L'avenir des stations de ravitaillement

Parlons hydrogène - L'avenir des stations-service

15 avril 2024 par Stephen Learney et Neil McPherson

Comment exploiter une station de ravitaillement en hydrogène de manière efficace et fiable ?

Il est juste de dire que toutes les premières stations déployées dans le domaine public ont connu des problèmes d'efficacité et de fiabilité.

Les principales raisons en sont que la technologie de traitement de l'hydrogène disponible n'a pas été conçue à l'origine pour l'environnement d'une station de ravitaillement, en combinaison avec certaines propriétés uniques de l'hydrogène gazeux lui-même.

Tout d'abord, la densité énergétique de l'hydrogène est inférieure à celle de l'essence ou du diesel. Cela signifie que si vous remplissez le réservoir de votre voiture à essence avec de l'hydrogène, vous aurez moins d'énergie stockée qu'avec de l'essence. Pour obtenir la même énergie et donc la même autonomie, l'hydrogène doit être comprimé et stocké sous haute pression, un peu comme le GNC, mais à une pression plus élevée.

La pressurisation, le stockage et le déplacement de l'hydrogène sous haute pression nécessitent une gamme de technologies qui, bien qu'existant depuis longtemps, n'ont jamais été fabriquées en grandes quantités ou n'ont jamais été soumises aux exigences opérationnelles à haute fréquence, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, 365 jours par an, requises pour une station de ravitaillement en carburant.

Cela dit, la technologie disponible évolue en permanence et, à ce jour, pendant cette période d'apprentissage, les incidents ont été heureusement très rares - en fait beaucoup plus rares que lorsque les stations-service ont commencé à apparaître dans le public (par exemple, la National Fire Protection Association a rapporté en 2018 plus de 5 000 incendies de stations-service enregistrés rien qu'aux États-Unis).

Par ailleurs, nous assistons lentement à une normalisation de la conception des stations. Il s'agit d'une étape cruciale vers l'amélioration des performances et de la fiabilité, ainsi que vers la réduction des coûts - comme nous l'avons vu pour toutes les autres nouvelles technologies - et la normalisation est absolument nécessaire pour permettre le déploiement de l'infrastructure dans le monde entier et pour atteindre les objectifs d'émissions nettes nulles dans les transports.

Déjà capable de fournir près de 1/5 des composants sur une station de ravitaillement en hydrogène grâce à sa gamme de technologies et à l'étendue de ses ressources en matière de développement de produits, Parker est idéalement placé pour concevoir et fournir près de la moitié de l'équipement total - un équipement qui est ensuite conçu sur mesure et, le cas échéant, dont les pièces sont conçues pour communiquer les unes avec les autres.

Si l'on ajoute à cela la capacité mondiale de Parker en matière de fabrication et d'assistance produit, on obtient une situation où les performances et la fiabilité s'améliorent de manière exponentielle et où les coûts sont réduits grâce à la standardisation.

Quel est l'impact de la qualité de l'hydrogène gazeux sur les opérations ?

Vous devez commencer à réfléchir à cette question en partant de la position du véhicule. Les voitures à hydrogène sont des véhicules électriques dont la batterie est remplacée par une pile à combustible. La pile à combustible convertit l'hydrogène en électricité et en eau. L'électricité alimente le véhicule et l'eau est évacuée. La pile à combustible a besoin d'un hydrogène de très grande pureté.

Dans le contexte d'une station de ravitaillement, l'hydrogène d'une pureté de 99,999 %, également connue sous le nom de pureté "5 neuf", est livré à la station. L'hydrogène passe ensuite par des dizaines de mètres de tuyauterie et de vannes, par un système de refroidissement, par un compresseur, puis par d'autres mètres de tuyauterie et de vannes jusqu'au stockage, puis par d'autres mètres de tuyauterie jusqu'à ce qu'il atteigne la tête de la buse de distribution - tout cela sans absorber d'impuretés ou d'humidité.

Le maintien de la qualité du gaz dans l'ensemble du système de ravitaillement est vital pour la performance et la durabilité de la pile à combustible et donc du véhicule.

Le maintien de la qualité de l'hydrogène gazeux dans l'ensemble du système est un défi. La distribution d'hydrogène contenant des impuretés peut réduire l'efficacité et la longévité des piles à combustible, ce que nous voulons éviter à tout prix.

Heureusement, le groupe Filtration de Parker dispose d'une gamme extrêmement large de technologies et de produits qui peuvent être appliqués au marché de l'hydrogène. Nous protégeons et purifions les gaz dans certaines des applications les plus critiques et les plus exigeantes, par exemple sur les marchés de l'alimentation, des boissons et des sciences de la vie.

Nous tirons parti de notre technologie et de notre savoir-faire pour aider les fabricants de stations de ravitaillement en hydrogène à répondre à leurs besoins en matière de purification des gaz.

Quel est l'impact du refroidissement sur la distribution des véhicules ?

