBRES
3 domaines de recherche couvrant
3 enjeux sociétaux majeurs :
50 membres & partenaires issus de différentes
filières collaborent sur des sujets de
recherche précompétitive et prénormative
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VEDECOM EN BREF : NOS CHIFFRES CLÉS À FIN 2017
50
membres &
partenaires
30
110 R&D millions /an
175 collaborateurs 45 Doctorants
20 Staff Depuis 2014
> 100 publications
69 thèses
En 2017 28 brevets
14 modules de formation
120 heures animées 18 logiciels déposés
242 personnes formées
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PLAN DE LA PRÉSENTATION
1. L’hydrogène et l’électricité parmi les carburants alternatifs
2. L’hydrogène
3. Quelle stratégie hydrogène pour la mobilité électrique ?
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L’HYDROGÈNE ET L’ÉLECTRICITÉ
PARMI LES CARBURANTS ALTERNATIFS
Un carburant alternatif est un carburant ou une source d’énergie :
• Pouvant servir, au moins partiellement, de substitut aux sources d’énergie
fossiles pour le transport
• Ayant le potentiel de contribuer à la décarbonisation et l’amélioration de la
performance environnementale du secteur transport
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ENERGIES PRIMAIRES ET CARBURANTS
Fossiles Nucléaire Renouvelables
Energies
primaires
Pétrole Gaz Charbon Biomasse Solaire Eolien
Carburants Carburants
Carburants fossiles renouvelables GNV GNL Hydrogène Electricité
liquides liquides
Carburants alternatifs
Les énergies primaires fossiles, nucléaire et renouvelables permettent de produire un éventail de
carburants différents, parmi lesquels on trouve les carburants dits alternatifs.
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CARBURANTS ALTERNATIFS
Les carburants alternatifs selon l’AFID (Alternative Fuels Infrastructure Directive) :
Carburants alternatifs Carburants Carburants
principaux synthétiques en R&D
Electricité Substitut du diesel Carburants de niche
Hydrogène Substitut du pétrole
Biocarburants
Gaz naturel
GNC
GNL
Electricité, Hydrogène , GNV, bioGNV Les carburants identifiés comme
Carburants alternatifs ne nécessitant
et GNL nécessitent une prometteurs nécessiteront de
pas d’infrastructure.
infrastructure spécifique. nouveaux standards et régulations.
D’après Rodica Faucon (Renault)
L’enjeu des carburants alternatifs : l’infrastructure
• Electricité : le réseau électrique existe mais pas le point de distribution
• Hydrogène : infrastructure naissante Sécurité,
• Gaz naturel : infrastructure naissante également Maturité technologique, …
Les carburants alternatifs ne se limitent pas aux seuls électricité et hydrogène.
Des infrastructures spécifiques peuvent être requises
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CARBURANTS ET USAGES
Carburants Carburants
GNC GNL
fossiles renouvelables Hydrogène Electricité
(compressé) (liquide)
liquides liquides
Citadine ++ + ++ -- + ++
Berline
++ + ++ -- ++ +
Utilitaire léger
Bus ++ + + + ++ ++
Poids lourds ++ + - + + -
Non routiers
++ + - - - -
(tracteurs, …)
Rail ++ + - + + ++
Bateaux ++ + - + -- --
Avion ++ + -- -- -- --
D’après Shell
Les carburants fossiles et alternatifs ne sont pas adaptés aux mêmes usages de transport :
il y a diversification des carburants selon le type d’usage.
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CARBURANTS ET USAGES
Carburants Carburants
GNC GNL
fossiles renouvelables Hydrogène Electricité
(compressé) (liquide)
liquides liquides
Citadine ++ + ++ -- + ++
Berline
++ + ++ -- ++ +
Utilitaire léger
Bus ++ + + + ++ ++
Poids lourds ++ + - + + -
Non routiers
++ + - - - -
(tracteurs, …)
Rail ++ + - + + ++
Bateaux ++ + - + -- --
Avion ++ + -- -- -- --
D’après Shell
Les carburants fossiles et alternatifs ne sont pas adaptés aux mêmes usages de transport :
il y a diversification des carburants selon le type d’usage.
Propriété de VEDECOM – Reproduction Interdite11
DIRECTIVES EUROPÉENNES POUR RÉDUIRE LES ÉMISSIONS DE GES
Directives
Renewable Energy Directive (RED)
Transport : 10% d’énergie renouvelable en 2020 (pays).
Production de biocarburants & diminution des GES.
Fuels Quality Directive (FQD) Objectifs émission CO2
6% de baisse d ’émission de GES en 2020 (fournisseurs). Véhicules légers particuliers
Indice E10 pour les carburants (jusqu'à 10% de bioéthanol). 130g/km en 2015
95g/km en 2021
Type-approval of motor vehicles with respect to emissions
Mécanisme incitatif de neutralité technologique pour Véhicules utilitaires légers
• véhicules à zéro émission tels que les véhicules électriques 175g/km au 1er janvier 2016
à batterie ou à pile à combustible
• véhicules à faibles émissions (< 50 g CO2 par km).
