L’interdiction des moteurs à combustion en Europe d’ici 2035 a déclenché une concurrence intense pour développer des systèmes de propulsion alternatifs. Les moteurs électriques, principalement alimentés par des batteries ou des systèmes de piles à combustible à hydrogène, sont en tête de cette course.
En outre, des carburants alternatifs plus économiques, plus efficaces et surtout plus durables sont recherchés pour prolonger la durée de vie des moteurs actuels. Cela permettrait de rentabiliser les investissements réalisés dans leur développement et de maintenir une industrie qui dépend de leur fabrication.
Des moteurs diesel qui ne polluent presque pas
Une équipe d’ingénieurs du laboratoire de recherche sur les moteurs de l’université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW), en Australie, a réussi à convertir un moteur diesel en moteur hybride hydrogène-diesel, réduisant ainsi les émissions de CO2 de plus de 85 %.
L’équipe, dirigée par le professeur Shawn Kook de l’école d’ingénierie mécanique et de fabrication, en collaboration avec le professeur Evatt Hawkes, a passé 18 mois à mettre au point le système à double injection directe d’hydrogène et de diesel pour permettre à n’importe quel moteur diesel existant de fonctionner avec 90 % d’hydrogène.
Les chercheurs affirment que tout moteur diesel utilisé dans les camions et les équipements électriques dans les secteurs du transport, de l’agriculture et de l’exploitation minière pourrait être adapté au nouveau système hybride en quelques mois seulement. L’hydrogène vert, produit à partir de sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire, est beaucoup plus respectueux de l’environnement que le diesel.
Le processus a été publié dans l’International Journal of Hydrogen Energy, où l’équipe du professeur Shawn Kook montre que l’utilisation de son système breveté d’injection d’hydrogène réduit les émissions de CO2 à seulement 90 g/kWh, soit 85,9 % de moins que celles générées par un moteur diesel traditionnel.
“Moderniser les moteurs diesel existants est beaucoup plus rapide que d’attendre le développement de nouveaux systèmes de piles à combustible, qui pourraient ne pas être commercialisés à grande échelle avant au moins une décennie. Avec le problème des émissions de carbone et du changement climatique, nous avons besoin de solutions immédiates pour résoudre le problème des nombreux moteurs diesel utilisés aujourd’hui”, écrit M. Kook.
Injection directe d’hydrogène
La solution décrite par l’équipe de l’UNSW conserve l’injection diesel d’origine du moteur, mais incorpore l’injection d’hydrogène directement dans le cylindre. L’injection directe d’hydrogène contrôle le mélange à l’intérieur du cylindre du moteur, résolvant ainsi les émissions nocives d’oxydes d’azote (NOx), qui constituent l’un des principaux obstacles à la commercialisation des moteurs à hydrogène.
“Si vous ajoutez simplement de l’hydrogène au moteur et que vous le laissez se mélanger uniformément, vous produirez beaucoup d’émissions de NOx, une cause majeure de la pollution de l’air et des pluies acides”, explique le professeur Kook. “Cependant, nous avons montré dans notre système que si nous stratifions l’hydrogène (c’est-à-dire que certaines zones ont plus d’hydrogène et d’autres moins), nous pouvons réduire les émissions de NOx à un niveau inférieur à celui d’un moteur diesel pur.
Le système à double carburant n’a pas besoin de l’hydrogène de haute pureté, coûteux à produire, que requièrent les autres systèmes de piles à combustible à hydrogène. L’hybride diesel-hydrogène a démontré une amélioration de l’efficacité de plus de 26 % par rapport aux moteurs diesel conventionnels. Le contrôle indépendant de l’injection directe d’hydrogène et de diesel permet de réguler tous les modes de combustion, qu’il s’agisse de prémélange ou de mélange d’hydrogène.
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Applications pratiques
La nouvelle technologie a un potentiel d’utilisation immédiat dans les applications industrielles qui disposent déjà de lignes permanentes d’approvisionnement en hydrogène, telles que les mines, où environ 30 % des émissions de gaz à effet de serre proviennent de l’utilisation de moteurs diesel dans les véhicules miniers et les générateurs d’électricité. Le professeur Kook souligne que dans les mines, où l’hydrogène est déjà disponible, les moteurs diesel existants peuvent être convertis pour être utilisés dans la production d’électricité.
Cependant, dans les applications où le stockage et le transport de l’hydrogène sont nécessaires, comme dans les camions diesel, des systèmes de stockage de l’hydrogène devraient être développés pour être intégrés dans le système d’injection. M. Kook souligne l’importance de la poursuite du développement de la technologie de stockage, qui représente actuellement un défi de taille.
