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Avion à hydrogène: le gâteau dans le ciel?


Cet article est le troisième de la série FT sur la question de savoir si l’hydrogène peut contribuer à réduire les émissions dans toutes les industries, du transport à la construction.

L’usine d’engrais Apix au large de West Palm Beach, en Floride, a été l’un des grands échecs de la guerre froide. Construit à la fin des années 1950, il est la façade de la plus grande usine d’hydrogène liquéfié au monde et fait partie d’un projet secret visant à développer un avion espion à hydrogène.

Deux ans après le lancement du projet Suntan, il a fermé ses portes. Les défis de la livraison avion propulsé à l’hydrogène a la bonne taille et la gamme est trop grande.

Plus de 60 ans plus tard, l’hydrogène est revenu dans le programme aérospatial, même si bon nombre des défis auxquels est confronté le projet Suntan demeurent. Cette fois, le débat n’est pas animé par les rivalités de la guerre froide mais par la nécessité de s’attaquer à l’un des défis les plus urgents auxquels est confrontée l’industrie de l’aviation commerciale: comment réduire radicalement le rôle du réchauffement climatique d’ici 2050, alors que de nombreux pays s’engagent à être neutre en carbone dans le cadre de l’Accord de Paris.

« L’hydrogène est l’une des technologies qui nous ont amenés là-bas », a déclaré Grazia Vittadini, directeur technique d’Airbus. le plan de relance Covid-19 d’une valeur de plusieurs milliards d’euros, visant à verdir l’économie de l’Union.

Cependant, tout le monde ne partage pas la conviction d’Airbus que les obstacles rencontrés par le Projet Suntan peuvent être surmontés d’ici 2050. Ces obstacles maintiennent sa stabilité en tant que carburant de fret. Non, ainsi que l’expédition et le stockage.

Rival Boeing est plus prudent. «Notre conviction est qu’il faudra un certain temps pour que toute la technologie et tous les éléments de propulsion à l’hydrogène soient finalisés avant que nous puissions le faire. . . Selon Sean Newsum, directeur de la stratégie environnementale chez Boeing Commercial. « Notre conviction est que les carburants d’aviation durables sont une priorité plus élevée à court terme. »

L’aviation reste l’une des industries les plus difficiles à décarboniser. Rien ne favorise un avion commercial efficace et économique comme les combustibles fossiles.

Avant qu’une pandémie n’atteigne les flottes de passagers dans le monde, l’aviation occupait environ 2,4% des émissions mondiales. Comprend des effets autres que le carbone comme les oxydes d’azote et les agents de contraste – stries glacées laissées après le réveil de l’avion – environnements aérospatiaux impacter augmenter d’environ 3,5%, selon l’équipe de recherche sur l’air et le climat de l’Université métropolitaine de Manchester.

À mesure que d’autres secteurs progresseront plus rapidement pour réduire leur impact carbone, la part de l’industrie du transport aérien augmentera. Bien que la quantité d’émissions de CO2 par vol passager ait diminué 54 pour cent depuis 1990 grâce à de meilleurs moteurs et des performances améliorées, Volume total augmenté de 34% au cours des cinq dernières années en raison de l’augmentation du trafic aérien.

Dans ce contexte, l’hydrogène semble attractif. Avec trois fois la densité énergétique du kérosène, il promet non seulement de neutraliser le carbone pur, mais également de ne pas émettre de CO2. L’hydrogène peut également être utilisé pour créer un carburant synthétique durable, en se combinant avec du carbone obtenu à partir de l’air.

La preuve technologique n’est pas le problème. Un Tupolev-155 russe a volé à l’hydrogène liquide en 1988. Le mois dernier, KLM a été achevé premier vol utilisant la fusion.

Cependant, les deux formes ont des limites qui remettent en question leur viabilité commerciale. L’hydrogène liquide, plus facile à stocker à bord que le gaz, doit être conservé -253C ou ça bout. Les réservoirs pour le stocker sont non seulement plus lourds, mais aussi quatre fois plus grands que les réservoirs de carburant conventionnels. Cela impose des limites de portée et de capacité que l’aviation commerciale peut être difficile à accepter. Les systèmes de piles à combustible à hydrogène présentent également des problèmes de poids.

