Lorsque nous pensons à verdir la planète, les panneaux solaires et les voitures électriques sont souvent au premier plan de nos préoccupations. Cependant, il y a tout un tas d’autres choses qui rejettent du dioxyde de carbone et qui doivent également être nettoyées. Cela inclut les souffleuses à feuilles, les tondeuses à gazon et, oui, le gros équipement pour les travaux de construction et agricoles !
JCB fabrique des moteurs diesel pour les grosses machines, mais cherche maintenant à changer les choses pour un avenir plus propre. À cette fin, l’entreprise travaille sur des moteurs à hydrogène pour ses grosses machines.
Brûler le gaz le plus léger
L’hydrogène peut être utilisé pour produire de l’électricité en le faisant passer à travers une pile à combustible, où il peut ensuite être utilisé pour alimenter des moteurs. Les entreprises ont exploré l’utilisation de l’hydrogène de cette manière pour alimenter les voitures et les camions. JCB a également commencé par examiner les piles à combustible à hydrogène, mais a constaté qu’elles n’étaient pas très efficaces pour fournir la puissance élevée instantanée nécessaire aux engins de construction. Au lieu de cela, la société a commencé à explorer l’utilisation de l’hydrogène pour brûler dans des moteurs à combustion par ailleurs assez conventionnels. C’est un concept que d’autres entreprises ont également exploré, Toyota s’intéressant même à la technologie avec un programme de sport automobile.
L’hydrogène est utile comme carburant car sa combustion est très propre. En termes de produits directs de la réaction chimique entre l’hydrogène et l’oxygène, le seul sous-produit est l’eau. Bien sûr, lors de la combustion d’hydrogène à haute température dans l’air, la réaction provoque la production de certains oxydes d’azote. Dans l’ensemble, cependant, les émissions provenant de la combustion d’hydrogène sont beaucoup plus propres que la combustion de combustibles fossiles. Tout est dû à l’absence de carbone, ce qui signifie que la réaction ne produit aucun dioxyde de carbone.
Pour cette raison, JCB a recherché des moteurs à combustion à hydrogène comme moyen d’alimenter proprement ses machines. La société a développé un moteur à hydrogène à quatre cylindres de 4,8 litres. Il est capable de produire la même puissance et le même couple que le moteur Dieselmax 448 de taille similaire de la société, et devrait également atterrir au même prix. De plus, il est même possible de moderniser le moteur à combustion plus propre sur les anciennes machines.
Pour construire le moteur à hydrogène, JCB a commencé avec la moitié inférieure du modèle Dieselmax existant. Le carter et le bloc-cylindres sont identiques à ceux du modèle à moteur diesel, tout comme le système de refroidissement. Le moteur à hydrogène utilise également toujours un turbo régulier à géométrie variable. En haut, cependant, le moteur est assez différent. Il y a une nouvelle culasse et un nouveau système d’injection, conçus pour injecter de l’hydrogène gazeux au lieu du diesel. Le moteur a également dû être modifié pour un allumage par étincelle au lieu d’un allumage par compression, car l’hydrogène est le plus adapté au premier. Le réservoir de carburant diesel a également disparu, remplacé par cinq réservoirs de stockage de 1 kg pour l’hydrogène gazeux en aluminium et en fibre de carbone. .
Notamment, un moteur à combustion à hydrogène peut fonctionner en grande partie de la même manière qu’un moteur à essence à allumage commandé. Tout comme un moteur à essence peut être converti pour fonctionner au gaz de pétrole liquéfié, il peut être converti pour fonctionner à l’hydrogène simplement en changeant les injecteurs, mais à une puissance inférieure grâce aux inefficacités de l’induction. Concevoir un moteur à injection directe spécifiquement pour la combustion d’hydrogène peut cependant contourner ce problème et pourrait théoriquement produire un moteur avec 20% de puissance en plus qu’un moteur à essence de taille similaire. D’autres modifications adaptées à la puissance de l’hydrogène, comme des soupapes durcies et des bougies d’allumage spéciales, contribuent à la longévité et à l’amélioration de la qualité de la combustion. Quant aux moteurs diesel, ils ne sont pas aussi simples à convertir en hydrogène, car le carburant gazeux n’est pas aussi adapté à l’allumage par compression. Cependant, comme JCB l’a démontré, un moteur à hydrogène de taille similaire peut correspondre à la puissance et au couple d’un diesel lorsqu’il est construit correctement, et peut même partager des composants fondamentaux.
