Des experts de l'industrie parlent de l'hydrogène pour le rail

Les applications ferroviaires font partie des nombreuses applications à l'étude pour les piles à combustible à hydrogène. L'hydrogène (H2) était à l'ordre du jour de la récente Conférence sur l'innovation ferroviaire intelligente, organisée par le Consortium canadien de recherche et d'innovation en transport urbain (CRITUC), un organisme sans but lucratif. Lors d'une séance, plusieurs experts du secteur ont discuté de la viabilité des piles à combustible pour un transport ferroviaire durable au Canada.

« Le transport ferroviaire à hydrogène apparaît comme une solution très prometteuse pour décarboniser non seulement le secteur des transports au Canada, mais aussi dans le monde entier, en particulier dans les régions où l'électrification n'est ni faisable ni rentable », a déclaré Maike Althaus, directrice générale d'Hydrogen Ontario et modératrice de la séance.

Décarbonisation au Canada

Alexandre Lampron est directeur des stratégies et du développement d'Hydrogène Québec, un organisme à but non lucratif qui se consacre au développement de l'écosystème de l'hydrogène au Canada. Il a ouvert la voie en abordant les objectifs de décarbonisation du Québec.

Le Coradia iLint d'Alstom, qui, selon l'entreprise, est le premier train de voyageurs à hydrogène en Amérique du Nord. (Photo : Alstom)

« Le Québec travaille sur plusieurs objectifs de décarbonation », a-t-il déclaré. « Une réduction des émissions de GES (gaz à effet de serre) – cible de -37,5 % d'ici 2030 – et la neutralité carbone d'ici 2050. C'est demain. »

L'objectif en matière de GES fait référence aux niveaux de 1990. Lampron a indiqué qu'à cette époque, le transport représentait près de 44 % des GES au Québec. Les données gouvernementales actuelles situent ce pourcentage à 39 % aujourd'hui.

Les objectifs du Québec reflètent ceux du Canada dans son ensemble, notamment la neutralité carbone d’ici 2050 dans le cadre de la Loi sur la responsabilité en matière de carboneutralité du pays.

Lampron a déclaré que les objectifs de décarbonisation du Québec sont soutenus par la Stratégie 2030 de la province sur l'hydrogène vert et la bioénergie, dévoilée en 2022. La stratégie vise à réduire l'utilisation des combustibles fossiles dans divers secteurs, y compris le secteur ferroviaire, en les remplaçant en partie par de l'hydrogène vert.

« La stratégie, ambitieuse mais réaliste — soyons honnêtes — fixe nos lignes directrices pour encourager la production et l’utilisation d’hydrogène vert en remplacement des combustibles fossiles. »

L'objectif spécifique de réduction des combustibles fossiles est de 1 milliard de litres d'ici 2030, ce qui correspond à 16 % de l'objectif de réduction des émissions de GES de 2030, a déclaré Lampron.

Projets ferroviaires à hydrogène

Lampron a abordé un récent projet ferroviaire H2 au Québec qui s'alignait sur les objectifs de réduction des GES de la province : un train à hydrogène Coradia iLint fabriqué par le fournisseur de mobilité verte Alstom et lancé en 2023 dans Charlevoix, une région du Québec.

En août 2023, Power Progress a annoncé que le Coradia iLint avait transporté ses premiers passagers en juin précédent et qu'il était alimenté par des piles à combustible fournies par Accelera by Cummins. Alstom a indiqué que le modèle Coradia iLint avait été lancé lors du salon InnoTrans 2016.

Le train de voyageurs Stadler FLIRT H2, mis en service à San Bernardino, en Californie, sous le nom de ZEMU (Zero-Emission Multiple Unit). (Photo : Stadler)

Lampron a déclaré que le train a beaucoup appris au Québec sur le rail électrique à pile à combustible. Non seulement les passagers ont exprimé leur curiosité à propos de l'hydrogène comme source de carburant, mais Lampron a ajouté que beaucoup ont apprécié le fonctionnement silencieux du train, « car c'est un avantage majeur par rapport aux trains diesel ».

Stadler Rail explore également l'hydrogène dans les applications ferroviaires à travers le monde. L'une de ses plus récentes réussites est le FLIRT (Fast Light Innovative Regional Train), un train électrique à pile à combustible. Ce train est arrivé à San Bernardino, en Californie, l'année dernière , en attendant sa mise en service par la San Bernardino County Transportation Authority (SBCTA).

« Le SBCTA FLIRT H2, ou ZEMU (Zero Emission Multiple Unit), vient de terminer sa période d'essais », a déclaré Kaden Killpack, chef de produit commercial chez Stadler Rail. « Il est désormais prêt à entrer en service commercial, et nous attendons l'autorisation finale de la Federal Railroad Administration (FRA) à Washington DC. »

Killpack a expliqué la conception du FLIRT.

« Le FLIRT est un véhicule très modulaire », explique Killpack. « Nous le construisons avec un groupe électrogène central, qui peut fonctionner à l'hydrogène, à la batterie ou au diesel renouvelable, pour certains de nos clients. »

Lampron a noté qu'en ce qui concerne le Coradia iLint, peu de passagers ont exprimé des inquiétudes quant à la sécurité du H2 comme source de carburant. Killpack a partagé ce sentiment.

« Un aspect très stimulant de notre projet a été la gestion de la sécurité », a-t-il déclaré. « Les véhicules sont extrêmement sûrs.

