Technologie de propulsion verte

Alors que le marché des véhicules électriques (VE) a connu un essor spectaculaire ces dernières années, la mobilité par pile à combustible à hydrogène en est encore à ses débuts. L'écart de maturité entre les deux technologies est indéniable mais Solvay estime que développer une technologie en négligeant l'autre serait une erreur. C'est pourquoi nous nous concentrons sur les deux.

Les arguments en faveur des piles à hydrogène pour véhicules lourds

Les détracteurs et les partisans des deux côtés de la barrière technologique justifient l'une ou l'autre comme la seule option viable pour la mobilité verte. En réalité, les batteries et les piles à hydrogène sont toutes deux capables de fournir le bon niveau d'efficacité, techniquement et économiquement, en fonction de l'application. Et compte tenu de l'ampleur des défis environnementaux auxquels le monde est confronté aujourd'hui, toutes les contributions à une plus grande durabilité de la mobilité, comme dans tous les autres domaines de l'activité humaine, méritent d'être explorées.

Il est vrai qu'en ce qui concerne les voitures, l'achat d'une voiture à hydrogène reste prohibitif, surtout si on le compare au coût en baisse constante des VE à batterie au lithium. Mais ce seul fait n'est pas une raison suffisante pour écarter les piles à combustible comme solution viable pour tout type de transport. "Si l'on considère une voiture particulière qui ne parcourt qu'environ 15 à 20 000 kilomètres par an, le retour sur investissement ne fonctionne pas", explique Vincent Meunier, Directeur des ventes et du développement de la plateforme Hydrogène Vert de Solvay. "Mais prenez un camion à hydrogène censé parcourir 1,6 million de km en moins de 10 ans, et c'est une toute autre équation."

En d'autres termes, pour le trafic lourd - camions, trains, et même avions - l'hydrogène peut représenter une solution prometteuse. Le fait de mettre l'accent sur ces utilisations plutôt que sur les voitures pourrait bien être le changement de donne qui accélérera le développement de cette technologie. "C'est également là que nous pouvons faire une réelle différence", poursuit Vincent. "Les camions et les trains diesel brûlent de grandes quantités de carburant ; si vous les remplacez par des moteurs à pile à hydrogène, l'impact en termes d'émissions de gaz à effet de serre sera énorme."

L'innovation au service de l'efficacité énergétique dans tous les domaines

Comme nous l'avons dit, le véritable facteur de différenciation entre la mobilité électrique et l'hydrogène est leur niveau de maturité respectif. Mais les choses évoluent rapidement, comme ce fut le cas il y a quelques années pour les batteries, ce qui a permis le boom actuel des VE à batterie. "La recherche sur les piles à hydrogène se poursuit depuis longtemps, mais cette technologie connaît un regain d'intérêt", explique Larry Hough, Senior R&I Manager pour la plateforme Batteries de Solvay et Solvay Research Fellow. "Il y a un besoin d'amélioration et Solvay est bien positionné pour résoudre les défis clés".

" Le changement de jeu qui a stimulé la maturité des technologies de batterie a été la demande du marché pour la mobilité électrique ", ajoute Alessandro Chiovato, Responsable de la gestion des programmes pour la plateforme Batteries de Solvay. "Des éléments tels que la densité énergétique, la sécurité, la vitesse de charge et la durabilité des matériaux n'étaient pas pris en compte jusqu'à récemment. Le pipeline d'innovation de l'industrie aborde maintenant ces défis, et Solvay prévoit de jouer un rôle clé avec nos clients." 

Ainsi, alors que la demande du marché permet à la recherche sur les piles à hydrogène de prendre de la vitesse, la maturité relative de la mobilité électrique ne signifie pas que l'innovation a cessé ici, en fait, c'est loin d'être le cas. "Nous travaillons dur pour permettre la tendance de l'ensemble de l'industrie vers plus de durabilité et d'efficacité, par exemple en augmentant la densité énergétique des batteries, en améliorant leur recyclabilité, en se débarrassant du cobalt ou en utilisant moins de nickel", poursuit Alessandro. "Pour ce faire, vous avez besoin des bons liants, solvants, sels conducteurs et d'une foule d'autres matériaux spécialisés."

