Hydrogène et synfuels - Avenergy Suisse
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1 Edition de printemps 2020 Hydrogène et synfuels Les carburants de l’avenir
2 3
Un proverbe chinois dit : « Quand ce n’est pas le moment, personne ne peut le
faire. Et quand le moment est venu, nul ne peut l’empêcher. »
On parle de l’hydrogène depuis plus de 20 ans. Beaucoup d’efforts ont été dé-
ployés pour favoriser cette technologie. Pendant longtemps, elle n’a guère dépassé
le stade de l’expérimentation. Les véhicules à pile à combustible fonctionnant à
l’hydrogène étaient considérés comme des produits de niche. C’est encore le cas
aujourd’hui, mais tout indique que l’hydrogène s’imposera. Non pas pour rempla-
cer, mais pour compléter les combustibles fossiles, qui resteront indispensables à
l’avenir. Et aussi le véhicule électrique à batterie, chouchou des milieux politiques.
La branche assure aujourd’hui la sécurité d’approvisionnement du secteur
de la mobilité avec l’essence et le diesel, qui ont fait leurs preuves depuis belle
lurette. Elle approvisionne quotidiennement le pays avec ces vecteurs énergé-
tiques liquides indispensables. Parallèlement à cela, elle contribue au développe-
ment de carburants neutres en CO2. Ce qui s’applique aujourd’hui à l’essence et
au diesel s’appliquera également aux alternatives neutres en CO2 à l’avenir. Les
membres d’Avenergy Suisse sécurisent ces approvisionnements.
Par rapport à la batterie, l’hydrogène offre des avantages significatifs pour
la mobilité électrique, en tant que mode de stockage de l’énergie. Notamment une
plus grande autonomie, un ravitaillement plus rapide et aussi le faible poids de
l’hydrogène en tant que vecteur énergétique.
D’un point de vue technique, les solutions utilisant l’hydrogène ne sont
adaptées à une production de masse que depuis quelques années. Cela concerne
aussi bien la production d’hydrogène par électrolyse que les piles à combustible.
Il s’avère maintenant que la technologie est prometteuse et compétitive dès
la phase initiale, notamment parce que ce vecteur énergétique est exonéré de
« Tout indique que l’hydrogène taxes. On peut supposer que les prix continueront de baisser à mesure que
la technologie s’imposera.
s’imposera. Non pas pour L’hydrogène n’est pas la seule technologie écologique sur laquelle la branche
remplacer, mais pour compléter travaille en Suisse. Il existe déjà des techniques permettant de produire du mé-
thane de synthèse renouvelable (comparable au gaz naturel), et même du diesel.
les combustibles fossiles, Elles ne sont cependant pas encore adaptées à une production de masse. Mais
qui resteront indispensables grâce à elles, des carburants totalement neutres en CO2 seront disponibles pour
l’aviation à l’avenir.
à l’avenir. »
Le moment est-il venu, pour l’hydrogène et les autres énergies alternatives, de
Dr. Roland Bilang
Directeur Avenergy Suisse compléter les combustibles fossiles ? A vous de juger !
De
l’eau Production d’électricité
renouvelable
Henry Cavendish découvre
l’hydrogène par hasard.
Wolfgang Amadeus Mozart
est âgé de 10 ans en 1766.
Mais c’est une autre histoire…
Sources d’énergie durables ans
plus tard
à l’eau
Il n’est possible de produire de
l’hydrogène climatiquement neutre
qu’à partir d’électricité de sources
renouvelables (hydraulique,
éolienne, solaire). H2O
Production d’hydrogène
Electrolyse de l’eau
par électrolyse
L’électrolyse de l’eau est un processus
consistant à décomposer l’eau en hydrogène
H2 et oxygène , grâce à un courant
électrique.
H2O La vapeur d’eau émise L’eau (H20) est soumise à un courant électrique
ient est renvoyée dans continu, ce qui a pour effet de produire de
redev
Les voitures à pile à L’eau ’eau. l’environnement. l’hydrogène (à la cathode –) et de l’oxygène
combustible ne rejettent
de l Véhicule électrique à pile (à l’anode +) qui remontent à la surface de
que de la vapeur d’eau.
à combustible H2 l’eau et sont collectés à l’état gazeux.
L’hydrogène représente exactement le double
Un véhicule électrique à pile de l’oxygène en volume.
à combustible produit sa propre
électricité à partir d’hydrogène
H2 et d’oxygène . 2H2O→2H2+O2
Réaction de l’électrolyse de l’eau
Consommation dans
la pile à combustible
Comment fonctionne une pile à combustible ?
Convertisseur
Stockage, transport et
Stockage, transport vente d’hydrogène
H2
Batterie
et vente
L’hydrogène gazeux peut être stocké et
transporté sans problème.
Réservoir Moteur électrique 1 kg de H2 produit à peu près la même
H2 quantité d’énergie que 4 litres d’essence.
Hydrogène L’oxygène
est aspiré à
Pile à combustible l’extérieur
1 kg de H2 4 l d’essence
6 Carburants produits Rapport performance/effet 7
à partir d’électricité Production d’électricité
renouvelable
Rendement Stockabilité/
Electrolyse transportabilité
de l’eau
provenant de sources
renouvelables
D’autres carburants
H2O Electrique
peuvent être (à batterie)
produits à
partir de H2
Heures
Le CO2 présent
dans l’air est Hydrogène Jours
filtré et utilisé
pour produire
un nouveau
carburant.
Méthanisation Power to Liquid
Syngas/ Semaines
PTG*
Méthanisation Power to Liquid
L’hydrogène (H2 ) est combiné (PTL)
avec du dioxyde de carbone (CO2 ) Procédé technico-chimique
pour former du méthane (CH4 ). (notamment synthèse Fischer-
4H2 +CO2 →CH4 +2H2O Tropsch) consistant à produire
des carburants liquides de Synfuel/
synthèse à partir de dioxyde PTL*
de carbone et d’hydrogène.