Alors que la plupart des gaz se refroidissent lorsqu'ils sont poussés à travers un orifice tel que la buse ou le pistolet du distributeur de carburant, l'hydrogène se réchauffe, en raison d'une propriété thermodynamique connue sous le nom d'effet Joule-Thomson. S'il n'est pas contrôlé, ce phénomène pourrait entraîner une surchauffe du matériau composite utilisé dans la construction du réservoir de carburant du véhicule, qui doit être maintenu à une température inférieure à 85°C.

Pour y parvenir, tout en remplissant un véhicule à la même vitesse qu'avec de l'essence ou du gazole, il faut pré-refroidir l'hydrogène de manière à ce qu'il atteigne l'embout de distribution à une température ne dépassant pas - 40 °C avant d'être réchauffé lors de son passage de l'embout de ravitaillement au réservoir de carburant.

Quelle est la rapidité du ravitaillement en hydrogène ?

L'objectif est de faire en sorte que le ravitaillement et la conduite d'un véhicule à hydrogène soient identiques à ceux d'un véhicule à essence ou diesel. La technologie actuelle permet déjà d'atteindre cet objectif : le ravitaillement en carburant d'une Toyota Mirai ne prend que 3 minutes et offre une autonomie de plus de 600 km.

Aujourd'hui, le ravitaillement des véhicules de plus grande taille prend plus de temps, environ 10 à 15 minutes, mais la technologie de ravitaillement à grande vitesse, y compris le système Parker à haut débit de 1000 bars, conçu spécialement pour les véhicules de plus grande taille, permet d'économiser du temps. Le tuyau de ravitaillement est désormais disponible dans le commerce et en cours d'introduction.

Le marché des stations de ravitaillement en hydrogène dans les années à venir, partager les expériences.

Si la Californie a été l'un des premiers pays à adopter le ravitaillement en hydrogène pour les voitures au début des années 2000, le développement ne s'est jamais vraiment étendu au reste des États-Unis. Au lieu de cela, l'Europe est rapidement devenue la plaque tournante du développement des produits et du déploiement des infrastructures, les premières stations étant fabriquées à des fins de démonstration et d'essai, avant d'être lentement présentées au public. Aujourd'hui, il existe environ 270 stations publiques en Europe, 100 en Amérique du Nord - presque toutes en Californie - et, au cours des cinq dernières années, ce sont le Japon, la Corée du Sud et la Chine qui sont allés le plus loin, avec environ 550 stations opérationnelles dans la région ; l'année dernière et cette année, la Chine ouvrira plus de stations que le reste du monde réuni, avec un objectif déclaré de 1200 stations d'ici 2025 - soit près de la moitié des stations du monde.

L'Europe continuera à se développer régulièrement tout au long de la décennie, l'objectif étant de disposer d'un réseau interconnecté à l'échelle européenne entre 2030 et 2035. Les États-Unis, stimulés par la loi sur la réduction de l'inflation, devraient connaître une croissance rapide jusqu'à la fin de la décennie. Le Conseil de l'hydrogène prévoit une capacité mondiale totale de 10 000 stations d'ici à 2030, ce qui signifie que 9 000 stations doivent être fabriquées et mises en service. En réalité, les investissements dans la chaîne d'approvisionnement, combinés aux tergiversations du gouvernement quant au déblocage des fonds, feront que les prévisions ne seront pas atteintes à hauteur de 25 %, ce qui signifie néanmoins qu'environ 7 000 stations seront construites au cours du reste de la décennie, soit un taux de croissance annuel moyen très attrayant de plus de 20 % pour le secteur.

Comment Parker peut-elle faire partie du marché et répondre aux défis des clients ?

Comme nous l'avons mentionné au cours de cette discussion, Parker Hannifin est très bien positionné pour la transition technologique. Nous disposons d'une large gamme de produits couvrant plusieurs technologies de base. Aujourd'hui, nous sommes en mesure de fournir environ 20 % des composants nécessaires à la construction d'une station de ravitaillement en carburant .

Les ingénieurs de Parker s'efforcent de développer des technologies adaptées aux besoins du marché. Pour rester à la pointe du progrès, nous écoutons attentivement nos clients et participons aux comités de normalisation de l'industrie.

Pour mieux servir les nouveaux clients "hydrogène", nous avons réorganisé nos équipes d'ingénieurs et de commerciaux. Nous avons des collègues de Parker dans le monde entier qui se consacrent au marché de l'hydrogène et qui peuvent aider les clients à répondre à leurs besoins.

Dans cet espace dynamique, nous travaillons en partenariat avec nos clients pour soutenir la transition énergétique.

En fournissant des produits et des solutions innovants, Parker Hannifin peut aider les fabricants de stations de ravitaillement à améliorer la conception de leurs systèmes, en maximisant le temps de fonctionnement et la fiabilité.

Deux objectifs clés doivent être atteints pour soutenir l'adoption généralisée de la technologie des stations de ravitaillement en hydrogène dans le monde entier... une technologie qui réduira les émissions dues aux transports et qui, en fin de compte, permettra d'améliorer les lendemains.

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