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La chute du diesel dans les transports !

Optimisme pour les Piles à combustible ou FC « Fuel Cells » 16 02 2018 et 06 03 2018.

On peut en 2018 être nettement optimistes sur l’avenir des piles à combustibles ou “FC” Fuel Cells en anglais, dans les créneaux VP « Véhicules Particuliers », PL « Poids Lourds », VUL « Véhicules Utilitaires Légers » et Bus, et cela surtout à cause de la lutte actuelle très nécessaire contre la pollution dans les grandes villes au niveau mondial.

Au Forum de Davos en 01 2017 il a été lancé le « Hydrogen Council » par 13 groupes industriels mondiaux pour promouvoir l’usage de l’H2 et des piles à combustible dans les transports et tous les autres domaines (stockage en H2 de l’énergie inclus) pour réussir la transition énergétique et combattre le réchauffement climatique !

Pollution :

C’est vraiment ce critère qui occasionne cette accélération de l’arrivée des piles à combustible.

Le diesel, malgré toutes les améliorations et nouvelles technologies, n’arrive pas encore à éliminer l’émission de particules fines de façon assez importante et ces particules sont cancérigènes ; pourra-t-on y arriver à court-terme à un prix compétitif ? La plupart des experts en doutent fort !

En conséquence la Chine, l’Inde, l’Europe (Allemagne en premier) et les USA ne veulent plus accepter les véhicules diesels dans leurs mégapoles et vont donc les interdire dans les 5 à 10 ans qui viennent.

En Europe, comme le diesel est utilisé non seulement pour  les bus et les PL mais aussi pour les VP « Véhicules Particuliers », la situation est encore plus grave et les actions plus urgentes !

Toyota vient d'annoncer à l'occasion du Salon de Genève de 03/2018 qu'il ne proposera plus de version diesel pour ses nouveaux modèles en 2018/2019 dans toute l'Europe et il veut donc ne plus vendre de VP diesels sur notre continent dans les 3 ans qui viennent environ ! 

Quelles sont les solutions pour remplacer le diesel ?:

1 – Solution hybride essence / électrique à batterie :

C’est la bonne solution à court – terme pour les VP et Toyota l’a compris depuis longtemps et a maintenant développé toute sa gamme en hybrides.

Pour les VUL, PL et Bus qui sont tous aujourd’hui à moteur diesel le passage à cette solution hybride à essence est difficile à réaliser rapidement et donc il faut trouver vite d’autres solutions pour ces types de véhicules.

2 – Solution électrique à batterie :

Comme l’essence produit beaucoup de gaz à effet de serre malgré son niveau bien plus faible de pollution aux oxydes d’azote et aux particules fines, passer aux solutions tout électriques est une bonne décision et il ya un grand développement des véhicules électriques non seulement en VP mais aussi en bus et VUL ; il y a aussi des projets et des prototypes pour les PL (Tesla en particulier).

Signalons qu’en Chine il y a eu le lancement en 2011 d’un programme sur l’énergie pour 48 villes avec le déploiement de plus de 1000 bus énergie propre dans chaque ville : fortes subventions pour les bus électriques et pour les stations d’hydrogène

3 – Solution électrique hybride pile à combustible / batterie :

 La solution électrique hybride pile à combustible / batterie présente beaucoup d’avantages et 2 solutions se développent :

31   - Prolonger l’autonomie des véhicules à batterie par l’addition d’une petite piles à combustible : cette solution  de prolongateur d’autonomie présente un certain intérêt mais reste trop proche des inconvénients des véhicules à batteries (infrastructure de recharge, grande quantité de lithium de la batterie). Son avenir me semble un peu limité !

32   - Faire un vrai véhicule à pile à combustible mais hybridé avec une batterie pour gérer les accélérations et récupérer les énergies de freinage.

o   C’est cette solution qui s’avère la plus valable non seulement pour les VP mais aussi pour les VUL, PL et les bus.

Nous allons maintenant développer : 

1 – Rendement :  

La FC a un rendement H 2 / électricité de 60% environ soit 2 à 3 fois celui du moteur à combustion interne ! 

Rappelons que le moteur à combustion interne actuel à essence a un mauvais rendement « tank to wheels ou du réservoir aux roues » de 20 à 30 % environ en cycle réel  et malgré cela il a et il a eu une expansion énorme et mondiale, surtout dans les transports.

1 bis – Prix de la FC :

Le prix de possession et d’usage des véhicules à FC est à comparer à celui des véhicules à batteries au Lithium et cela en 2025/2030. Le prix est de 5 E/kg d’H2 pour 2020 et serait vers 2 E/kg en 2025/2030 avec un électrolyseur à haute température type oxyde solide (résultats labos USA en 2017).