Mois
Hydrogène Syngas Synfuel
(méthane) (essence/diesel)
Véhicule Véhicule électrique à pile à Véhicule à gaz Moteur à explosion
*
électrique combustible H2 PTG = Power to Gas
PTL = Power to Liquid
8
« L’hydrogène : un 9
complément aux
carburants fossiles
et une alternative
aux batteries »
gie alternatifs, il faut se pencher sur le Qu’est-ce qu’une voiture à Quels sont les avantages des
En Suisse, l’hydrogène peut apporter une contribution précieuse processus de production. L’hydrogène hydrogène et comment ça marche ? véhicules à hydrogène animés
à une mobilité plus compatible avec le climat. La branche prend est un produit de masse. On en con-
somme environ 60 millions de tonnes
La voiture à hydrogène est électrique.
Comme dans les véhicules purement à
par une pile à combustible ?
Les principaux avantages sont certaine-
des mesures importantes dans ce sens, déclare Fabian Bilger, chaque année dans le monde, notam- batterie, les roues sont entraînées ment la vitesse des ravitaillements
ment dans l’industrie. La majeure par des moteurs électriques. L’électri- et l’autonomie. Notamment dans les
responsable de HHSE et directeur adjoint Avenergy Suisse. partie provient du reformage de gaz et cité provient également d’une batterie, régions froides, il est en outre intéres-
de charbon. Mais l’hydrogène ainsi dite « de traction ». Mais celle-ci est sant que le véhicule puisse être chauf-
produit n’est pas assez pur pour ali- beaucoup plus petite, donc plus légère. fé avec la chaleur résiduelle de la pile
menter une pile à combustible. Pour Elle est constamment chargée en rou- à combustible plutôt que par l’énergie
cela, on a besoin d’hydrogène produit lant, grâce au courant produit par la électrique de la batterie, afin de ne pas
Monsieur Bilger, on évoque par électrolyse de l’eau. Si l’électricité pile à combustible lors de l’oxydation pénaliser l’autonomie. Et, bien sûr,
souvent l’hydrogène dans le nécessaire est neutre en CO2, l’hydro- de l’hydrogène. vous conduisez une voiture électrique
domaine de la mobilité. Quelle gène ainsi obtenu l’est aussi. Les véhicules sont ravitaillés en hydro- avec tout ce que cela implique, comme
est l’efficience de ce gaz ? gène gazeux. La pression dans le le silence à bord, les accélérations
Fabian Bilger : 1 kilo d’hydrogène L’hydrogène n’est-il pas aussi un réservoir du véhicule est de 700 bars franches, la simplicité d’entretien et la
contient près de deux fois et demie gaz à effet de serre ? pour les voitures et de 350 bars pour possibilité de récupérer l’énergie de
plus d’énergie que 1 kilo de diesel L’hydrogène est un gaz à effet de serre les poids lourds. L’autonomie avec freinage.
ou d’essence. Ce gaz est donc un très dit indirect. Il peut prolonger la vie un plein de carburant est comparable
bon vecteur d’énergie pour la mobilité, d’autres gaz à effet de serre, en parti- à celle d’un véhicule thermique Et quels sont les avantages en
où l’on a besoin d’un maximum culier le méthane et l’ozone. Mais nous classique. Elle se situe entre 400 et termes de système énergétique ?
d’énergie avec le moins de poids parlons là de l’hydrogène qui est per- 700 kilomètres. De ce point de vue, l’hydrogène est un
possible. Mais en raison de sa légèreté du avant d’être utilisé, par exemple en
et de sa volatilité, il n’est pas si facile raison de fuites dans les systèmes de
à stocker et à transporter. A bord stockage et de transport. Après utilisa-
des véhicules, l’hydrogène est souvent tion, le gaz est déjà lié pour former de Il existe encore peu d’études
« Oui, les voitures à hydrogène sont stocké sous haute pression. Cela l’eau. Il existe encore peu d’études sur
nécessite une infrastructure appropriée l’effet résiduel de l’hydrogène sur le
sur l’effet résiduel de
désormais utilisables au quotidien. » dans les stations-service. climat s’il devenait le principal vecteur
Cette technologie est-elle
d’énergie. Des scientifiques britan-
niques ont calculé que le système l’hydrogène sur le climat
Fabian Bilger également neutre en CO2 ? énergétique mondial n’aurait que six
Directeur adjoint Avenergy Suisse
Localement – donc s’agissant de l’élec- millièmes de son impact climatique s’il devenait le principal
tricité produite par une pile à com- actuel s’il se convertissait entièrement
bustible embarquée – oui. Ce processus des carburants fossiles à l’hydrogène. vecteur d’énergie.
ne produit que de la vapeur d’eau. Ce serait un immense pas vers la neu-
Comme pour tous les vecteurs d’éner- tralité CO2.
10
Investir pour mieux 11
se diversifier
Galliker Transport & Logistics, Camion
Transport, G. Leclerc Transport, Pour Martin Osterwalder, de la station-service AVIA Osterwalder
F. Murpf, Tamoil, Chr. Cavegn AG et
Emmi Suisse. Il s’agit donc d’exploi- St. Gallen AG, l’installation de la colonne à hydrogène la plus
tants de stations-service ou de flottes,
tous très intéressés par la technologie efficace au monde représente un investissement à long terme.
de l’hydrogène. Ils se sont déclarés
prêts à mettre sur pied l’infrastructure
de stations-service en Suisse sur une
base privée et à exploiter une flotte de
camions qui utilisera ensuite cette
infrastructure à pleine capacité. L’inauguration sera donc hélas retardée. « L’énorme intérêt
manifesté ne se limite pas aux médias, il est partagé par les
Comment le réseau de stations- clients qui attendent l’ouverture de la station-service. » No-
service de H2 se présente-t-il à tamment diverses entreprises de la région. Et, depuis peu, le
l’étranger ? parc automobile de la police cantonale saint-galloise compte
Des stations-service d’hydrogène également des voitures à pile à combustible (Hyundai Nexo).
