Les piles à combustible sont-elles désormais une option viable pour les autobus scolaires ?

Aug 31, 2023

Pegasus Specialty Vehicles et Hyperion affirment que le nouveau bus scolaire à pile à combustible à hydrogène en cours de développement surmontera les obstacles précédents à l'entrée sur le marché

L'hydrogène est la molécule la plus abondante sur terre. Dans une pile à combustible, il peut alimenter un moteur électrique sans aucune émission. Mais l'hydrogène n'a jusqu'à présent pas été considéré comme une option populaire pour les autobus scolaires à zéro émission, et les sociétés Hyperion et Pegasus Specialty Vehicles espèrent changer cette perspective.

Comme le dit le PDG d'Hyperion, Angelo Kafantaris, l'hydrogène est un moyen d'éviter les pièges des autobus scolaires électriques à batterie - y compris l'autonomie limitée et les cycles de vie de recharge finis des batteries - à un coût similaire.

Hyperion et Pegasus lancent un partenariat pour produire des bus à pile à combustible à hydrogène avec le châssis électrique Zeus, et ils espèrent que leur coentreprise verra éventuellement des bus scolaires à hydrogène se répandre dans l'État d'origine de Pegasus, l'Ohio, puis dans tout le pays. Ils visent à terminer un prototype cette année et à commencer la production en 2024.

L'année dernière, Pegasus a ouvert une usine à Dunkirk, dans l'Ohio, pour fabriquer des composants pour les bus diesel, à essence et électriques. Il prévoit d'ajouter au mélange des châssis et des trains roulants pour les bus à hydrogène. L'hydrogène "n'est qu'une partie de cela, mais ça va être une grande partie, nous pensons", a déclaré le président de Pegasus, Brian Barrington.

Hyperion est une société basée en Californie et dans l'Ohio qui fabrique des piles à hydrogène et du stockage d'hydrogène tout en développant des technologies de livraison et de stockage d'hydrogène plus efficaces qui augmentent l'autonomie des véhicules, a expliqué Kafantaris. Il a également produit le prototype d'hypercar à pile à combustible à hydrogène XP-1 qui peut atteindre 1 000 mpg-e et peut aller de zéro à 60 mph en 2,25 secondes.

Barrington a déclaré qu'il était devenu fasciné par le concept des piles à combustible à hydrogène après avoir réalisé les lacunes des bus électriques à batterie, y compris les batteries qui ne fonctionnent pas bien dans des conditions de chaleur ou de froid extrêmes, et des inquiétudes concernant la durée de vie à long terme de la batterie.

"Les batteries sont conçues pour être utilisées avec parcimonie dans le temps. Lorsque vous les utilisez de haut en bas, elles se détériorent très rapidement", a déclaré Kafantaris. "Un problème tertiaire survient lorsque les gens veulent avoir une flotte de batteries électriques et que vous avez besoin de plus de bus dans votre flotte. Maintenant, vous avez besoin de plus de puissance pour alimenter les bus... et une sous-station doit être installée... Cela prend beaucoup de temps en attente du service public. Cela peut prendre deux ans ou plus. Lorsque vous calculez la nécessité de mettre à niveau votre réseau de ravitaillement en carburant plus les délais, l'hydrogène a plus de sens.

Barrington a déclaré que si les bus électriques à batterie peuvent être idéaux pour les itinéraires quotidiens des autobus scolaires, en particulier dans les zones urbaines, les sorties sur le terrain et les itinéraires ruraux lointains peuvent être difficiles, voire impossibles, en particulier lorsqu'ils n'ont qu'une autonomie de 120 miles sous le plus optimal. des conditions de fonctionnement.

"Si vous commencez à escalader des montagnes, si vous commencez à vous rendre dans des zones plus rurales, si l'école de Dayton doit se rendre à Cleveland pour un tournoi de basket-ball le week-end, vous ne pouvez pas le faire avec des véhicules électriques [à batterie]", a déclaré Barrington. .

Mais un bus à pile à hydrogène pourrait atteindre une autonomie de 800 km ou plus avec un seul réservoir, la pile à combustible pouvant durer plus de 10 ans, a déclaré Kafantaris.