Killpack a poursuivi : « Nous travaillons sur des mesures d'atténuation pour tous les types de risques en utilisant la norme militaire américaine 882B, qui examine la probabilité et la gravité des dangers et la manière dont nous atténuons à la fois la probabilité et la gravité pour ramener les choses à des risques acceptables, et ce que nous pouvons changer dans nos conditions d'application liées à la sécurité pour garantir la plus grande sécurité sur le véhicule. »

Défis en matière d'infrastructures

Althaus a noté que malgré divers projets étudiant la viabilité de l’hydrogène pour le transport ferroviaire, des défis importants existent.

« La chaîne de valeur de l’hydrogène n’est pas encore entièrement développée, ce qui serait nécessaire pour soutenir des opérations à grande échelle », a-t-elle déclaré.

Le train à hydrogène Coradia iLint a notamment mis en évidence certains de ces défis.

« Nous constatons donc un manque d'infrastructures pour l'hydrogène », a déclaré Lampron. « Nous examinons également les coûts économiques et énergétiques. Le coût actuel est très élevé par rapport au diesel au kilomètre. »

Linde Engineering, via sa division Linde Hydrogen FuelTech, s'attaque au ravitaillement en hydrogène pour la mobilité. En 2022, le projet de l'entreprise à Bremervörde, en Allemagne, a permis de construire la première station de ravitaillement en hydrogène gazeux comprimé (cGH2) pour trains au monde.

« Il s'agit d'une première mondiale dans le sens où il s'agit de la première station de ravitaillement en hydrogène spécifiquement dédiée au ravitaillement du transport ferroviaire », a déclaré Thomas Acher, responsable de la conception et du développement des processus chez Linde.

Avec une demande quotidienne d'hydrogène de 1 600 kg (1,57 tonne), a déclaré Acher, « nous alimentons 14 trains de voyageurs à hydrogène qui sont en service dans le Land de Basse-Saxe, dans le nord de l'Allemagne. »

Comme au Québec, les trains électriques à pile à combustible qui utilisent la gare sont des Coradia iLint.

La station dispose d'une capacité de stockage maximale de 4 590 kg (4,5 tonnes) d'hydrogène, qui est fournie via une remorque.

« Mais dans la prochaine étape de ce projet, il est prévu d’avoir une production d’hydrogène à proximité qui alimente le ravitaillement en hydrogène [à partir de] là », a déclaré Acher.

Selon Acher, la mise en place de la station-service a été une expérience d’apprentissage.

« Bien sûr, nous avons eu l’occasion de tirer ces enseignements et de les utiliser pour tous les autres projets de ravitaillement en hydrogène pour véhicules lourds que nous avons menés par la suite », a-t-il déclaré.

Ravitaillement en hydrogène liquide

Parmi ces projets figure la dernière approche de Linde en matière de ravitaillement en H2 : la technologie de l'hydrogène liquide sous-refroidi, ou sLH2.

« Pour l'instant, cette technologie est destinée au transport par camion », a déclaré Acher à propos de l'approche développée en partenariat avec Daimler Truck. « Mais nous avions déjà reçu une première demande d'adaptation à d'autres formes de mobilité, notamment le train, l'aviation et la marine. »

Un camion électrique à pile à combustible Mercedes-Benz fait le plein grâce à la technologie sLH2. (Photo : Daimler Truck)

L'approche sLH2 consiste à remplir un réservoir de véhicule avec de l'hydrogène sous-refroidi à une température d'environ -247 °C (-413 °F) à des pressions allant jusqu'à 1,6 MPa (232 psi).

« Il s'agit d'une technologie de ravitaillement très simple qui offre un débit supérieur à 400 kg par heure grâce à la configuration que nous avons déjà développée et commercialisée », a déclaré Acher. « Elle présente des avantages considérables en termes de coûts d'investissement et d'exploitation. »

Selon Acher, la technologie sLH2 résout les problèmes inhérents au ravitaillement en H2 gazeux pour les applications lourdes.

« Lorsque l'on base tout cela sur un approvisionnement en hydrogène gazeux et une technologie de ravitaillement gazeux, on se heurte à des problèmes », a-t-il déclaré. « D'un point de vue logistique, il faut d'abord transférer l'hydrogène à la station. Or, à un moment donné, il devient logistiquement impossible de le faire avec de l'hydrogène gazeux, il faut donc de toute façon passer à l'hydrogène liquide. »

Acher a ajouté que même si la conversion de l'H2 liquéfié en son équivalent gazeux pour le ravitaillement est possible, il existe des applications où le ravitaillement en H2 liquide est plus judicieux.

« L'utilisation du liquide directement dans le réservoir du véhicule permet d'éviter de nombreux équipements et une grande complexité du processus côté station », a-t-il déclaré. « Cela explique l'ampleur considérable des coûts d'investissement. Il n'est plus nécessaire d'avoir des équipements de refroidissement en station. Il n'est plus nécessaire d'avoir des réservoirs de stockage haute pression. Cela joue également un rôle dans les considérations d'encombrement. »

Enfin, Acher a noté que le ravitaillement en cGH2 nécessite une fenêtre de température et de pression spécifique en dehors de laquelle le réservoir du véhicule pourrait être endommagé.

« L'hydrogène liquide est beaucoup plus fiable et stable, car le processus est beaucoup plus proche du ravitaillement en diesel ou en essence classique », a-t-il déclaré. « Il suffit d'appuyer sur un bouton pour que le liquide soit transporté de la station au véhicule, et une fois le réservoir rempli, le processus s'arrête. »

Linde et Daimler ont franchi une étape importante en février 2024 avec l'ouverture de la première station-service sLH2. Celle-ci délivre 400 à 500 kg par heure, avec des remplissages automatisés d'une durée de 12 à 15 minutes.