moyen gratifiant de stocker le courant. plus en plus de constructeurs auto- existent aussi à l’étranger et certains Les premiers véhicules pourront être ravitaillés à partir de
Avec le passage à une électricité de mobiles ont déjà un véhicule à hydro- réseaux sont déjà bien développés. Les mai. Martin Osterwalder se dit confiant : « Nous mettons dis-
plus en plus flottante, issue du vent et gène dans leur gamme – surtout régions les plus importantes sont la crètement l’installation en service et pensons pouvoir repor-
du soleil, et qui n’est pas nécessaire- Toyota, Hyundai, Honda et Mercedes – Californie, suivie du Japon. En Europe, ter la cérémonie d’inauguration à l’été. »
ment produite au moment où nous en ou sont très avancés dans leurs le réseau pour véhicules légers est déjà Afin de garantir en tout temps son approvisionnement en
avons besoin, nous dépendons d’un projets de développement. Le principal assez étendu, notamment en Allema- hydrogène, l’entreprise a conclu un accord de partenariat
stockage intermédiaire. Le stockage obstacle à la diffusion de cette techno- gne, où l’on dénombre près de 100 sta- Les clients attendent avec SAK (St. Gallisch-Appenzellische Kraftwerke AG) et s’est
saisonnier, en particulier – c’est-à-dire logie reste l’absence d’un réseau de tions-service. Sinon, la distribution est octroyé une part d’un électrolyseur de 2 mégawatts. L’exploi-
le fait de consommer en hiver le sur-
plus d’électricité produite l’été –, est
stations d’approvisionnement en
hydrogène. Une telle infrastructure
principalement concentrée dans des
villes comme Londres ou Copenhague.
l’ouverture. tant de la station-service produit donc lui-même l’hydrogène
dont il a besoin. Martin Osterwalder trouve cela logique :
possible à grande échelle, en Suisse, est actuellement développée en En Suisse, trois stations d’approvi- Martin Osterwalder « Dans le négoce de carburants, nous dépendons toujours des
grâce à l’hydrogène. La possibilité de Suisse par l’industrie, en étroite sionnement en H2 sont en service ac- Station-service AVIA Osterwalder St. Gallen AG fournisseurs. Mais en investissant dès maintenant dans cette
vendre de l’énergie sous forme d’hydro- coordination avec les constructeurs tuellement. Mais 20 autres sont en pro- nouvelle technologie, nous voulons aussi être impliqués
gène aide également les producteurs automobiles. jet, sur une base exclusivement privée. dans la production de H2. »
d’électricité éolienne ou solaire à En tant qu’exploitant de station-service, Martin Osterwal-
exploiter leurs installations de ma- Quand vous arrivez à Saint-Gall depuis l’ouest, par der a dû créer un modèle commercial durable. Il consi-
nière rentable. En période de bas prix
de l’électricité, les exploitants de parcs
Les piles à combustible sont l’Oberstrasse, le long de la voie ferrée, vous ne pouvez pas
manquer les deux grands silos de la station-service AVIA
dère l’hydrogène comme le complément le plus probable aux
carburants fossiles. « Une voiture électrique à batterie n’a pas
éoliens ou solaires disposent d’un
second marché permettant de vendre durables, résilientes et peuvent Osterwalder St. Gallen AG, sur votre droite. D’après Martin
Osterwalder, la colonne de ravitaillement en H2 la plus per-
besoin de station-service pour être rechargée pendant 20 mi-
nutes ou plus, cela peut se faire à domicile ou à une borne de
l’énergie à des prix plus stables. L’hydro- formante au monde y est en construction. Une douzaine de centre commercial. » En revanche, les stations-service se pré-
gène contribue donc à l’expansion des fonctionner même par des véhicules d’affilée peuvent être approvisionnés en hydro- destinent à la vente de H2.
énergies renouvelables, car il rend gène. Ce n’est qu’ensuite qu’une pression supplémentaire Selon Martin Osterwalder, les stations-service pourraient
les investissements dans ces installa- températures hivernales de −30° C. doit être générée dans le système pour assurer les ravitaille- également contribuer à la conversion de la production d’élec-
tions plus rentables et plus sûrs. ments ultérieurs, se réjouit Martin Osterwalder. « Mais c’est tricité aux énergies renouvelables, grâce à la technologie H2.
purement théorique, car on ne fait pratiquement jamais le Le courant « excédentaire » provenant des sources renouve-
Les véhicules à hydrogène sont-ils Comment ce réseau suisse plein de douze véhicules d’affilée. La colonne est donc prête lables pourrait être utilisé pour produire de l’hydrogène, mais
adaptés à un usage quotidien et de stations-service de H2 se à l’usage à tout moment. » aussi des carburants de synthèse (synfuels).
peuvent-ils remplacer les voitures développe-t-il ? L’intérêt des médias pour l’inauguration prévue le 17 avril « L’hydrogène et les carburants de synthèse résolvent en
à essence et diesel ? L’association Mobilité H2 Suisse a été 2020 a été considérable. Il y a eu plus de 60 inscriptions. « Nous partie le problème du stockage de l’électricité », Martin Os-
Oui, c’est le cas aujourd’hui. Les piles fondée dans ce but, en mai 2018. avons été dépassés », confie Martin Osterwalder. Mais le coro- terwalder n’en doute pas. Et il est convaincu aussi que le fait
à combustible sont durables et rési- Les adhérents sont des entreprises navirus a mis des bâtons dans les roues de ce projet pion- d’investir dans une station-service de H2 représente une di-
lientes. Elles fonctionnent même dans renommées : Agrola, AVIA, Coop, nier : « Certains éléments sont restés bloqués à la douane en versification importante pour son entreprise.
