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Les défis du ravitaillement des camions à hydrogène par temps extrêmement froid
03 juin 2024
L'Association canadienne des transports motorisés de l'Alberta a mené une étude sur l'utilisation de camions bicarburants hydrogène-diesel et de véhicules à pile à combustible (FCEV) par grand froid. Cet article se concentre sur les défis de ravitaillement qu'elle a mis en lumière.
L'Alberta Motor Transport Association (AMTA) est un organisme sans but lucratif qui représente plus de 75 % des plus de 24 000 transporteurs commerciaux de l'Alberta, au Canada. Outre son soutien à l'éducation, à la formation et à la défense des droits de ses membres, elle se concentre également sur la recherche et l'innovation.
Image : alphaspirit via Adobe Stock« Nous souhaitons accélérer les technologies qui améliorent la sécurité, étendent l'efficacité opérationnelle ou soutiennent la gestion environnementale pour l'industrie du transport commercial », selon le site Web de l'AMTA.
Lors d'un récent webinaire de Mission Hydrogen, l'AMTA a présenté des recherches sur l'une de ces innovations : l'utilisation longue distance de camions à hydrogène dans les conditions de froid extrême de la province. Cela comprend les véhicules bicarburants hydrogène-diesel ainsi que les véhicules électriques à pile à combustible (FCEV).
Selon le présentateur du webinaire, Jamie King, qui travaille dans la recherche et l'innovation pour le groupe industrie et développement de l'AMTA et est l'expert en la matière de l'AMTA concernant les camions à hydrogène, l'association a effectué des essais avec plus de 20 transporteurs utilisant des camions à double carburant Hydra Energy, des FCEV Hyzon et des FCEV Nikola.
En ce qui concerne la technologie bicarburant hydrogène-diesel en particulier, King a déclaré qu'une des raisons pour lesquelles l'AMTA s'est concentrée sur ce sujet est d'aider les flottes à effectuer une transition relativement rentable vers des solutions routières plus durables.
« De nombreuses flottes ne peuvent pas se permettre de passer directement à l'électrique à pile à combustible, compte tenu du coût d'un véhicule neuf », a-t-elle déclaré. « Or, la bicarburation hydrogène-diesel permet de mener à bien la vie utile de votre flotte actuelle. Au Canada, pour environ 60 000 $ à 70 000 $, vous pouvez moderniser votre camion actuel pour le rendre bicarburant diesel. »
Fonctionnement par temps froid
Lors de ses essais, l’AMTA s’est particulièrement intéressée à comprendre les défis propres à l’exploitation de ces véhicules dans les environnements canadiens.
« Au Canada, une chose est devenue préoccupante : beaucoup de véhicules sont produits aux États-Unis et en Europe », a déclaré M. King. « Ceux que nous recevons sont généralement fabriqués aux États-Unis et conçus pour des charges plus légères, des distances plus courtes et des températures plus clémentes. »
Elle a ajouté qu’en conséquence, l’AMTA cherche à « albertainiser » les camions qu’elle reçoit des États-Unis et de l’étranger.
« Nous prenons vraiment davantage en compte les températures froides que les températures chaudes », a déclaré King. « Nos camions Nikola viennent d'Arizona, où ils doivent tenir compte des températures plus élevées. Ils prévoient des températures de +40 °C (104 °F), tandis que nous, nous prévoyons des températures de -40 °C (-40 °F). »
Selon King, l'approvisionnement en hydrogène des camions est un défi unique lié à la température. Ce problème est en partie dû à la pureté requise pour les véhicules à pile à combustible.
Besoins en carburant
« L'hydrogène de qualité pile à combustible doit être pur à 99,999999 % », a-t-elle expliqué. « S'il n'est pas aussi pur, il peut compromettre l'intégrité des piles à combustible du camion. Et généralement, cela signifie que la teneur en eau est plus élevée si cette pureté est diluée. »
Le type de buse de ravitaillement en hydrogène affecte l'accès au carburant et le temps de ravitaillement
Lors du ravitaillement d’un camion à hydrogène, le type de buse — débit élevé ou faible — est une considération importante.
