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08 April 2019 |
La Revue POLYTECHNIQUE
Des paquebots consommant moins d’énergie
Un chercheur de l’EPFL a développé un système de piles à combustible pour réduire l’empreinte carbone et la consommation des paquebots, un mode de vacances de plus en plus prisé de par le monde.
Passer quelques semaines au fil de l’eau sur un navire grand luxe, voilà une perspective qui séduit de plus en plus. Mais un navire de croisière ne se contente pas d’aller de port en port. Véritable hôtel flottant abritant plusieurs centaines de passagers, il consomme énormément d’énergie pour le chauffage, l’électricité, l’air conditionné, ainsi que les multiples contraintes de la vie à bord. Francesco Baldi, un chercheur au sein de l’Industrial Process and Energy Systems Engineering Group (IPESE) de l’EPFL, a développé des solutions pour rendre les paquebots plus écologiques.
Réduire l’empreinte carbone
«Il est plus facile de limiter les dépenses énergétiques d’un navire marchand, car presque toute l’énergie sert à la propulsion, contrairement aux multiples exigences d’un paquebot. Mon travail s’est focalisé sur la réduction des émissions de CO2, dans un premier temps en optimisant chaque système du navire, voire le design du bateau lui-même, pour une meilleure efficacité», explique le chercheur. Résultat de cette première approche: une réduction potentielle de 6 à 10 % des émissions de CO2sur un navire équipé de moteurs diesel.
L’apport des piles à combustible
Des résultats prometteurs, mais que le chercheur n’estime pas suffisants. Il s’est alors tourné vers l’utilisation d’autres systèmes que les moteurs diesel. Dans un travail réalisé en collaboration avec l’Université d’Aalto, en Finlande, Francesco Baldi a évalué l’apport des piles à combustible sur un navire, avec les défis particuliers que représente un paquebot réalisant des trajets de plusieurs milliers de kilomètres.
«Le défi est de stocker suffisamment d’énergie à bord sans occuper trop de place. Les piles à combustible qui utilisent de l’hydrogène ne sont pas adaptées, car un stock suffisant pour couvrir de longues distances prendrait une place énorme à bord – environ un tiers du navire –, ce qui n’est pas réaliste pour un paquebot»,note le chercheur.
Stocker l’énergie excédentaire
Bien qu’elles doivent opérer à haute température et qu’elles aient un temps d’allumages pouvant atteindre 20 heures, un second type de piles à combustible, les piles à oxydes solides (SOFC), sont particulièrement appropriées pour les bateaux. Il suffit de trouver un usage à l’énergie excédentaire produite par leur fonctionnement permanent, indispensable pour éviter les long temps d’allumage.
C’est là qu’intervient Francesco Baldi. Il a proposé d’adapter aux navires, une solution développée au sein de l’EPFL pour transformer cette énergie inutilisée en hydrogène, qui sera ensuite stocké. La pile à combustible imaginée pour les paquebots pourrait donc produire, soit de l’électricité pour la consommation à bord, soit de l’hydrogène stocké pour un usage ultérieur. Un concept particulièrement adapté aux bateaux de croisière, d’après le chercheur de l’EPFL.
Un rendement de 75 %
L’un des avantages des piles à combustible est qu’elles ne produisent que du CO2et de l’eau, contrairement à un moteur diesel qui produit également d’autres polluants, tels que les oxydes d’azote et les particules fines. Les piles à combustibles engendrent de l’électricité au moyen d’une réaction chimique. Elles sont donc beaucoup plus écologiques que l’utilisation de carburants fossiles, et également plus efficaces. En effet, les piles à combustible développées à l’EPFL atteignent un rendement de 75 %, contre moins de 50 % pour le moteur diesel le plus efficace.
Seul bémol à ce stade: le coût de production de ces piles, qui est actuellement dix fois supérieur à celui d’un moteur normal. Mais ce coût baissera si la demande augmente; de plus, le coût à long terme n’est que de 20 à 30 % supérieur à celui d’un moteur standard. En outre, ce type de carburant moins polluant offre une image positive des compagnies maritimes.
Le chercheur imagine également qu’à défaut de règlementation, l’Europe, où se construisent la plupart des paquebots, pourrait inciter les entreprises à s’équiper avec de telles piles à combustible, en prenant en chargeune partie des coûts. «C’est la solution qui a été choisie pour les panneaux solaires. Elle pourrait permettre, à l’avenir, de disposer de navires de croisière beaucoup moins polluants», conclut le chercheur.
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Bibliographie
A cogeneration system based on solid oxide and proton exchange membrane fuel cells with hybrid storage for off-grid applications. Francesco Baldi, Ligang Wang, Mar Pérez-Fortes and Francois Marechal.
www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2018.00139/full
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Francesco Baldi
Tél. +39 328 747 69 22
francesco.baldi@enea.it
François Marechal
Laboratoire EPFL IPESE
francois.marechal@epfl.ch
Prof. Kari Tammi
Université Aalto, Finlande
kari.tammi@aalti.fi