des milieux hostiles, par exemple des Coop Mineraloel AG, fenaco, Migrol, Italie, et les ingénieurs allemands n’ont pas pu venir travailler
températures hivernales de –30° C. De Migros, SOCAR, Emil Frey, Shell, à Saint-Gall en raison des restrictions. »
12
« Plus qu’un 13
simple label vert » pile à combustible présentent des avantages considérables
par rapport aux véhicules à batterie, notamment en termes de
distance franchissable : « L’augmentation d’autonomie d’un
poids lourd électrique à batteries se fait au détriment de la
En collaboration avec l’association Mobilité H2 et charge utile, alors que c’est beaucoup moins le cas avec
l’hydrogène. » Mark Freymüller admet que les véhicules à bat- Hyundai Motor Company et H2 Energy signent leur
H2 Energy, Hyundai Motor Company pose les jalons terie sont pertinents pour certaines applications. Mais pas
explicitement pour le trafic lourd de marchandises.
accord de Joint Venture.
d’une flotte durable de poids lourds à pile à
Le fait que le constructeur coréen entame maintenant son ment, mais aussi la garantie d’approvisionnement en hydro-
offensive poids lourds dans notre pays est aussi une décision gène neutre en CO2 (produit à partir d’électricité renouvelable,
entrepreneuriale : « Hyundai a des plans d’expansion pour ses par exemple hydraulique ou solaire). Le forfait kilométrique
combustible en Suisse, avec un modèle d’affaires camions à pile à combustible et la Suisse offre des conditions
optimales. Pour nous, cet accord de partenariat est la plaque
englobe l’exploitation complète du camion, y compris le ravi-
taillement en hydrogène. Les réparations ou le remplacement
épatant. tournante européenne dans ce domaine », explique Mark
Freymüller, qui est fermement convaincu que cela va réussir :
éventuel de la pile à combustible sont également couverts par
l’indemnité kilométrique forfaitaire, dans le cadre d’un con-
« Notre entreprise a une grande expérience de la technologie trat pluriannuel.
des piles à combustible. Cela s’applique d’une part aux voitu- Ce modèle d’affaires résout des problèmes majeurs pour
L’adresse du siège de Hyundai Hydrogen Mobility AG passe res, et d’autre part aux véhicules utilitaires, en particulier les les clients : « D’abord, Hyundai n’est pas encore bien connu
presque inaperçue dans le Glattpark d’Opfikon, entre les gar- autobus et maintenant aussi les poids lourds. » dans ce pays en tant que fabricant de camions, ce qui pourrait
deries, une pizzeria et de nombreux immeubles de bureaux. Les poids lourds Hyundai destinés au marché suisse se- dissuader certains clients d’intégrer nos véhicules dans leur
Cette société est issue d’un partenariat entre Hyundai Motor ront commercialisés sous le label de « Xcient Fuel Cell », en flotte », explique Mark Freymüller. Le principe du « paiement
Company et l’entreprise suisse H2 Energy, dont le siège social déclinaison 4×2 d’un poids total de 34 tonnes avec remorque. au kilomètre » leur permet de franchir plus facilement le pas
est situé tout près, dans la même rue. Ce qui s’y élabore pour- Les camions sont équipés d’un coffre sec ou réfrigéré, et ti- de l’hydrogène. « Et enfin, l’infrastructure n’est pas encore
rait changer considérablement le secteur de la logistique. Se- rent l’énergie nécessaire à la propulsion de deux piles à com- aussi développée que ce à quoi la technologie diesel classique
lon Mark Freymüller, son directeur, l’objectif est de faire évo- bustible de 95 kW, qui convertissent l’hydrogène et l’oxygène nous avait habitués, mais le client n’a pas à s’en inquiéter non
luer le secteur européen des poids lourds dans le sens d’un de l’air ambiant en courant électrique. Les piles à combusti- plus. » Le modèle de paiement en fonction de l’utilisation
respect durable de l’environnement, en proposant des véhicu- ble n’émettent pas de CO2, que de la vapeur d’eau. Le systè- élimine tous ces problèmes. L’objectif est de rendre le prix du
les utilitaires zéro émission. me est complété par une batterie de 73,2 kW. Selon Mark kilomètre compétitif par rapport au diesel fossile, ce qui est le
« Une opportunité formidable s’est présentée pour Hyun- Freymüller, les 34,5 kilos d’hydrogène embarqués procurent cas actuellement.
dai », explique Mark Freymüller. « Le groupe souhaitait éten- « Mais même si les prix étaient légèrement plus élevés, le
dre son secteur poids lourds au marché européen avec une passage aux camions à pile à combustible resterait avanta-
technologie prometteuse, que les autres constructeurs négli-
gent parfois. » Il fait référence à la pile à combustible, ce géné-
Le principe du « paiement geux pour les clients », estime Mark Freymüller. « Ils peuvent
ainsi rendre leur propre chaîne logistique neutre en CO2 et se
rateur qui transforme l’hydrogène en courant électrique afin
de propulser le véhicule.
au kilomètre » permet démarquer positivement de la concurrence. » Et comme cette
technologie est vraiment exempte d’émissions, elle est plus
aux clients de franchir qu’un simple « label vert ».
Aussi discrète que puisse paraître l’adresse de la société
Hyundai Hydrogen Mobility AG dans le Glattpark d’Opfikon,
L’objectif est de faire plus facilement le pas on y crée des solutions passionnantes pour l’avenir de l’indus-
trie des transports. Des solutions qui pourraient bien changer
évoluer le secteur de l'hydrogène. un jour le marché de la logistique dans toute l’Europe.
européen des poids lourds Camion à pile une autonomie dʼenviron 400 km, selon le type d’utilisation.
dans le sens d’un à combustible Le temps de ravitaillement est également comparable à celui
des poids lourds classiques.