Un dirigeant de moteurs aéronautiques estime qu ‘«il faudrait retirer 25% des passagers» d’un avion monocouloir conventionnel pour le rentrer dans les réservoirs de carburant.

Le graphique donne un aperçu des endroits où l'énergie à faible émission de carbone et sans carbone peut être déployée dans l'industrie de l'aviation commerciale.  Cela prouve que l'hydrogène ne jouera pas un rôle majeur dans la réduction des émissions de l'aviation d'ici 2050, la majorité provenant de carburants d'aviation durables.

Même les bailleurs de fonds les plus importants ont admis que les premières technologies de l’hydrogène seraient limitées aux jets plus petits et à plus courte portée. «Le point d’intersection est probablement autour. . . Taille 100 places », a déclaré Val Miftakhov, fondateur de ZeroAvia, une startup basée en Californie qui développe des systèmes de tramway à hydrogène pour les avions. «En dessous, vous avez accès à la conception des avions existants mais avec certaines contraintes de mission.

Par exemple, un avion transportant 20 passagers peut voler à environ 500 nœuds, contre 1 000 nm obtenus avec des combustibles fossiles, a-t-il déclaré. Près de la moitié de tous les vols sont inférieurs à 500 nm, a-t-il ajouté.

Le résultat est qu’il est peu probable que l’hydrogène – comme les batteries électriques – desservira le segment de l’aviation le plus sale d’ici 2050, et non sans une refonte radicale de l’avion. Les vols de plus de 1500 km représentent environ 80% de l’empreinte carbone de l’industrie les émissions, selon le Industry Air Transport Action Group.

«Il est clair que le segment longue distance ne pourra pas voler avec des carburants zéro émission, a déclaré Airbus Vittadini, même si elle n’exclut pas que cela puisse changer à mesure que la technologie se développe.

Mais même pour les jets à courte portée, le déploiement de l’hydrogène nécessiterait des milliards de dollars investis dans les infrastructures, le transport et le stockage. Les compagnies aériennes peuvent également faire face à une complexité opérationnelle accrue et à des coûts plus élevés de la part de flottes mixtes.

« La transition vers l’hydrogène direct ajoutera des décennies à la transition », a déclaré David Joffe, de la Commission britannique sur le changement climatique, qui conseille le gouvernement.

Consommation de carburant d'aviation

Les carburants synthétiques ne sont pas non plus simples. La création de soi-disant énergie électrique sous forme de liquides ou de carburants électroniques nécessite d’énormes quantités d’électricité verte, ce qui les rend très coûteuses – et nécessite des investissements massifs à la fois dans la production d’énergie renouvelable et dans le carburant. Les carburants synthétiques émettent également du carbone, mais seulement ce qui a été prélevé dans l’atmosphère.

«Les coûts de ces carburants électroniques dans les années 2030 pourraient être aussi bas que les biocarburants bon marché d’aujourd’hui», a déclaré Daniel Riefer, partenaire aéronautique chez McKinsey. « Mais vous ne pouvez pas évoluer tout de suite. »

Le carburant électronique a un gros avantage. Tout comme les biocarburants propres, ils peuvent être déposés dans le réservoir de l’avion d’aujourd’hui et utiliser l’infrastructure de carburant existante.

«L’avantage des carburants d’aviation durables est que nous n’avons pas à changer beaucoup», a déclaré Russ Dunn, directeur technique de GKN Aerospace. GKN travaille sur la technologie de propulsion à l’hydrogène et les carburants durables. Dunn a déclaré qu’un certain nombre de solutions seraient nécessaires pour maintenir la flotte mondiale opérationnelle. «Il y aura des avions conventionnels qui voleront pendant des décennies. Si nous pouvons permettre à ces gens de brûler plus de combustibles durables que de combustibles fossiles, cela doit être une bonne chose. « 

Roland Gerhards, directeur du centre de recherche allemand ZAL pour l’aviation appliquée, a déclaré que davantage de travail devait être fait pour déterminer le coût réel – à la fois financier et environnemental – des carburants durables par rapport au vol à hydrogène.

Une propulsion à l’hydrogène peut ne pas émettre de carbone, mais elle émettra plus de vapeur que le kérosène, contribuant peut-être au contraste. L’hydrogène ne réduit pas non plus complètement les oxydes d’azote.