Insaisissable mais partout

Un véhicule à pile à combustible à hydrogène stocke de l'hydrogène gazeux comprimé ou de l'hydrogène liquide dans un réservoir et combine cet hydrogène avec l'oxygène de l'air dans une réaction chimique qui alimente un moteur presque identique aux moteurs alimentés par des batteries dans les véhicules électriques à batterie. Les seules émissions de la réaction sont la vapeur d'eau et la chaleur.

Mais même si l'hydrogène est toujours présent dans l'atmosphère, obtenir de l'hydrogène pur est un défi. Des décennies après la création des véhicules à pile à combustible à hydrogène, les stations-service sont encore rares. Une carte du Centre de données sur les carburants alternatifs montre 55 stations de ravitaillement en hydrogène publiques aux États-Unis, presque toutes en Californie.

Les promoteurs s'attendent à ce que la production d'hydrogène et la disponibilité de carburant augmentent grâce au soutien du gouvernement et à l'augmentation des incitations et des mandats de réduction des émissions.

Les incitations pour les véhicules à zéro émission aux niveaux fédéral et étatique s'appliquent généralement aux piles à combustible à hydrogène ainsi qu'aux batteries électriques, et le département américain de l'énergie donne la priorité à la production et à la distribution d'hydrogène en dépensant jusqu'à 7 milliards de dollars sur jusqu'à 10 centres d'hydrogène propre autour du pays. Ces hubs sont destinés aux processus industriels, pas au transport. Pourtant, les experts disent que l'investissement profitera probablement à l'économie de l'hydrogène dans son ensemble.

Les piles à combustible à hydrogène sont de plus en plus considérées comme une option importante pour les véhicules long-courriers tels que les semi-remorques et les locomotives, car l'hydrogène offre une autonomie beaucoup plus longue et un ravitaillement plus rapide que les batteries électriques.

Une poignée d'agences de transport en commun ont ajouté des bus à hydrogène à leurs flottes, y compris Foothill Transit dans le comté de Los Angeles, où les dirigeants considèrent l'hydrogène comme crucial pour atteindre leur objectif de zéro émission à l'échelle de la flotte d'ici 2040.

Foothill Transit a mis ses premiers bus à pile à combustible à hydrogène sur la route l'année dernière, et il en a maintenant 33 prêts à desservir le comté qui s'étend sur plus de 300 miles carrés. Les bus, fabriqués par la société canadienne New Flyer, ont des réservoirs d'hydrogène liquide de 30 kilogrammes, et un réservoir de ravitaillement de 25 000 gallons est en cours d'installation dans la gare routière.

Le premier itinéraire pour obtenir un bus à hydrogène était "une ligne à usage intensif, un itinéraire local qui dessert également un hôpital, une bibliothèque, une école, un autre centre médical", a déclaré la porte-parole de Foothill, Felicia Friesema. "Nous voulions le tester et le mettre à l'épreuve. Les bus à pile à combustible à hydrogène font le plein en 10 minutes, et l'autonomie est de plus de 300 miles, par opposition aux 150 que nous envisageons avec les bus électriques à batterie. Rien que ces deux choses signifiait que c'était un véhicule beaucoup plus compatible en termes de pain et de beurre de nos services, pour transporter les gens en toute sécurité d'un point A à un point B."

Il y a des sceptiques

Certains experts en transport et dirigeants de district à l'avant-garde des autobus à zéro émission et à carburants alternatifs ont déclaré qu'ils ne considéraient pas l'hydrogène comme une option viable pour les autobus scolaires, ou qu'ils ne l'avaient même jamais envisagé.

Pendant ce temps, Ewan Pritchard, un ingénieur-conseil spécialisé dans les transports qui animera une session sur les défis de l'électrification des autobus scolaires à STN EXPO Reno en juillet, a déclaré qu'il ne pense pas que l'hydrogène soit un choix viable pour cette industrie.

