Évaluation du rôle de l'hydrogène comprimé dans la décarbonisation maritime

Le groupe norvégien Hexagon est réputé pour ses systèmes de carburant alternatif destinés aux véhicules utilitaires, notamment ses réservoirs composites haute pression pour le stockage de carburant à bord. En 2021, l'entreprise a créé une nouvelle division, Hexagon Purus Maritime.

En 2021, Hexagon Purus a rejoint le projet ZeroCoaster pour explorer l'hydrogène dans les applications maritimes. (Image : Hexagon Purus)

« La stratégie consistait à employer des ingénieurs ayant une formation maritime et à adapter la technologie du reste du groupe Hexagon aux applications de transport maritime », a déclaré Robert Haugen, directeur général d'Hexagon Purus Maritime.

Avant de rejoindre Hexagon, Haugen a travaillé dans le secteur maritime, notamment sur un grand navire de pêche sud-américain. Il a abordé l'utilisation de l'hydrogène comprimé pour les navires lors d'un récent webinaire de Mission Hydrogen.

« Lorsque j'ai pris mes fonctions chez Hexagon, ma motivation était de continuer à travailler pour un impact positif sur l'environnement en rendant la technologie Hexagon disponible également dans le secteur maritime », a-t-il déclaré.

Variété de navires maritimes

Selon Haugen, pour comprendre pourquoi de plus en plus de navires maritimes ne disposent pas de solutions zéro émission comme l'hydrogène comprimé, il faut commencer par définir ce qu'est un navire maritime, car il existe une grande variété de navires commerciaux. On y trouve des grands cargos, des ferries rapides, des bateaux de plaisance et des barges.

« Tous ces navires ont des formes, des consommations énergétiques et des usages très différents », a-t-il expliqué. « Ils suivent des règles et réglementations différentes. Ils transportent différents types de marchandises. Leur valeur varie. Certains navires naviguent dans des zones restreintes, tandis que d'autres traversent de vastes océans. »

Haugen a ajouté : « La complexité et les différences entre chaque navire et type de navire doivent être comprises lors du développement de systèmes de carburant à hydrogène. Par exemple, un ferry rapide aura des besoins très différents de ceux d'un vraquier. Où sera stocké le carburant ? Quelles seront les zones de sécurité ? Qui exploitera et entretiendra le système ? »

Un autre problème est qu’il n’existe pas d’instructions spécifiques concernant l’utilisation de l’hydrogène comprimé dans la plupart des types de navires.

« Chaque mode de projet passe par ce qu'ils appellent une conception de navire alternative, à travers la réglementation IMO 1455, où la tâche est de prouver par une analyse de sécurité que le système de carburant à hydrogène comprimé est aussi sûr ou plus sûr que les systèmes de carburant existants », a déclaré Haugen.

Comprendre les cycles de service

Le type de navire n'est pas la seule source de diversité. Les navires opèrent sur un spectre de cycles de service qui doivent être pris en compte lors de la conception de l'hydrogène comprimé.

Bureaux d'Hexagon Purus Maritime à Ålesund, Norvège. (Photo : Hexagone Purus)

« L'hydrogène comprimé prend beaucoup de place à bord, bien plus que le diesel classique », a expliqué Haugen. Il a ajouté que, pour la plupart des navires diesel, le carburant est stocké au fond de la coque, qui sert de ballast et stabilise le navire.

« Dans certains cas, on peut faire le plein de carburant pendant des mois », a-t-il déclaré. « Aujourd'hui, le schéma opérationnel consiste donc à ravitailler le navire et à l'oublier pendant longtemps. »

Cela ne doit toutefois pas nécessairement être le cas, a déclaré M. Haugen, car de nombreux navires ne fonctionnent pas pendant de longues périodes sans pouvoir se ravitailler régulièrement en carburant.

« Certains navires longent la côte ou remontent et descendent un fleuve », a-t-il expliqué. « Nombre d'entre eux consacrent beaucoup de temps au déchargement ou au chargement de marchandises. Ces navires sont particulièrement adaptés à l'hydrogène comprimé. »

Néanmoins, l’adoption de l’hydrogène comprimé nécessite un changement d’état d’esprit parmi les propriétaires et les exploitants de navires maritimes.

« Nous devons tenir compte du fait que de nombreux propriétaires de navires ont procédé de la même manière en matière de ravitaillement en carburant depuis des générations », a déclaré Haugen.

Il existe néanmoins des exemples de réussite.