«Nous sommes aux premiers stades de la compréhension de ces technologies», a déclaré Gerhards. «Nous faisons des recherches. Nous devons être honnêtes et dire que nous n’avons pas de réponses.

Capitales du climat

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Paul Stein, directeur de la technologie chez Rolls-Royce, a déclaré que les avantages procurés alimentent le débat sur l’hydrogène et les carburants durables. « Beaucoup de gens veulent rester dans le statu quo et faire voir aux autres une toute nouvelle industrie dans laquelle ils peuvent entrer », a-t-il déclaré. La réponse, a-t-il ajouté, ne serait pas ceci ou cela, mais une combinaison.

Les compagnies aériennes surveillent le débat de près. David Morgan, chef des vols d’easyJet, a déclaré que la compagnie aérienne à bas prix prendrait les devants lorsque l’avion à hydrogène arriverait enfin sur le marché.

Avec la majorité des routes en Europe à moins de 1 500 kilomètres de distance, l’hydrogène pourrait être viable. « Je veux penser que d’ici 2035, easyJet a commandé son premier lot d’avions court-courriers à émissions atmosphériques », a déclaré Morgan. « En fin de compte, l’objectif doit être de tendre vers zéro émission dans l’environnement ».

Mais la CCC britannique ne pense pas que la technologie fera une grande différence d’ici 2050. «Nous ne sommes pas optimistes quant à l’hydrogène dans l’industrie aéronautique», déclare Joffe. « En termes d’émissions, les vols long-courriers sont bien plus importants. »

Série FT: Hydro – Illusion ou carburant du futur?

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En privé, l’exploitant aérospatial a donné son accord. Mais ils savent aussi qu’avec autant de financement gouvernemental pour l’hydrogène, il y a un risque que des étrangers perturbent les modèles commerciaux qui définissent l’aérospatiale mondiale depuis des décennies.

« Il y a une nouvelle façon de penser à l’ensemble du système de propulsion », a déclaré un haut responsable français de l’aérospatiale. «Utilisation de réfrigérants [ultra-low temperature] Le carburant en vol est en quelque sorte un facteur qui change la donne. »

Paul Eremenko, ancien CTO chez Airbus et United Technologies, et fondateur de la startup logistique Universal Hydrogen, veut être l’un de ces perturbateurs.

«Il est très difficile d’amener l’industrie à faire cela de l’intérieur parce qu’elle a un état d’esprit progressif», a-t-il déclaré. « Cela nécessite un changement de paradigme, un changement perturbateur, et il est plus facile de le faire comme une objection extérieure que de le faire de l’intérieur. »

Cependant, même les opérateurs historiques conviennent que l’hydrogène trouvera sa place dans l’industrie de l’aviation commerciale à long terme.

« Quelque part, l’hydrogène pourrait jouer un rôle et nous serons prêts », a déclaré Michael Winter, membre senior de la technologie de pointe au conglomérat américain de moteurs aérospatiaux Pratt & Whitney. «Mais l’hydrogène sera vraiment difficile. Pas insurmontable, mais vraiment difficile.

La couleur de l’hydrogène arc-en-ciel

© Christopher Furlong / Getty Images

Hydrogène vert Créé en utilisant de l’électricité propre à partir de technologies d’énergie renouvelable jusqu’à l’eau électrolytique (H2O), séparant l’atome d’hydrogène à l’intérieur de son oxygène à double molécule. Maintenant très cher.


Hydrogène vert Produit avec du gaz naturel mais avec l’empreinte carbone captée et stockée ou réutilisée. La quantité de production est négligeable en raison du manque de projets d’exploitation.


Hydrogène gris C’est la forme la plus courante de production d’hydrogène. Il est produit à partir du gaz naturel par le métabolisme du méthane par la vapeur, mais il ne recueille pas les gaz d’échappement.


Hydrogène brun Le moyen le moins cher de produire de l’hydrogène, mais aussi de nuire à l’environnement, consiste à utiliser l’énergie thermique au charbon dans le processus de fabrication.


Hydrogène turquoise Utilisez un processus appelé pyrolyse du méthane pour créer de l’hydrogène et du carbone solides. Non prouvé à grande échelle. Les préoccupations entourent les fuites de méthane.

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