Le modèle d’affaires de l’entreprise fonctionne selon une
respect durable de Pour Mark Freymüller, les avantages sont évidents : « Avec les approche simple, mais ciblée. Les camions ne sont pas ven-
camions à pile à combustible en particulier, il faut toujours dus, mais mis à disposition selon un modèle de paiement se-
l’environnement. garder quatre facteurs à l’esprit : les coûts, l’autonomie, la lon utilisation. Le client « loue » le parc de véhicules et paie
charge utile et le temps de ravitaillement. » Le directeur géné- par kilomètres parcourus. Hyundai s’occupe de l’essentiel.
ral de Hyundai Hydrogen Mobility AG note que les camions à Cela ne concerne pas seulement les services et l’amortisse-
14 15
Quelles sont les alternatives les
plus prometteuses ?
Pour les « pendulaires », les courtes
« La mobilité au long cours distances ou les secondes voitures du
ménage, le véhicule électrique à
présente plus de difficultés batterie est la bonne alternative. Les
trajets courts représentent jusqu’à
que les transports locaux. 70 % des déplacements. Et ils sont res-
ponsables de la majorité des émissions
polluantes, car les moteurs et les
Pour une raison évidente, pots catalytiques n’ont souvent pas
le temps d’atteindre leur température
qui est que le diesel fossile de fonctionnement. Les 30 % restants
concernent les trajets plus longs. Mais
y offre d’énormes avantages. » ceux-ci représentent environ 70 % des
kilométrages parcourus, donc égale-
ment 70 % des émissions de CO2. Dans
Christian Bach
ce domaine, nous voyons les véhicules
Chef du laboratoire Automotive Powertrain Technologies de l’Empa
à hydrogène et ceux alimentés par
des carburants de synthèse produits
à partir d’électricité renouvelable.
Monsieur Bach, sur quoi se faire sans tirer les énergies renouve- Selon vous, qu’est-ce qui est le
concentrent vos recherches en lables du seul système énergétique, car plus prometteur ? L’hydrogène, les
ce moment ? cela pourrait entraîner simplement carburants de synthèse ou les
Christian Bach : Les énergies renouve- un déplacement des émissions de CO2. batteries prônées surtout par la
lables sont un thème crucial pour En outre, la mobilité devrait générer classe politique ?
l’Empa, et en particulier celles touchant un avantage systémique pour le Chaque concept a ses avantages et
aux bâtiments et à la mobilité. Des système énergétique. Nous étudions inconvénients. Aucun ne peut répondre
démonstrateurs rendent la recherche les domaines où c’est plus facile et à toutes les demandes, en dépit de
en laboratoire plus visible pour les ceux où c’est plus difficile à réaliser. certaines affirmations. L’astuce consiste
parties prenantes et le public, et la tra- à trouver le bon système pour chaque
duisent en applications réelles. Qu’en concluez-vous ? application. Comme je l’ai déjà dit,
« Si la branche prend
La mobilité au long cours présente plus les véhicules 100 % électriques sont
Comment abordez-vous cette de difficultés que les transports locaux. avantageux pour les trajets courts et
question dans le domaine de la Pour une raison évidente, qui est que le moyens. Pour les longues distances,
mobilité ? diesel fossile y offre d’énormes avan- ils ont besoin de grosses batteries avec
Grâce à « move », le démonstrateur tages. Ce vecteur énergétique convient l’empreinte que cela implique, ainsi
le relais, il faudra
de mobilité du futur, nous coopérons à toutes sortes d’applications, des voi-
avec des partenaires de la recherche, tures aux poids lourds, en passant par
de l’économie et des pouvoirs publics les utilitaires légers, sans oublier les Christian Bach
pour montrer comment le transport engins de chantier, tracteurs, moisson- Chef du laboratoire Automotive
routier du futur pourrait fonctionner neuses-batteuses et navires, jusqu’aux
moins de politique »
Powertrain Technologies de l’Empa
sans énergie fossile. Le fait qu’Avenergy avions. Le diesel est bon marché, sto-
Suisse soit de la partie montre qu’il ckable et donc disponible 24 heures sur Christian Bach travaille depuis 30 ans
à l’Empa, à Dübendorf, dans le canton
est également important pour la 24. En outre, il se transporte facilement
de Zurich. Il y dirige le laboratoire
branche de se familiariser avec ces sur de longues distances. Etant donné Automotive Powertrain Technologies
technologies. que la mobilité au long cours est plus depuis 20 ans, après avoir été chef de
significative que la moyenne en termes groupe des véhicules à moteur légers.
Interview de Christian Bach, du Laboratoire fédéral d’essai des Quel est votre objectif ? d’émissions de CO2, nous avons inten- L’Empa est le Laboratoire fédéral
d’essai des matériaux et de recherche,
Il est d’abord d’« éliminer » les émis- sifié nos recherches sur ces modes de
matériaux et de recherche (Empa) sions de CO2 du trafic routier. Et de le propulsion.
qui dépend de l’EPF de Zurich.
16 17
Pour les « pendulaires »,
les courtes distances ou les
secondes voitures du ménage,
que de nombreux points de recharge
le véhicule électrique à batterie mêmes carburants fossiles, ceci afin
rapide qui ralentissent l’abandon des
centrales thermiques et nucléaire. Pour
est la bonne alternative. d’augmenter la part des énergies
renouvelables dans le secteur pétrolier
ces applications, les véhicules à hydro- et gazier jusqu’à atteindre 100 % d’ici
gène et les carburants synthèse sont à 2050. Cela entraînerait certes une cer-
préférables. énergies renouvelables. La Chine em- technologies deviennent incontour- taine augmentation du prix des carbu-
prunte une voie différente. nables. rants, mais – principal avantage – sur-
Depuis 2015, l’Empa exploite une station-service d’hydrogène à Dübendorf.