Des outils au service de tous les domaines de la mobilité verte

En tant que partisan fortement engagé de la mobilité durable avec une approche holistique du secteur, Solvay a choisi de contribuer au développement des technologies des batteries lithium-ion et de l'hydrogène, en créant une plateforme Batteries et une plateforme Hydrogène Vert. Ces deux plateformes rassemblent toute l'expertise, les produits et les solutions pertinentes que nous avons à offrir pour faciliter la collaboration avec ces industries. "Nous servons un ensemble différent de clients dans deux réalités différentes qui sont en fait complémentaires", explique Vincent. "Pour commencer, les véhicules à hydrogène fonctionnent avec un système hybride de batteries lithium-ion."

Des ionomères pour les membranes échangeuses de protons à une large gamme de polymères spéciaux, de liants, d'additifs pour électrolytes et de futures technologies à l'état solide, les matériaux Solvay jouent un rôle crucial pour rendre les batteries des véhicules électriques et les piles à hydrogène plus efficaces, plus durables et plus sûres. "Nous devons travailler sur tous les fronts simultanément", ajoute-t-il, "et la création de ces plateformes est aussi un engagement pour répondre à la forte demande de production locale."

En effet, sur un marché historiquement dominé par les acteurs asiatiques, on assiste aujourd'hui à un changement mondial, avec de lourds investissements dans l'Union européenne et en Amérique du Nord, tant pour les batteries que pour les piles à hydrogène, ouvrant la voie à une réorganisation de l'ensemble de l'industrie. "Nous pouvons estimer que d'ici 2030, environ 50 % des batteries du monde seront produites en Asie, au lieu de près de 100 % aujourd'hui", explique Alessandro. "Pour Solvay, cela détermine où nous devons construire de nouvelles infrastructures pour rester proches de nos clients."

Du puits à la roue : une durabilité globale

Fabriquer des véhicules qui n'émettent pas de CO₂ lorsqu'ils roulent est une bonne chose, mais les efforts en faveur d'une plus grande durabilité vont bien au-delà. L'amélioration du profil environnemental des matériaux utilisés dans les batteries est une des voies suivies ; les rendre plus légères et plus efficaces (ce qui signifie consommer moins d'électricité pour alimenter un véhicule) en est une autre.

Le principal problème environnemental de l'hydrogène est l'origine de la matière première. "L'hydrogène vert est la clé", résume Larry. "Jusqu'à récemment, l'hydrogène était produit à l'aide de combustibles fossiles, de sorte que vous aviez des véhicules à zéro émission fonctionnant avec un carburant dont l'empreinte carbone était importante. Le marché n'est plus disposé à faire ce compromis : c'est le point de bascule de l'hydrogène vert."

La demande actuelle de durabilité "du puits à la roue" implique de prendre en compte l'équivalent CO₂ de l'ensemble de la chaîne de valeur, un concept que Solvay connaît bien. "En ce qui concerne l'hydrogène vert, l'offre de Solvay comprend des matériaux pour les électrolyseurs, notamment les matériaux de membrane et les oxydes solides, ainsi que pour les piles à combustible", explique Vincent. "Et nous allons encore plus en amont avec des matériaux pour les systèmes de batteries à flux redox et les installations de stockage d'électricité, qui peuvent bénéficier à toutes les industries."

Poussant les choses encore plus loin, l'amélioration de l'empreinte des technologies de propulsion propres implique également de prendre le temps de réfléchir à ce qu'il advient d'elles une fois que le véhicule qu'elles alimentent n'est plus utilisé. Par exemple, les batteries des véhicules électriques durent souvent plus longtemps que la voiture elle-même, ce qui signifie qu'elles peuvent continuer à être utilisées à bon escient dans leur seconde vie, "généralement à des fins de stockage d'énergie", explique Larry. "Notre objectif est de permettre aux batteries de durer aussi longtemps que possible".

La fin de vie est une question cruciale que Solvay tient à évoquer avec ses clients. "Nous voulons les aider à boucler la boucle, et nous constatons souvent qu'ils n'ont pas de stratégie de fin de vie", explique Vincent. "Pour nous, la facilitation de la recyclabilité doit être incluse dès la phase de conception. Nous essayons d'apporter tout cela à la table."