Le moteur de JCB est encore en phase de test. Elle vise à démarrer la pré-production sur le moteur d’ici la fin de 2023, s’appliquant à ses véhicules de construction et agricoles. Pendant ce temps, même si l’hydrogène brûle plus proprement que les combustibles fossiles, la technologie se heurte encore à des obstacles pour une adoption plus large.
Défis
L’hydrogène ne dispose pas encore d’un réseau de distribution viable, que ce soit en termes de pipelines longue distance ou en termes de stations-service pour les consommateurs. À cette fin, JCB a développé son propre véhicule de ravitaillement mobile. Pour les opérateurs agricoles et de construction, cela convient parfaitement, car le carburant est souvent acheminé vers les machines, plutôt que l’inverse. C’est beaucoup moins un problème par rapport à l’alimentation des véhicules routiers, que les propriétaires s’attendent à pouvoir conduire jusqu’à une station-service où qu’ils se trouvent.
La production d’hydrogène est également un problème. Il peut être produit proprement en utilisant de l’électricité renouvelable pour diviser l’eau en hydrogène, produisant ce que l’on appelle «l’hydrogène vert». Cependant, une grande partie de l’hydrogène actuellement sur le marché est plutôt produite chimiquement à partir de gaz naturel, libérant des émissions de carbone nocives et produisant ce que l’on appelle «l’hydrogène gris». Certains producteurs partagent la différence, stockant les émissions de carbone pour fabriquer ce que l’on appelle «l’hydrogène bleu». Fondamentalement, cependant, il n’existe tout simplement pas encore de source renouvelable majeure d’« hydrogène vert » prête à alimenter les véhicules à hydrogène. Ainsi, les véhicules à hydrogène ne font actuellement que déplacer les émissions vers les usines d’hydrogène gris.
L’autre problème majeur des moteurs à combustion à hydrogène est le rendement. Les véhicules à moteur à hydrogène ont une efficacité du puits à la roue d’environ 20 à 25 % seulement, ce qui se compare mal au chiffre de 25 à 30 % des véhicules à pile à combustible à hydrogène. Cela est largement dû aux pertes plus importantes impliquées dans les moteurs à combustion interne par rapport aux piles à combustible. Cependant, par rapport aux véhicules à batterie, les pertes sont encore pires, grâce à toute l’énergie perdue lors du raffinage et du transport de l’hydrogène. Un véhicule électrique comparable pourrait avoir une efficacité aussi élevée que 80 à 85 % en comparaison. En fin de compte, un véhicule à hydrogène est à peu près aussi efficace qu’un véhicule au diesel, mais avec l’avantage d’avoir des émissions beaucoup plus propres.
Regarder vers l’avant
Dans l’ensemble, si le monde veut atteindre un point de zéro émission nette de carbone, à peu près toutes les machines à combustible fossile devront être converties en une méthode de fonctionnement plus propre. Les recherches de JCB au cours des dernières années poursuivent exactement cet objectif et doivent être saluées.
Dans le même temps, il est clair qu’il y a plus d’obstacles à franchir avant que le monde de la construction et des machines agricoles puisse être considéré comme entièrement propre et vert. Pour les machines qui effectuent des travaux lourds pendant de longues heures, l’entraînement électrique n’est peut-être pas encore une option. Dans ces cas, la combustion d’hydrogène pourrait être une technologie viable pour les nettoyer en attendant. Cependant, la production et la distribution d’hydrogène de source propre doivent être là pour que la poursuite en vaille la peine. JCB tient sa part du marché et l’approvisionnement en hydrogène doit rattraper son retard pour compléter le puzzle.