Pénalités : 5€ pour le 1er g/km; 15€ pour le 2ème g/km; 25€
pour le 3ème g/km; 95€ pour tout g/km supplémentaire
(12
L’HYDROGÈNE
13/11/2018 Propriété de VEDECOM – Reproduction InterditeLES FILIÈRES DE PRODUCTION DE L’HYDROGÈNE
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Source : CGI
Différentes filières de production avec de nombreuses technologies possibles
Propriété de VEDECOM – Reproduction InterditeLA PRODUCTION DE L’HYDROGÈNE
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Chiffres clés Matières premières utilisées dans la production d’H
Monde (2014) • L’hydrogène produit est très
majoritairement d’origine fossile.
60 Mt Production annuelle mondiale (2014)
• L’hydrogène électrolytique est souvent
96% Part d’origine fossile un coproduit de l’électrolyse du
chlorure de sodium en solution
4% Part issue d’électrolyse • La production par électrolyse de
l’eau ne représente que 1% de
l’hydrogène produit.
Types d’H produits Impact CO2 des procédés de production
H captif1 55% de l’H produit en France Vaporeformage de gaz naturel 10kg de CO² émis/kg produit
H coproduit2 34% de l’H produit en France Gazéification du charbon de bois 22kg de CO² émis/kg produit
H marchand3 11% de l’H produit en France Electrolyse de l'eau 0,3kg de CO² émis/kg produit
1Produit dans les procédés industriels et consommés sur place 2 Issu de la production d'autres éléments chimiques
Source : IFPEN
dans d'autres procédés 3 Issu d'une production externalisée et vendue par des fournisseurs de gaz industriel
La quasi-totalité de l‘H produit aujourd'hui provient de la décomposition d'hydrocarbures. L’H peut
répondre aux objectifs de transition énergétique bas carbone à condition de décarboner sa production.
Propriété de VEDECOM – Reproduction Interdite15
LES 7 SERVICES POUR LA TRANSITION ÉNERGÉTIQUE
Favoriser le système d'énergies renouvelables Décarbonation des utilisations finales
Permettre l'intégration à Aide la décarbonation
grande échelle des énergies Distribuer l’énergie du transport
renouvelables et la dans les secteurs et
production d'électricité les régions Aide la décarbonation
des usages industriels
Aide la décarbonation du
Agir comme un chauffage et électricité des
réservoir tampon bâtiments
pour accroître la Décarbonation de la production
résilience du électrique : utilisation en
système carburant renouvelable
Source : Rapport Scaling Up, Hydrogen Council 2017
Des usages et services plus nombreux
Propriété de VEDECOM – Reproduction Interdite16
DEMANDE FUTURE ASSOCIÉE AUX NOUVELLES APPLICATIONS
Le déploiement des nouvelles applications de l’H pourrait générer en Europe en 2030 une demande annuelle de 1,8 Mt
d’hydrogène, soit le double de la consommation annuelle de la France.
Source : IFPEN
Avec le déploiement des nouvelles applications de l’H, notamment dans la mobilité, la demande en H est
amenée à explosée dans les prochaines années.
Propriété de VEDECOM – Reproduction Interdite17
PANORAMA DES INDUSTRIELS
Production H
par électrolyse
Applications
stationnaires et
mobiles
Mobilité H
Power to Gas
Services/opération
réseau
Les grands industriels investissent dans les nouvelles applications de l’hydrogène.
PMEs et startups développent des technologie de pointe avec les grands groupes et/ou labos de recherche.
Nombreux projets de démonstration.
Propriété de VEDECOM – Reproduction InterditePLAN DE DÉPLOIEMENT DE L’HYDROGÈNE POUR LA TRANSITION ÉNERGÉTIQUE 18
(PLAN HULOT)
Le plan de déploiement de l’hydrogène est organisé autour de 3 grands axes :
CO2
Créer une filière industrielle Développer des capacités de Développer des solutions zéro
décarbonée stockage des énergies émission pour les transports
renouvelables routiers, ferrés, fluviaux, etc.
N°1 : Fixer des objectifs spécifiques à N°4 : Lancer rapidement des expérimentations N°8 : Déployer des écosystèmes
l’hydrogène dans les usages industriels dans les territoires isolés territoriaux de mobilité hydrogène sur la
N°2 : Mettre en place dès 2020 un système N°5 : Identifier les services rendus par base notamment de flottes de véhicules
de traçabilité de l’H2 l’hydrogène, pour leur donner une valeur. …
N°3 : Assurer la mise en évidence de N°6 : Identifier les besoins pour le stockage N°14 : Instruire et accompagner la création
l’impact environnemental de l’hydrogène par hydrogène pour chaque zone non d’un centre international de qualification -
dans la réglementation relative aux gaz à effet interconnectée. certification de composants H2 haute
de serre N°7 : Déterminer les conditions techniques pression pour la mobilité routière,
et économiques d’injection d’hydrogène l’aéronautique, le maritime, le fluvial, le
acceptables pour les réseaux. ferroviaire.
Dès 2019, 100 M€ seront dédiés aux premiers déploiements de l’hydrogène dans l’industrie, la mobilité et
l’énergie. C’est l’ADEME qui accompagnera les projets et acteurs de la filière partout en France.