Quels sont les avantages et incon- tout une réduction inévitable du CO2.
vénients de l’hydrogène par rap- Comment font les Chinois ? Il semble y avoir des solutions
port aux carburants de synthèse ? Ils ne compensent pas les arrêts de techniques, mais sont-elles quanti- L’industrie elle-même devrait per. Les quantités produites devraient de mise en place. Si, par exemple,
La filière H2 a un meilleur rendement, production. Par exemple, quand fiables ? rendre les combustibles fossiles être massivement augmentées pendant l’Afrique, avec son énorme potentiel
mais aussi des coûts d’infrastructure les heures de pleine charge du photo- Oui, mais au niveau de l’application, plus chers et utiliser les fonds sup- la deuxième décennie et, au cours de solaire, pouvait satisfaire sa soif
plus élevés. Les carburants de synthèse voltaïque diminuent, le rendement de pas du vecteur énergétique. Nos plémentaires pour promouvoir les la troisième, divers concepts pourraient croissante d’énergie grâce à des
doivent être produits dans de grandes ces installations est plus faible. Nous calculs montrent qu’il existe des solu- carburants synthétiques et l’hydro- alors être développés sur une base vecteurs renouvelables et non fossiles,
usines pour être économiques, mais ils pensons qu’une approche différente tions pour une mobilité routière gène ? concurrentielle. Je suis conscient du selon l’approche décrite, cela aurait
sont plus faciles à transporter. Il s’agit est nécessaire, à savoir qu’il faut utili- neutre en CO2 qui ne sont guère plus Exactement. Si elle ne le fait pas, c’est fait que de nombreux acteurs du des conséquences très positives sur le
de choisir l’un ou l’autre, en fonction ser l’électricité excédentaire pour coûteuses que les approches actuelles le législateur qui le fera. Si les objectifs secteur ne voient pas encore ce change- changement climatique.
de la situation ! Je suis convaincu que produire de l’hydrogène ou des carbu- basées sur les carburants fossiles. en matière de CO2 ne sont pas atteints, ment en termes concrets. Mais il n’y a
nous aurons besoin de ces deux techno- rants de synthèse. Localement, on Mais il faut pour cela disposer des bons il serrera encore plus la vis, ce qui guère d’autres options pour atteindre Pourquoi la Suisse devrait-elle
logies si nous voulons passer aux éner- pourrait produire surtout de l’hydro- concepts dans le bon domaine d’app- pourrait avoir un impact négatif sur l’objectif CO2 visé. s’impliquer ?
gies renouvelables. gène. Mais comme la Suisse connaît lication, ainsi que d’hydrogène et de l’acceptation de ces mesures. Si, en Parce qu’elle dispose d’un grand
une pénurie d’électricité renouvelable vecteurs énergétiques de synthèse pro- revanche, l’industrie elle-même s’enga- Est-il raisonnable que l’Europe potentiel de développement des techno-
Pourquoi ? pendant les mois d’hiver, nous avons venant de grandes usines. Le défi geait à poursuivre la voie de la trans- ou même la Suisse fasse cavalier logies nécessaires. Dans le cadre du
Parce que nous aurons un problème également besoin d’une énergie réside dans le financement de la phase formation décrite ci-dessus, qui seul dans cette transformation, projet « move-MEGA » de l’Empa, nous
de surplus d’électricité provenant de renouvelable qui puisse venir de loin. de construction, très coûteuse. pourrait avoir la moindre objection ? pendant que le reste du monde traitons précisément de ces questions.
sources renouvelables pendant le se- Dans un avenir prévisible, il ne peut Je pense que les milieux politiques dépendrait toujours des com- Des projets similaires sont en cours
mestre estival. En Allemagne, on arrête s’agir que de vecteurs énergétiques de Quelles sont vos propositions pour seraient favorables à une approche bustibles fossiles ? dans les EPF, au PSI et dans d’autres
déjà des éoliennes faute de pouvoir synthèse, comme ceux produits par le financement de cette phase tran- interne à la branche. Vous avez raison. Même si la Suisse hautes écoles. Je suis convaincu que
injecter de l’électricité dans le réseau. exemple dans la « ceinture solaire » ou sitoire ? n’émettait plus un seul gramme de la Suisse bénéficierait d’une telle
Ces temps d’arrêt – de l’électricité non les parcs éoliens offshore. Une « taxe sur le CO2 2.0 » est néces- A quel horizon voyez-vous cette CO2, cela n’aurait aucun effet sur le démarche sous la forme d’une réduction
saire. A notre avis, elle devrait servir à évolution ? changement climatique. Sa contribu- des émissions de CO2, mais aussi sur le
financer les coûts de transformation. Si nous voulons atteindre la neutralité tion est trop faible pour cela. Mais si la plan économique, car ces technologies
Pour les longs trajets, nous voyons Cela n’implique pas forcément une in-
tervention des pouvoirs publics. Au
CO2 à l’horizon 2050, il reste 30 ans. Il
faudrait mettre en place ce changement
Suisse, grâce à sa puissance financière
et son savoir-faire technologique,
seront à l’avenir très demandées dans
le monde entier.
les véhicules à hydrogène et lieu d’une taxe sur le CO2 étatique, on
pourrait imaginer un prélèvement
pendant la première décennie et assu-
rer l’accès à des installations indus-
montrait la voie du changement, de
nombreux autres pays ayant moins de
ceux alimentés par des carburants interne à la branche pour remplacer
tous les carburants fossiles par des
trielles de grande envergure, de l’ordre
de plusieurs centaines de mégawatts.
moyens économiques pourraient lui
emboîter le pas. En effet, les coûts
énergies renouvelables d’ici à 2050. Pour cela, l’industrie devrait se regrou- baisseraient fortement après la phase
de synthèse produits à partir
Qu’avez-vous en tête exactement ?