« Nous avons deux ferries à seulement 50 minutes de notre bureau sur la côte ouest de la Norvège », a-t-il déclaré. « La traversée ne dure que 23 minutes. Les deux ferries précédents consommaient 80 litres de diesel pour traverser le fjord. Aujourd'hui, deux ferries entièrement électriques effectuent la même traversée en consommant 480 kWh. »

Selon Haugen, les ferries se rechargent à chaque extrémité de leur trajet en seulement six minutes à l'aide d'un chargeur de 6 MW.

Le ferry pourrait toutefois bénéficier d'une autonomie accrue s'il fonctionnait à l'hydrogène comprimé. Haugen a déclaré qu'il pourrait fonctionner toute la journée – effectuant 44 traversées – sans ravitaillement, grâce à un réservoir de carburant de la taille d'un conteneur de 40 pieds environ.

« Ce ferry ne circule pas en pleine nuit, un moment idéal pour faire le plein », a-t-il déclaré. « C'est un exemple de la nécessité de repenser nos modes d'exploitation pour favoriser une exploitation zéro émission. »

Focus sur l'efficacité énergétique

Selon Haugen, la conception d'un système à hydrogène comprimé implique d'évaluer la consommation d'énergie à bord du navire. Heureusement, l'industrie a fait de grands progrès en matière d'efficacité énergétique.

« La tuyère sur l'hélice, l'optimisation de la coque, l'écrêtement des pointes de consommation grâce aux batteries et la récupération de chaleur sont autant d'améliorations majeures de l'efficacité énergétique que l'on retrouve aujourd'hui sur les navires », a déclaré Haugen. « C'est une bonne nouvelle pour tous les nouveaux carburants zéro émission dont la densité énergétique est inférieure à celle des carburants traditionnels. Un kilogramme d'hydrogène permet d'aller plus loin si l'efficacité énergétique est optimisée. »

Envisager toutes les solutions

Lors de l'évaluation de la pertinence de l'hydrogène comprimé pour un certain navire, Haugen a déclaré qu'Hexagon est conscient de l'ensemble du spectre de puissance à zéro émission.

Bouteilles de carburant haute pression dans les bureaux d'Hexagon Purus Maritime. (Photo : Hexagon Purus)

« Si c'est possible, du point de vue du navire et de son profil opérationnel – y compris la disponibilité du réseau électrique – nous suggérons toujours un fonctionnement sur batterie », a-t-il déclaré. « C'est la façon la plus efficace d'utiliser l'énergie. »

Néanmoins, Haugen a noté que la plupart des navires sont trop grands pour qu'une solution électrique à batterie (BE) soit envisageable, et pour beaucoup, la recharge efficace est une préoccupation.

« Lorsque l’énergie de la batterie ne suffit pas, l’hydrogène comprimé entre en jeu », a-t-il déclaré, ajoutant qu’après l’énergie BE, l’hydrogène comprimé est la source d’énergie zéro émission la plus efficace.

Haugen a énuméré divers navires pour lesquels l'hydrogène comprimé constitue souvent une bonne solution. Il s'agit notamment des navires à passagers, des ferries et des ferries rapides, des navires rouliers, des barges fluviales, des navires de service et de ravitaillement, des transporteurs de poisson, des cargos et de « tous les navires dont l'exploitation côtière est prévisible et dont l'intervalle entre les ravitaillements est de deux jours maximum ».

La complexité des navires demeure un facteur limitant, a-t-il ajouté. Les navires ayant des besoins énergétiques plus importants peuvent utiliser d'autres combustibles à base d'hydrogène, comme l'hydrogène liquéfié.

« On perd plus d’énergie avec l’hydrogène liquide, mais il prend moins de place en plus grande quantité », a déclaré Haugen.

Pas de solution miracle

Quelle que soit la solution, Haugen a déclaré que des solutions d’énergie maritime à zéro émission sont nécessaires de toute urgence.

« Nous devons dialoguer avec les armateurs, les concepteurs et les chantiers navals afin de les informer de ce qui est possible et de ce qui ne l'est pas », a-t-il déclaré. « Nous devons comprendre les différences entre les navires, leurs besoins et leurs limites. »

Haugen a ajouté que les carburants alternatifs tels que l’hydrogène comprimé serviront un objectif unique dans le secteur maritime.

« Il n'existera pas de carburant miracle pour l'avenir, contrairement au diesel qui a pu alimenter l'ensemble du marché jusqu'à présent », a-t-il déclaré. « L'hydrogène vert jouera un rôle important. »