Le prix de la pile à combustible elle-même est en pleine baisse à cause de son expansion dans toutes les applications, non seulement dans les transports mais aussi très fortement en stationnaire (centrales électriques, alimentations de secours, alimentations pour télécoms et data centers, etc.).

La puissance installée en FC pour toutes les applications dans le monde dépasse 2 GW début 2018 ! Et les prévisions pour 2025/2030 sont très élevées (voir le « Hydrogen Council » de 01/2017) !!

1 ter – Prix de la solution électrique à batterie seule :

Le prix de la batterie au Lithium ne va pas tellement baisser à cause du prix du métal lithium (monopoles et quantité limitée mondiale). Pour les hybrides FC + batterie il faudra envisager peut-être de revenir à la batterie NiMH (Toyota le regarde) ou trouver une autre batterie ou utiliser une super capacité / super condensateur quand c’est possible.

Le prix de l’infrastructure de recharge rapide (40 kW environ par VP pour une recharge à 70% en 20 à 30 mn) sera élevé et va poser un problème d’augmentation du nombre des centrales électriques.    

2 – Stations de distribution d’ H 2 :

21 – Stations publiques : après un démarrage assez lent le développement des stations de distribution d’ H 2 s’est accéléré en 2016/2017 et les chantiers en cours en 2018/2020 sont très nombreux. Ces stations produisent de l’H2 soit par reformage du gaz naturel ou du biogaz soit par électrolyse et le prix de ces stations baisse fortement et va continuer en 2025/2030.

USA : il y en a 39 en 2018 (35 en Californie et 4 à l’est) et en préparation on en a 29 en Californie et 5 à l’est. Le gouverneur de Californie annonce en 02/2018 une cible de 200 stations en 2025

Canada: 3 sont en construction, c'est un début !

Japon : environ 160 en 2020 / 2025 avec l’aide de Toyota / Honda et du gouvernement.

Corée : environ 100 en 2020 et 300 en 2025 avec l’aide et les décisions de Hyundai / Kia et du gouvernement

Chine : Depuis 2006 / 2008 avec les premières stations de Shanghai et Beijing, il y en a d’autres en fonctionnement ou en préparation pour les bus à FC à : Foshan, Yunfu, Zhengzhou, Hong Kong, et d’autres à Beijing et Shanghai, etc. Il y en aurait 100 environ en 2025 (dont 50 dans la région de Shanghai).

Europe : environ 25 en 2020 et 50 environ vers 2025.

Australie: décision en 01/2018 prise par le gouvernement et les industriels d'investir dans ce domaine.

Total monde : en 2025 on serait à 500 environ au niveau mondial.

22 – Stations privées : il y en a beaucoup aux USA dans les usines et entrepôts pour alimenter les chariots à FC mais leur nombre n’est pas connu (Plug Power en est le fournisseur principal).

 3 - Les VP hybrides à FC + batteries :

Cela a commencé en petite série en 2013 et il y a déjà 4 constructeurs en 2018 : Toyota (Mirai, 2300 vendues en 2017
et prévoit 30 k/an vers 2025), Honda (Clarity), Hyundai (Tucson et la nouvelle NEXO
en 2018/2019 aux USA d'abord) et SAIC (sa FCV80).

On passera à 5 constructeurs avec la Mercedes GLC en 2019 et à 6 à 8 en 2022 / 2025 avec le groupe VW, BMW, Ford, GM et d’autres constructeurs chinois. Vers 2025/2030 on aurait tous les principaux constructeurs avec une offre dans ce créneau (Renault/Nissan, Fiat, PSA, etc.).

Rappelons que Honda et GM ont pour les FC une JV aux USA qui sera en production vers 2022 ; Mercedes et Ford ont aussi aux USA une JV « AFCC » avec Ballard pour ces FC ; VW travaille aussi avec Ballard sur ce sujet ; BMW collabore avec Toyota.

Total monde : en 2025 on aurait entre 100 000 et 150 000 VP en service, et même plus d’après le rapport du « Hydrogen Council » de 01/2017.

4 – Les bus électriques hybrides à FC + batteries : là aussi mêmes raisons de gagner pour cette solution que pour les chariots électriques à batteries (remplacés déjà par ceux à FC aux USA) . Le passage à l’électrique vient de l’interdiction du diesel dans les villes à l’horizon 2025. Ces bus hybrides seront déjà des centaines en 2020 au Japon, Europe et Amérique du Nord. En Chine on pourrait déjà dépasser les 1 000 dès cette date et être vers 20 à 30 000 en 2025/030.

 41 - Chine : les bus à FC en Chine ont été en prototypes ou en démonstration depuis 2002, avec des FC chinois venant par exemple de Shen-Li de Shanghai ou avec des FC de Ballard sur des bus Mercedes.