d’électricité renouvelable. La question de savoir si l’augmentation
du prix des carburants fossiles entraî- Trois décennies jusqu’à la neutralité CO2
nera une réduction du CO2 est contro-
produite – sont néanmoins compensés. La concrétisation de vos idées versée. A l’extrême, elle pourrait aussi
Le changement s’opère/accès aux Développement de divers concepts
En 2018, les compensations se sont est-elle réaliste dans l’environne- pousser les émissions à la hausse, car grandes installations industrielles
Montée en puissance de la production
de style concurrentiel
élevées à plus de 600 millions d’euros, ment actuel ? les gens ont l’impression que la taxe
avec une tendance à la hausse. Le Si nous voulons réduire les émissions sur le CO2 leur fait payer les effets né-
nœud du problème est que sans cette de CO2 provenant des applications à gatifs. Nous considérons au contraire 2020 2030 2040 2050
compensation due à la part croissante longue distance, mais aussi celles de la que la mesure centrale doit être une Neutralité CO2
des excédents d’électricité, il n’est pas mobilité à l’électricité et à l’hydrogène trajectoire de réduction des carburants
possible de passer rapidement aux pendant les mois d’hiver, toutes ces fossiles, combinée à une taxe sur ces
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Les stations- Pour sécuriser les ravitaillements
19
service d’hydro-
en H2, il est important qu’il existe une
autre station-service H2 à proximité.
gène sont très
Où voyez-vous les plus grands défis associée varie selon le fournisseur. Comment résoudre cette difficulté ?
dans la construction et l’exploita- L’ensemble du dispositif nécessite une Pour sécuriser les ravitaillements
tion de stations-service H2 ? surface au sol d’environ 120 à 150 m2. en H2, il est important qu’il existe une
Un défi majeur est le fait qu’à ce jour, Cela n’inclut pas l’espace nécessaire autre station-service H2 à proximité.
différentes des
seul le ravitaillement en hydrogène pour manœuvrer dans la zone des L’utilisation de véhicules H2 dans le
des voitures est défini par un proto- réservoirs interchangeables, ni celui domaine logistique et pour d’autres
cole, appelé SAE J2601. L’opération est occupé par la pompe H2 et la place activités commerciales, en particulier,
contrôlée activement par une unité de de ravitaillement. requiert une disponibilité maximale.
communication. Un protocole pour Les membres de l’association H2 Mobi-
le ravitaillement des camions est en- Quelle est la garantie de dispo- lité Suisse sont en contact permanent
stations-service
core en cours d’élaboration. nibilité du H2 ? afin que les stations-service soient
L’opération d’une station de ravitaille- aussi bien placées que possible. Dans
Quelles sont les exigences en ment en H2 dépend entièrement de la première phase de l’expansion du
matière d’espace ? l’état de fonctionnement des différents réseau de stations-service H2 en parti-
L’utilisation de réservoirs de stockage éléments ; en particulier le compres- culier, un accord entre les exploitants
classiques
mobiles exige davantage d’espace. seur et, s’agissant des voitures, égale- est essentiel pour que la mobilité H2
Pour assurer un échange sans frictions, ment l’unité frigorifique. En cas de dispose de la meilleure base possible.
il faut disposer de deux emplacements défaillance d’un élément, aucun ravi-
pour les réservoirs mobiles, dont l’un taillement n’est possible. Les stations- Les stations-service H2 sont-elles
n’est pas occupé. L’accès aux réser- service classiques sont moins suscep- en nombre suffisant ?
voirs mobiles doit aussi être garanti tibles de tomber en panne, puisque la Actuellement, ce marché est couvert
à tout moment. L’espace requis pour défaillance d’une colonne peut géné- par trois fournisseurs qui ne peuvent
Il y a plusieurs défis à relever lors de la construction et de le compresseur et l’unité frigorifique ralement être compensée par d’autres. répondre à la demande croissante de
stations de ravitaillement en H2 que
l’exploitation d’une station de ravitaillement en hydrogène, dans une mesure limitée. Mais l’évolu-
tion est en bonne voie. Les lignes de
explique Roger Hausammann, le directeur technique de production seront étendues dans un
avenir proche, ce qui augmentera mas-
Coop Mineraloel AG. Outre les aspects techniques, il faut sivement la disponibilité. On peut éga-
lement supposer qu’une nouvelle aug-
prendre en compte l’espace à disposition. mentation de la demande encouragera
d’autres fournisseurs de systèmes à
adopter la technologie H2 et que, de ce
fait, ce marché évoluera positivement.
M. Hausammann, de quoi se gène est comprimé et stocké aux tages pour l’exploitation d’une station
compose une station-service H2 ? niveaux de pression adéquats. de ravitaillement en H2.
Roger Hausammann : Elle diffère
d’une station-service classique sur un Comment est-il stocké ? Quels avantages ?
certain nombre de points essentiels. Il y a plusieurs possibilités. Le sto- Il n’y a pas de perte de pression due
Par exemple, l’hydrogène ne peut pas ckage peut être fixe, à l’air libre ou au débordement comme dans un « Une station-service d’hydrogène
être simplement pompé de la citerne enterré, mais il est également possible réservoir de stockage stationnaire,
à la colonne, comme un carburant
liquide. Le H2 est un gaz comprimé,
d’avoir recours au stockage mobile
utilisé pour livrer le gaz. Au lieu de
donc pas de perte d’énergie. En outre,
le temps de livraison est considérable-
diffère d’une station-service
il ne se déplace donc que sous l’effet
de différences de pression.
production, l’hydrogène est stocké
dans le conteneur mobile à une pres-
ment réduit, puisqu’il se limite à
un échange de conteneurs. Afin que
classique sur un certain nombre de
Qu’est-ce que cela signifie
sion de 350 bars. Cela permet de dis-
poser d’environ 365 kilos d’hydrogène
la plus grande quantité possible
d’hydrogène puisse être transférée
points essentiels. »
concrètement ? par livraison. Le conteneur vide est depuis le réservoir de livraison, les Roger Hausammann
En plus d’un réservoir de stockage et échangé contre un plein. Il faut stockages stationnaires ne peuvent Directeur technique de Coop Mineraloel AG
d’une colonne de ravitaillement, nous s’attendre à ce que l’utilisation de fonctionner qu’à une pression
avons besoin d’un compresseur et conteneurs mobiles se généralise en maximale d’environ 50 bars.
