Un effort pionnier dans le transport efficace de l'hydrogène : Kawasaki Heavy Industries propulse les innovations vers un avenir durable

Malgré toutes les promesses de l'énergie hydrogène, son impact dépend toujours de la capacité à transporter de manière rentable le carburant du point A au point B. C'est là que le nouveau système de confinement de la cargaison (CCS) arrive[1]. Doté d'une structure à double coque et d'une isolation thermique avancée, le système de confinement a le potentiel de rendre le transport de grandes quantités d'hydrogène plus économique. L'image de rendu ci-dessus montre les 160 000³ transporteur d'hydrogène liquéfié.

S’appuyant sur le succès de Frontière Suiso,[2] Premier navire au monde à transporter de l'hydrogène liquéfié, le projet de Kawasaki permet de réaliser un transport de masse à des fins commerciales. Il transporte l'hydrogène dans des réservoirs de stockage exponentiellement plus grands que ceux du navire de démonstration. Si un tel transport maritime devient possible, il pourrait permettre une distribution de masse économique et, à terme, réduire le coût de l'hydrogène propre.

La percée technologique s'accompagne également d'un exploit numérique : le développement continu par Kawasaki de la Plateforme Suiso, qui encadre la gestion numérique et la visualisation de l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement – de la production à l’utilisation – pour garantir la traçabilité de l’hydrogène. En s’attaquant aux défis numériques et physiques du transport de l’hydrogène, Kawasaki donne un aperçu de ce à quoi ressemblerait un canal de distribution à moindre coût et à plus grand volume pour répondre à la demande mondiale croissante.

Des implications plus larges pour l’économie de l’hydrogène

La pénétration de la chaleur constitue un défi inhérent au transport de l'hydrogène liquéfié. À mesure que la taille des conteneurs diminue, la pénétration augmente, ce qui est loin d'être idéal lorsque vous devez maintenir des températures de -253 °C pour conserver l'hydrogène à l'état liquéfié. Par conséquent, des volumes de stockage relativement petits nécessitent des performances thermiques élevées. Les membranes isolées sous vide permettent d'y parvenir, mais elles augmentent également les coûts de transport.

Les conteneurs plus grands offrent une meilleure résistance à la pénétration de la chaleur en termes de volume, ce qui réduit les besoins en performances et en énergie pour l'isolation et le refroidissement, respectivement. Avec un CCS qui ne nécessite pas d'isolation sous vide, le développement de Kawasaki signale un nouveau potentiel pour le transport de l'hydrogène liquéfié - un potentiel dans lequel des transporteurs plus grands avec une isolation plus rentable peuvent ouvrir la voie à un transport économiquement viable. Il ouvre la voie aux producteurs d'énergie pour déplacer le carburant zéro émission plus près des lieux où il est nécessaire.

Innovations techniques

En tant que navire de démonstration déployé pendant deux ans, le Suiso Frontier était équipé d'un réservoir de 1 250 mètres cubes qui maintenait l'hydrogène à l'état liquide à l'aide d'une couche de membrane scellée sous vide. Pour obtenir les performances thermiques souhaitées à partir de volumes plus importants, Kawasaki avait besoin d'un concept structurel spécifique pour garantir la fiabilité et la sécurité.

Son nouveau CCS distinctif, appelé type CC61H, utilise une conception sphérique pour minimiser la surface extérieure par rapport à la capacité volumique. Ainsi, le type CC61H utilise un système d'isolation à double coque, et non une couche scellée sous vide, garantissant le remplacement du gaz et les performances de refroidissement pour le système à deux couches interne et externe. Cela garantit la sécurité et réduit les coûts d'exploitation, augmentant ainsi la viabilité commerciale.

Kawasaki a conçu le réservoir d'essai de type CC61H pour les grands navires transporteurs d'hydrogène liquéfié. Chaque navire peut être équipé de quatre réservoirs de 40 000 mètres cubes chacun, pour une capacité de chargement totale de 160 000 mètres cubes, soit 128 fois le volume utilisé pour le test de démonstration du Suiso Frontier. Dans le cadre de sa validation approfondie, Kawasaki a testé les cycles de remplacement, de refroidissement et de chauffage du gaz dans les réservoirs de type CC61H. Elle a également vérifié l'intégrité structurelle, y compris l'assemblage, le soudage et la facilité d'utilisation de l'isolation. Enfin, elle a confirmé que l'hydrogène pouvait être efficacement remplacé à l'intérieur du grand réservoir à l'aide d'un gaz inerte, avec des performances d'isolation atteintes comme prévu.

Parallèlement aux développements matériels, il est essentiel de construire un cadre numérique pour prouver que l'hydrogène est à faible émission de carbone. À cette fin, la plateforme Suiso soutient le commerce de l'hydrogène avec une suite de services. Elle permet d'évaluer les émissions et l'intensité carbone, de soutenir les demandes de certification et de fournir des données d'attribution pour la traçabilité de l'hydrogène, pour n'en citer que quelques-uns.

Grâce à cette plateforme, les utilisateurs peuvent gérer les canaux de distribution pour faciliter le processus commercial, divulguer des informations non financières et recevoir des informations d’identification pour l’hydrogène à faible teneur en carbone. Ces capacités permettront à terme aux entreprises de retracer la chaîne de traçabilité grâce à la gestion numérique et d’utiliser en toute confiance l’hydrogène propre comme moyen de décarbonisation de leurs activités.

Défis restants

Du point de vue des infrastructures, il reste encore des obstacles financiers importants pour produire de l'hydrogène à partir d'une électrolyse alimentée par des énergies renouvelables plutôt que d'hydrocarbures classiques, source de la majeure partie de l'hydrogène actuel. À mesure que Kawasaki validera le transport rentable de l'hydrogène liquéfié, elle continuera à produire de l'hydrogène de manière plus économique. Parallèlement, Kawasaki développera un équipement de liquéfaction hautement efficace et un système de cogénération utilisant l'hydrogène gazeux.

Améliorer la viabilité, accroître la rentabilité

Pour réduire les coûts et améliorer la viabilité du transport de l'hydrogène liquide, Kawasaki conçoit des transporteurs qui répondent aux différentes demandes mondiales pour cette substance, tous optimisés en termes de forme du réservoir, de systèmes d'isolation et de capacités de chargement.

Les innovations dans le domaine des technologies de transport de l’hydrogène sont essentielles pour rendre les nouvelles formes d’énergie renouvelable plus pratiques, accessibles et économiques. En fait, ces efforts rapprochent le monde d’un avenir plus durable. Ce n’est qu’à cette condition que la société pourra atteindre les objectifs de zéro émission nette qui sont si essentiels à notre avenir collectif.

L'objectif de Kawasaki est désormais de continuer à développer de grands transporteurs d'hydrogène liquéfié dans le cadre de projets de démonstration qui se dérouleront jusqu'en 2030. Ces projets soutiendront la commercialisation plus large d'une chaîne d'approvisionnement maritime pour l'hydrogène liquéfié au-delà des frontières, conçue pour aider Kawasaki à promouvoir l'énergie de l'hydrogène et à atteindre la neutralité carbone, pour finalement une planète plus verte.

[1] Cet article du Conseil de l'hydrogène est basé sur le rapport de Kawasaki communiqué de presse publié en juin 2023

[2] « Suiso » signifie hydrogène en japonais