Janvier 2018 Propriété de VEDECOM – Reproduction Interdite19
LIMITATIONS DE LA FILIÈRE HYDROGÈNE
Transport & Mobilité hydrogène
Production Stockage Distribution
Infrastructure Véhicules
de recharge
> H H
96% de l’H aujourd’hui est Il est nécessaire de Au-delà de 20% d’H2 Prix des véhicules à PAC
produit à partir d’énergies travailler sur la tenue dans le réseau de
carbonées. mécanique des distribution du gaz, une Réseau d’infrastructure de
matériaux de stockage adaptation sera recharge
afin d'assurer la sécurité nécessaire.
des utilisateurs. Normalisation en cours
La filière hydrogène est en retard par rapport à la filière électrique.
Afin de garantir son développement, de très gros investissements sont nécessaires.
Janvier 2018 Propriété de VEDECOM – Reproduction Interdite20
QUELLE STRATÉGIE HYDROGÈNE
POUR LA MOBILITÉ ÉLECTRIQUE ?
13/11/2018 Propriété de VEDECOM – Reproduction Interdite21
QUELLE STRATÉGIE POUR LA MOBILITÉ HYDROGÈNE
Extrait de la rencontre avec le Conseil National pour le Débat Public (CNDP) sur la Programmation
Pluriannuelle de l’Energie (jusqu’à 2028) du 28 juin 2018 concernant le déploiement de l’hydrogène
H
Phase 1 Phase 2 Phase 3
Décarbonation de la Production d’hydrogène Utilisation de l’hydrogène
production d’hydrogène industriel via des énergies pour la mobilité
pour l’industrie renouvelable
Parité coûts de production H2 à partir Parité TCO véhicule
d’EnR vs hydrocarbure
2025 2030
La mobilité est le marché le plus compliqué pour l’hydrogène
Janvier 2018 Propriété de VEDECOM – Reproduction InterditeLES ANNONCES DE DÉPLOIEMENT D’INFRASTRUCTURE H
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Dernières initiatives annoncées Total des initiatives annoncées à ce jour
HRS = H Refueling Station
Figures : Rapport Scaling Up, Hydrogen Council 2017
Source : Air Liquide, Honda, Hydrogen Mobility Europe, H2Mobility, E4tech, NREL
Le déploiement de plus de 5000 stations de distribution d’H a été annoncé à travers le monde.
Propriété de VEDECOM – Reproduction Interdite23
VISION DE LA FILIERE DU COÛT DES FCEV ET BEV
Figure : Rapport Scaling Up, Hydrogen Council 2017
Source : Avere France, DoE fuell cell technology office, McKinsey
Assumptions: battery $100/kWh, fuel cell of 100kW with $40/kW, hydrogen tank $24/kWh,
FCEV battery with 1% of total capacity, FC to electricity efficiency 55%
En 2030, au-delà d'une capacité de 55kWh, le FCEV présenterait un coût moins important que le BEV.
Janvier 2018 Propriété de VEDECOM – Reproduction Interdite24
VISION DE LA FILIERE DU COÛT ET TCO DU FCEV ET DU BEV
Oui …
mais d’après UFC Que Choisir
Sources : Action UFC-Que Choisir Figure : Rapport Scaling Up, Hydrogen Council 2017
Coût de détention des véhicules - Gare aux idées reçues ! Sources : A portfolio of powertrains for Europe (2010)
(10/10/2018) Based on fuel price variants and sensitivities to learning curves
le TCO deviendrait équivalent à ceux du véhicule thermique et du BEV entre 2025 et 2030.
Mais peut-être une tendance à minimiser la productivité des filières concurrentes.
Janvier 2018 Propriété de VEDECOM – Reproduction Interdite25
CONCLUSIONS
13/11/2018 Propriété de VEDECOM – Reproduction Interdite26
CONCLUSIONS
1. Les acteurs de l’automobile qui viennent d’investir dans le véhicule électrique vont chercher à
rentabiliser leurs investissements avant de procéder à de nouveaux.
2. Même si les prix des technologies décarbonées permettant de produire l’hydrogène ont été
divisés par 7 en 5 ans, elles restent encore chères.
3. L’avenir de l’hydrogène dans les pays de l’OCDE semble être lié à son développement pour les
applications industrielles. Du stockage sera nécessaire et des possibilités d’avoir des
installations à proximité se feront jour. Quid dans les autres zones : Afrique ? Asie (hors
Japon, Chine et Inde) ? Amérique du Sud ?
4. Dans certaines régions du monde, la mobilité hydrogène sera une solution
économiquement meilleure que la mobilité à batterie.
5. Remarque : un véhicule pile à combustible aura toujours besoin d’une batterie donc
l’arrivée de la mobilité hydrogène ne réduira pas les investissements dans la recherche sur les
batteries.
Investir dans l’infrastructure de recharge électrique ne semble pas être menacée à court terme par la
mobilité hydrogène qui prendra du temps
Janvier 2018 Propriété de VEDECOM – Reproduction InterditeMerci de votre attention Ensemble pour accélérer les mobilités de demain !
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