d’un stockage haute pression. L’hydro- Suisse, car ils offrent plusieurs avan-20
Fonctionnement Station-service H2 à réservoir stationnaire (à l’exemple des véhicules particuliers)
Compression Passage à Compression Passage à
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dʼune station-service
à 200 bars 50 bars à 950 bars 700 bars
Production de H2 Transport de H2 Stockage de H2 Stockage de H2 Consommation de H2
d’hydrogène
par électrolyse de l’eau, avec une par semi-remorque à 50 bars dans à 950 bars dans à 700 bars dans
pression de sortie de 30 bars à 200 bars un grand réservoir un réservoir haute pression le réservoir des voitures
Station-service H2 à stockage amovible
Compression Passage
à 950 bars à 700 bars
Compresseur biles, le nombre maximum de ravitaillements dépend du mix
Une pression d’entrée la plus élevée possible est détermi- de véhicules et de la capacité moyenne du compresseur. La Voitures →
nante pour assurer le fonctionnement économique et efficace capacité peut être augmentée au moyen de compresseurs Stockage de H2 Consommation de H2
du compresseur. En termes simples, plus la pression d’entrée supplémentaires. dans un réservoir haute à 700 bars dans le
Compression pression à 950 bars réservoir des voitures
est élevée, plus le compresseur est performant. Dans les sta- à 350 bars Transport de H2
tions-service H2 actuelles, par exemple, la capacité du com- Le défi de la température par stockage amovible
à 350 bars
presseur peut tomber à 20-25 % de son maximum. Le ravitaillement en hydrogène de voitures et de poids Production de H2 Stockage de H2 Consommation de H2
Exemple : capacité du compresseur d’environ 82 kg/h lourds est identique dans son principe. Cependant, les diffé- par électrolyse de l’eau, avec une dans un réservoir haute à 350 bars dans le
pression de sortie de 30 bars pression à 500 bars réservoir des voitures
à une pression d’entrée de 350 bars, contre env. 22 kg/h à rences de pression ne permettent pas de procéder de la
25 bars, capacité moyenne d’environ 52 kg/h. Dans le cas d’un même manière, car la compression du gaz génère de la cha- Camions →
réservoir de stockage fixe, il faut s’attendre à une pression
Compression Passage
d’entrée maximale d’environ 50 bars, ce qui implique une à 500 bars à 350 bars
réduction de la capacité moyenne à environ un quart de la
capacité du compresseur mentionnée ci-dessus. Le nombre
Une station-service H2 Plan possible d’une station-service H2 à stockage amovible
maximum de véhicules pouvant être ravitaillés dépend de la
capacité moyenne du compresseur. permet de ravitailler environ Shop de la station-service Toit de la station-service
Accumulateur haute pression quatre camions et huit
L’hydrogène comprimé est stocké en deux étages de pression,
dans des réservoirs locaux : 500 bars pour le ravitaillement voitures pendant une heure
des camions et 1000 bars pour celui des voitures.
de pointe.
Colonne/ravitaillement
Le ravitaillement des véhicules est basé sur le principe de la
par stockage amovible
pression différentielle. En raison de la différence de pression leur. Cela dépend notamment des conditions techniques
Transport de H2
entre les réservoirs de stockage haute pression et le réservoir (par exemple, la température maximale des matériaux com- Pompe H2
du véhicule, le ravitaillement en H2 s’effectue sans dépense posant le réservoir du véhicule et la pression maximale auto- camions/voitures
d’énergie supplémentaire. Il ne commence qu’après vérifica- risée dans ledit réservoir, etc.). C’est pourquoi les voitures ne
tion de l’étanchéité du raccord entre le pistolet et le réservoir peuvent être ravitaillées qu’avec de l’hydrogène refroidi,
du véhicule. Après le ravitaillement, la pression présente alors que l’opération est possible sans refroidissement pour
dans le système doit être évacuée par une soupape. Sans les camions. L’échauffement dépend de plusieurs facteurs,
cette détente, la liaison entre la colonne et le véhicule ne peut en particulier la température du gaz H2 et la vitesse de com-
Conteneur de la station
de transbordement
pas être interrompue. pression. La vitesse du processus de ravitaillement dépend Groupe
On a recours à des pistolets différents pour les voitures et donc directement de l’échauffement maximal autorisé. Les frigorifique
les camions, correspondant aux niveaux de pression. Un ravi- mesures effectuées lors d’un test de ravitaillement de ca- Clôture
taillement représente en moyenne 4 kg de H2 à une pression mion ont montré que le réservoir du véhicule s’est réchauffé Transport de H2 Conteneur de la station
maximale de 700 bars pour une voiture, et environ 25 kg de de plus de 40° C. Cheminée par stockage amovible de transbordement
H2 à une pression maximale de 350 bars pour les camions. La température ambiante est un autre facteur limitant, Conteneur du compresseur,
car elle peut entraîner un échauffement du réservoir du véhi- y compris stockage
haute pression
Capacité cule. Or la pression maximale autorisée dans le réservoir ne
950 bars Clôture
En tenant compte de la durée du ravitaillement, de la quanti- doit jamais être dépassée. Lorsqu’on ravitaille un camion par
té de H2 stockée localement et de la capacité du compresseur, une température ambiante inférieure à 10° C, il faut réduire la Deux places pour conteneur de
stockage. Mais il y en a toujours un
il est possible de ravitailler au maximum environ quatre ca- quantité maximale en conséquence. seul à la fois sur place. Le conteneur
mions et huit voitures pendant les heures de pointe, dans les Stockage haute pression vide est repris au moment de la
stations-service H2 actuellement en projet en Suisse. En ser- 500 bars livraison d’un conteneur plein.
vice continu et au moment de l’échange des stockages mo-Vous pouvez aussi lire