411 - Développeurs chinois de FC pour bus : il y en a surtout 4 ou 5 qui ont une grande expérience et sont dans les régions de Shanghai, Beijing et Dalian surtout.

412 - Développeurs étrangers de FC pour bus en Chine :

412-1 - Ballard (photos d'un bus à FC aux USA
) : il est le seul à y être depuis 2004 et a accéléré très fortement en 2015 / 2016 avec son partenaire « Broad Ocean » et sa filiale « Shanghai Edrive » plusieurs accords de fourniture (modules 90, 60 et 30 kW de 7ème génération), licence et développement pour faire des stacks avec Synergy à Yunfu, 33 bus avec Zehe à Rugao, développement et déploiement de bus avec King Long (grand constructeur mondial), fourniture à Dongfeng de modules 15 kW pour prolongateur d’autonomie de bus à batterie, etc. Ballard a donc en Chine la chaine complète : des partenaires pour les FC et des collaborations avec des constructeurs de bus et avec des intégrateurs de systèmes.

412-2 - Hydrogenics : a renforcé son partenariat avec Blue Co New Energy Science and Technology ; il a des projets avec Yutong et Volvo China et pense déboucher en 2018. 

Total Chine : en 2025 / 2030 on aurait environ 20 à 30 k bus en service.

42 – USA : en 2025 on aurait, avec surtout la Californie et la côte Est, 500 à 1000 bus en service.

43 – Japon : environ 100 à 200 bus en 2020 pour les Jeux. Toyota sort en 2020/2021 un nouveau modèle « SORA » pour les bus.

43 – Europe : les grands constructeurs de bus et autocars tels que Mercedes (Citaro et puis Ecobus 3), MAN/Neoplan, Irisbus, Van Hool (Exquicity), etc.ont tous de petites flottes de FC bus en opération dans toute l’Europe avec l’aide des projets européens et des pouvoirs publics divers. Le total serait de 300 à 400 bus en 2020 et passerait vers 500 et plus en 2022 avec les nouveaux projets (22 villes concernées par un projet en cours par exemple). 

44 – Total monde : en 2025 / 2030 on aurait environ 20 000 à 35 000 bus et autocars en opération !

5 - Les PL et VUL  hybrides à FC et batteries :

A cause surtout de la pollution des diesels ces véhicules doivent passer à l’électrique et la solution FC + batteries l’emportera sur celle à batteries seules pour les mêmes raisons que pour les chariots et les bus mais aussi dans ce cas ce sera aussi à cause de la plus grande autonomie permise par cette solution hybride. Les acteurs sont  Toyota (avec 2 stacks de Mirai et puis le modèle Portal
en projet), Ballard

(Chine, USA, Europe), Hydrogenics (commande reçue de Chine en 01/2018)

, Nikola Motors (USA) et PowerCell (Suède).  

51 – Chine – Dans le « Shanghai FC vehicle development plan » publié en 09/2017 il est prévu 10 000 FC bus, VUL et PL en 2025. Ballard et son partenaire « Broad Ocean » tablent sur 30 000  FC bus, VUL et PL en 2025/2030.

52 – USA, Japon, Inde, Corée, Europe : ces 5 régions auront aussi en 2025/2030 des flottes importantes de VUL et PL en hybrides FC + batteries pour remplacer les diesels et faire ainsi baisser la pollution ! Le total de ces 5 régions sera entre 50 k et 100 k à cet horizon.

53 – Total monde : il devrait être dans les 100 k à 150 k VUL et PL électriques en 2030 (avec encore un % non négligeable d’électriques à batterie seule). 

6 – Conclusion –

VP : La chute des motorisations diesels dans  ce créneau a déjà bien commencé depuis 2016 environ et va continuer, poussée par le public et les municipalités à cause de la pollution. Cela donne en 2018 une augmentation des hybrides essences et des touts électriques à batterie. L’arrivée des hybrides FC + batterie va faire évoluer la situation et leur pourcentage en 2025/2030 sera important.

Bus : il y a déjà des bus électriques à batterie dans de nombreuses villes mais les problèmes de recharge et d’autonomie vont ralentir leur développement. Les bus   hybrides FC + batterie sont déjà un peu présents en Chine et en Europe et ils vont se répandre très vite un peu partout en Asie, Amérique du Nord et Europe ;  leur pourcentage en 2025/2030 sera important.

VUL et PL : ce sera le même scénario que pour les bus, mais avec un léger retard à cause des solutions techniques spécifiques à développer en série, surtout en PL. Ce retard sera bien rattrapé vers 2025/2030 et leur pourcentage sera alors important.

E. d'Orsay

Article mis sur mon blog le 16 02 2018 et modifié le 06 03 2018