« La plupart des camions électriques à pile à combustible nécessitent un débit élevé, tandis que de nombreux camions diesel bicarburant nécessitent un faible débit », explique Jamie King, chercheur et innovation à l'Alberta Motor Transport Association (AMTA). « Cependant, changer de buse entre deux remplissages n'est pas pratique. Et ce n'est pas simple : cela prend du temps et c'est un peu laborieux. »
En conséquence, de nombreux conducteurs de camions à double carburant hydrogène-diesel les équipent d'une buse interchangeable pour pouvoir faire le plein avec un débit élevé, a déclaré King.
« Cela leur permet de remplir plus d’endroits et de ne pas être limités par le type de buse », a-t-elle déclaré.
Selon King, l’autre avantage de l’utilisation d’une buse à haut débit est que le ravitaillement prend moins de temps.
« Un remplissage avec une buse à faible débit peut prendre plus d'une heure », a-t-elle déclaré, « et c'est quelque chose que les conducteurs doivent vraiment prendre en considération : le fait qu'ils doivent prévoir ce temps pour faire le plein et se rendre à la station-service. »
Dans de nombreux cas, les opérateurs utilisant des pistolets à faible débit peuvent programmer des heures de ravitaillement spécifiques. Cela peut toutefois compliquer la planification des trajets.
« Ils doivent donc planifier leurs itinéraires de manière très détaillée pour s'assurer qu'ils prévoient le temps nécessaire pour se rendre au site de remplissage, le temps nécessaire pour le remplissage, puis le temps nécessaire pour revenir à leur destination. »
King a déclaré que la pureté — six neufs — n’est pas aussi critique pour un camion à double carburant.
L'AMTA collabore avec Suncor Énergie, basée à Calgary, en Alberta, pour fournir l'hydrogène nécessaire aux camions participant aux essais, a déclaré M. King. Suncor fournit à l'AMTA une station-service d'hydrogène de 350 bars, permettant ainsi à tous les véhicules à pile à combustible (FCEV) de s'y ravitailler.
« Les camions diesel à double carburant peuvent également s'y ravitailler car ils n'ont pas besoin du même niveau de pureté », a déclaré King.
De plus, M. King a indiqué que l'AMTA a inauguré un nouveau ravitailleur modulaire à Nisku, en Alberta, juste à l'extérieur d'Edmonton. Ce ravitailleur est approvisionné par l'usine de production de Suncor à Edmonton.
« Ce nouveau ravitailleur est capable de fournir de l’hydrogène de qualité pile à combustible à 700 bars, ce qui représente une nette amélioration par rapport aux 350 bars disponibles chez Suncor », a-t-elle déclaré.
King a ajouté que les camions nécessitant de l'hydrogène à 700 bars et ravitaillés à 350 bars ne peuvent se remplir qu'à moitié. « Cela peut être très contraignant, compte tenu des distances parcourues en Alberta. »
Défis à basse température
Selon Mme King, une température de -20 °C (-4 °F) est le seuil à partir duquel les camions à hydrogène ont tendance à tomber en panne ou à sous-performer. Concernant le ravitaillement en carburant, elle a expliqué que des températures aussi basses peuvent compromettre le fonctionnement du module de transfert de gaz (GTM).
« L'utilisation du GTM par temps froid devient capricieuse, et si les camions ne peuvent pas faire le plein, ils ne peuvent évidemment pas rouler », a déclaré King. « Le GTM ne fonctionne tout simplement pas par grand froid, ce qui, comme nous l'avons constaté, devient problématique dès -20 °C. »
Un autre problème est de maintenir la pureté six-neuf requise pour les piles à combustible à hydrogène.
« L'autre problème qui entre en jeu lorsque la température descend en dessous de -20 °C est la teneur en eau de l'hydrogène, comme je l'ai mentionné », a expliqué King. « La condensation gèle instantanément, puis, une fois accumulée dans les conduites et en mesure de se réchauffer, même momentanément, l'eau dilue la pureté de l'hydrogène, ce qui signifie qu'il n'est plus de qualité pile à combustible. »
Lorsque cela se produit, a déclaré King, il n’y a pas d’autre choix que d’attendre que le temps se réchauffe suffisamment.
« Lorsque nous obtenons de l’hydrogène dont la pureté est inférieure à celle des piles à combustible, nous ne pouvons pas faire grand-chose pour réellement atténuer ce problème jusqu’à ce que nous puissions tout purger », a-t-elle déclaré.
Selon King, de nombreuses tentatives ont été faites pour atténuer ce problème lié au froid. « Mais au final, il est tout simplement difficile de se protéger de ce froid glacial. »
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