Nebergall de Cummins discute de l'avenir des moteurs à combustion interne à hydrogène

Lors d'un webinaire organisé en juillet par l'Engine Technology Forum (ETF) sur les moteurs à combustion interne (IC) à hydrogène et la décarbonation, Jim Nebergall de Cummins a déclaré que la décarbonation des véhicules et des équipements nécessiterait diverses approches. Le directeur général de l'activité moteurs à hydrogène de Cummins a ajouté qu'elle nécessiterait « de multiples solutions énergétiques, notamment des moteurs à combustion avancés, des véhicules électriques à batterie et des piles à combustible. Nous avons besoin de solutions diversifiées. »

Cette philosophie est soutenue par la stratégie HELM de Cummins. Signifiant « efficacité accrue, émissions réduites, carburants multiples », Jane Beaman, responsable de l'activité routière de Cummins, a déclaré dans une vidéo publiée sur le site web de l'entreprise que cette approche permet aux clients de « prendre le contrôle de leurs déplacements. Ils peuvent choisir le type de carburant le plus adapté à leurs besoins, à leur activité et à leurs objectifs. »

Les moteurs développés dans le cadre du programme HELM sont conçus de manière à ce que la sélection d’un type de carburant, y compris l’hydrogène, nécessite le changement d’un nombre minimum de composants.

« Il est commandé à l'usine sous forme de moteur diesel, de moteur au gaz naturel ou de moteur à hydrogène », a déclaré Nebergall lors d'une interview avec Power Progress . « Cette stratégie d'investissement vise donc en partie à nous permettre d'être plus réactifs et de proposer davantage d'options au marché, car nous sommes convaincus que de nombreuses options seront nécessaires pour décarboner. »

Le moteur Cummins X15, issu du programme HELM. (Photo : Cummins)

Cependant, selon Nebergall, deux des moteurs du programme HELM — un 6,7 L et un 15 L — sont tous deux en bonne voie pour être prêts à fonctionner avec de l'hydrogène comme carburant.

« Nous testons activement ces deux moteurs dans différents endroits du monde aujourd'hui », a-t-il déclaré. « Ils sont en banc d'essai, et nous les testons actuellement sur quatre continents. »

Expérience enflammée

Ce qui rend ces moteurs à hydrogène commercialement viables est en partie l'expérience de Cummins dans la conception de moteurs à combustion interne à allumage par étincelle.

« Nous possédons plus de 20 ans d'expérience dans le domaine des moteurs à allumage commandé au gaz naturel », a déclaré Nebergall. « Il existe donc de nombreuses similitudes dans la conception du gaz naturel, mais aussi des différences, car il s'agit d'un carburant différent. Ses caractéristiques diffèrent. »

Nebergall a ajouté qu'il existe également des similitudes avec les moteurs diesel. Par exemple, l'utilisation prévue par Cummins de la technologie de combustion pauvre pour les moteurs à combustion interne à hydrogène entraîne un post-traitement similaire à celui des moteurs diesel.

« Cela signifie que le post-traitement ressemble davantage à celui du diesel, avec la réduction catalytique sélective (SCR) comme dispositif de contrôle des NOx (oxydes d'azote), contrairement aux moteurs au gaz naturel, qui sont stœchiométriques, c'est-à-dire à égalité air/carburant », a-t-il expliqué. « Ils utilisent un catalyseur à trois voies pour le contrôle des NOx. »

Solution de type diesel

Lors du webinaire de l'ETF, Nebergall a noté que les commentaires des utilisateurs finaux indiquent que la technologie IC à hydrogène est la plus similaire au diesel dans la mesure où un moteur à hydrogène « fournit la puissance, le couple — il peut fonctionner dans les environnements et les équipements existants ».

L’une des raisons est la technologie d’injection directe.

« Cela signifie qu'il y a un injecteur de carburant par cylindre, contrairement à un moteur à injection de carburant dans lequel vous injectez du carburant dans le collecteur d'admission quelque part en amont, puis le carburant est amené dans la chambre de combustion », a déclaré Nebergall à Power Progress , ajoutant que l'approche permet au moteur d'atteindre une puissance et un couple équivalents à ceux d'un moteur diesel moderne.

Décarbonisation à grande échelle

Concernant l'utilisation future des moteurs à combustion interne à hydrogène, Nebergall a déclaré que les applications les plus prometteuses seront celles qui sont difficiles à décarboner. Le marché des poids lourds est l'une des cibles prioritaires pour une adoption rapide.

« Les poids lourds parcourent beaucoup de kilomètres », a-t-il expliqué. « Cela signifie qu'ils consomment beaucoup de carburant. De plus, ils appartiennent généralement à de gros clients possédant plusieurs unités. Ces entreprises ont généralement des objectifs ESG (environnementaux, sociaux et de gouvernance) et cherchent à décarboner leur activité. »

La taille de ces flottes et leur intérêt pour l’hydrogène peuvent également contribuer à surmonter les obstacles liés à l’infrastructure de ravitaillement.

« Nous ne verrons pas de réseau de stations-service dès le premier jour », a déclaré Nebergall. « Le développement de réseaux de ravitaillement prend beaucoup de temps. » Il a ajouté que l'infrastructure de gaz naturel aux États-Unis, bien que relativement robuste, a pris environ 20 ans à se développer.

« Les grandes flottes ont la capacité de faire quelque chose dans leurs installations, dans leurs dépôts, où elles peuvent apporter l'infrastructure, apporter le carburant », a déclaré Nebergall, ajoutant que cela se traduira par une infrastructure de ravitaillement plus privée au départ.

« Le fait de l’avoir sur place et d’avoir ensuite des objectifs de décarbonisation commence à mettre en place certaines des premières applications », a-t-il déclaré.

Applications d'équipements agricoles

Les équipements agricoles constituent un autre débouché pour les moteurs à combustion interne à hydrogène. Nebergall a cité la lettre d'intention signée par Cummins avec Buhler Industries en 2022 pour intégrer les moteurs à combustion interne à hydrogène aux tracteurs Versatile.

« Il n'y a pas beaucoup de choix pratiques dans cet environnement », a-t-il déclaré. « C'est poussiéreux, c'est sale. Généralement, c'est isolé. Aujourd'hui, si on utilise du diesel, on peut utiliser de l'hydrogène, ce qui répond aux besoins de l'application. »

Selon Nebergall, l’un des défis des applications agricoles est le stockage du carburant.

« Le stockage de l'hydrogène, même comprimé et sous haute pression dans ces réservoirs en fibre de carbone, demande beaucoup d'espace », a-t-il déclaré. « L'espace nécessaire pour stocker un gallon de diesel par rapport à la valeur énergétique équivalente de l'hydrogène est considérable. »

Prochaines étapes

Nebergall a déclaré qu'en ce qui concerne les moteurs à combustion interne à hydrogène Cummins, certaines étapes supplémentaires doivent être réalisées avant leur lancement commercial.

« Nous affinons les architectures pour en faire la solution finale », a-t-il déclaré. « L'étape suivante consistera à intégrer le produit dans des applications, des véhicules, à acquérir une expérience concrète et à passer ensuite à la production. »

Le soutien réglementaire, les équipementiers intéressés par la technologie et l’infrastructure de carburant sont également essentiels à une adoption à long terme.

« En général, nous considérons que la fin de la décennie est le moment idéal pour planifier le lancement de la technologie, et c'est ce que nous visons. »

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