"S'il est difficile d'électrifier [avec des batteries], l'hydrogène a du sens", a-t-il déclaré, pointant le fret et l'aviation. "Mais l'autobus scolaire est le plus facile de tous les véhicules lourds à électrifier. La vraie poussée pour l'hydrogène est dans le camionnage longue distance. Il n'y a pas beaucoup de temps de cycle où [un camion est] en panne et n'est pas utilisé. Ces choses parcourront 400 à 500 milles, puis vous vous arrêterez pendant 15 à 20 minutes et continuerez à avancer. … La plupart des autobus scolaires parcourent moins de 100 milles [par jour]."

Pritchard admet qu'il a un "parti pris d'ingénieur" en ce qui concerne les batteries électriques par rapport aux piles à combustible, car il a déclaré qu'il pensait que la première était plus efficace et moins coûteuse.

"Une pile à combustible utilise une membrane pour transporter les électrons d'un côté à l'autre. Cette membrane s'encrasse avec le temps", a-t-il déclaré. "La durée de vie de ces membranes est sujette à débat, que vous en tiriez 2 ans ou 8 ou 10 et que vous deviez les remplacer. C'est comme si vous deviez remplacer les batteries d'un véhicule électrique."

Pritchard a également déclaré que l'installation de stations de ravitaillement en hydrogène peut être très coûteuse, et plus une station se ravitaille rapidement, plus elle a généralement besoin d'électricité pour comprimer rapidement le gaz. Selon le mix de production local, cette électricité peut ne pas être propre.

"C'est un peu un jeu de coquilles qui se poursuit avec l'hydrogène, où les pièces individuelles du puzzle peuvent être vraiment superbes, mais si vous le prenez dans son ensemble, ce n'est pas aussi génial", a déclaré Pritchard.

Ravitaillement et sécurité

Les districts ou les fournisseurs de bus qui espèrent faire fonctionner des bus scolaires à hydrogène auraient besoin d'une station de ravitaillement à leur domicile, et à l'avenir, des stations de ravitaillement en hydrogène pourraient être disponibles le long des autoroutes, a déclaré Kafantaris.

Hyperion offrira la livraison de carburant "hydrogène vert" aux stations qu'elle construirait pour les clients sur place, en commençant par l'Ohio. L'hydrogène vert est créé en utilisant l'électrolyse pour séparer l'eau en oxygène et en hydrogène pur, l'électricité utilisée pour le processus provenant de sources à zéro émission comme l'éolien et le solaire. L'hydrogène est plus souvent produit en séparant des molécules de méthane, ce qui crée des émissions de carbone qui peuvent être libérées - ce qui signifie que le processus n'est pas à zéro émission - ou stockées. Dans les prochaines étapes, Hyperion prévoit d'aider à construire des stations où l'énergie propre sur place est utilisée pour produire de l'hydrogène, de sorte que la livraison n'est pas nécessaire.

Des problèmes de sécurité concernant les piles à combustible à hydrogène ont également été soulevés car elles impliquent souvent de transporter de l'hydrogène comprimé sur le véhicule. Mais les partisans de l'hydrogène disent qu'il n'y a pas de problèmes de sécurité, surtout par rapport à l'essence et au diesel.

Kafantaris a déclaré que les réservoirs d'hydrogène en fibre de carbone sont littéralement à l'épreuve des balles. "Ces chars subissent des tests de feu de joie, des tests de chute, vous pouvez les tirer encore et encore avec un fusil de grande puissance. Ils n'éclatent pas", a-t-il déclaré. "C'est plus sûr que l'essence, qui a tendance à fuir et à attraper d'autres choses en feu."

Si une fuite devait se produire, "l'hydrogène monte dans l'air à 45 miles par heure, à l'écart de tout combustible", a déclaré Kafantaris.

Jusqu'à présent, Barrington et Kafantaris ont déclaré avoir reçu une réponse enthousiaste des districts scolaires et d'autres clients potentiels dans divers États, bien qu'ils aient refusé de fournir des détails.

"C'est juste une question de le sortir et de prouver que c'est réel", a déclaré Barrington. "C'est vraiment un marché tactile. Nous pensons que [fournir des exemples est] tout ce qu'il faudra. Nous avons initialement dit que cela changeait la donne. Maintenant, c'est devenu un démolisseur de jeu."

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