Techniques

Combustibles alternatifs

DUAL FUEL (GNL – GNC – Méthanol)

L’acronyme GNL signifie « gaz naturel liquide ». Afin de le rendre liquide pour le transport, le gaz doit être stocké à une température de -162° C. Sous forme liquide, le gaz occupe jusqu’à 600 fois moins de place qu’à son état naturel.

L’acronyme GNC signifie « gaz naturel comprimé ». Le transport de ce gaz s’effectue sous une pression de 200 bar. Le composant reste à l’état gazeux. Le volume du GNC est environ trois fois plus élevé que celui du GNL.

Les évaporateurs gazéifient le GNL et créent la pression gazeuse souhaitée pour que le gaz puisse être utilisé comme carburant dans un moteur.

Sa température d’auto-inflammation (> 620 °C) étant nettement supérieure à celle du diesel (> 220 °C), le gaz ne peut pas être utilisé comme carburant dans un moteur diesel conventionnel. Par conséquent, le diesel sera souvent utilisé comme carburant pilote pour démarrer le processus d’auto-allumage. Le système ne consomme que des quantités réduites (5-10 %) de diesel. Il s’agit d’un système bicarburant. Les avantages environnementaux du gaz comme carburant (principal) sont donc conservés dans le système d’auto-allumage d’un moteur diesel. Il est possible de faire tourner le moteur en n’utilisant que du diesel à 100 % comme carburant. Le même système convient également aux combustibles liquides comme le méthanol qui, en dépit d’une température d’auto-inflammation (> 455 °C) elle aussi trop élevée, présentent des avantages évidents pour le climat ou l’environnement local.

Il doit par ailleurs être pourvu de réservoirs et de tuyauteries spécifiques étant donné que le gaz doit être maintenu à une pression de 200 bar ou refroidi à -162 °C. Cela implique un investissement supplémentaire significatif et l’évaluation de l’espace disponible sur le navire.

Le prix du GNL et du GNC est toutefois beaucoup plus bas que celui du diesel. Cela réduit sensiblement les coûts d’exploitation. En fonction de la consommation annuelle en carburant et de la différence de prix entre le diesel et le GNL, un retour sur investissement est envisageable au terme d’une période plus étendue, c’est-à-dire une dizaine d’années.

L’utilisation de méthanol dans un système bicarburant diminue considérablement le montant de l’investissement, mais n’a pas d’effet positif sur le coût du carburant.

Investissement €€€ Opérationnel €€€
Environnement local + + + Climat En cas d’utilisation de GNL/GNC bio + + +

Hydrogène

L’hydrogène peut en principe être utilisé comme carburant dans un moteur à gaz, mais est actuellement utilisé comme vecteur d’énergie. Dans un système de propulsion, l’hydrogène est transformé par électrolyse, en électricité. Ce processus n’émet que de l’eau (et de l’électricité). Cette électricité est ensuite capable de faire tourner un moteur électrique. Il s’agit donc d’un système à zéro émission pour l’environnement local. Comme dans le cas du GNC ou du GNL, l’hydrogène doit être soit comprimé (200/350/750 bar), soit refroidi (-252 °C) pour être transporté ou stocké. Cela implique un coût d’investissement supplémentaire et la prise en considération de l’espace disponible à bord. Contrairement au GNC et au GNL, qui sont des gaz naturels, l’hydrogène doit être produit. Il s’agit d’un processus très énergivore qui influence également le prix de l’hydrogène. Le degré d’utilisation d’énergie verte dans ce processus détermine l’impact final du système sur le climat.

Investissement €€ Opérationnel Ο Environnement local +++ Climat Ο
En cas d’utilisation d’énergie verte +++

Carburant synthétique (GTL-BTL-CTL)

Les carburants GTL (Gas to Liquid) sont le résultat d’un procédé synthétique qui transforme le gaz en carburant diesel liquide. Ce procédé peut également être effectué avec du charbon (CTL). Dans les deux cas, la matière première est un combustible fossile. Le même procédé peut par ailleurs être réalisé avec de la biomasse (BTL), auquel cas le cycle du carbone est totalement neutre. Le principal avantage de ces carburants liquides provient du fait qu’ils peuvent être utilisés pour alimenter les moteurs diesel et les systèmes de carburant existants. Ces carburants peuvent qui plus est être distribués via le réseau de distribution existant. Le prix de ce type de carburant est toutefois légèrement supérieur à celui du diesel traditionnel. Outre le fait qu’ils produisent indéniablement moins d’émissions nocives dans un moteur diesel, le gain principal de ces carburants réside dans leur méthode de production, c’est-à-dire le recours à du gaz naturel ou même du biogaz.

Investissement Ο Opérationnel  Environnement local + Climat ++ Pour le BTL +++

Biocarburants

Les cultures ou la biomasse servent de matières premières (renouvelables) à la production de biocarburants. Les biocarburants contribuent par leur méthode de production à la réduction des émissions de CO2. Cela leur a valu d’être inclus dans la directive européenne sur les énergies renouvelables. Cette dernière stipule que d’ici 2020, 10 % des carburants utilisés dans les transports devront provenir de sources renouvelables. Pour y parvenir, les fabricants sont obligés d’ajouter une partie de biocarburant à l’ensemble des carburants qu’ils commercialisent. Afin d’atteindre les nouveaux objectifs climatiques (32 % d’énergies renouvelables d’ici 2030), l’UE propose de porter cette part à 14 % d’ici 2030. Le système d’incorporation permet de répartir l’augmentation du prix entre les différents acteurs du marché. La transition vers un modèle énergétique dépendant exclusivement des biocarburants implique cependant un investissement supplémentaire.

Le concept d’extensibilité joue un rôle majeur dans la production de biocarburants. L’utilisation de denrées agricoles comme matières premières implique le « sacrifice » de superficies significatives de terres arables pour la production de biocarburants. La Commission européenne restreint par conséquent l’utilisation des cultures pour la production de biocarburants. La même question se pose pour les biocarburants à base de biomasse : existe-t-il suffisamment de sources d’énergie renouvelables efficaces pour obtenir une part de marché réellement significative ?

Investissement Ο Opérationnel  Environnement local + Climat +++

Techniques du moteur

Dans le moteur

Des modifications importantes du moteur (diesel) ou une conception bien pensée de ce dernier peuvent avoir un impact majeur sur ses émissions. Pensez à optimiser la forme de la chambre de combustion, un taux de compression élevé, un système d’injection de carburant raffiné et un profil d’arbre à cames adapté, un système de turbocompresseur optimisé pour un débordement d’air correct et un refroidissement interne des cylindres par fermeture anticipée des soupapes d’admission d’air (cycle Miller).

L’EGR (Exhaust Gas Recirculation) renvoie les gaz d’échappement (refroidis) vers l’entrée d’air, ce qui réduit la quantité d’oxygène dans les chambres de combustion.

La technique de l’émulsion d’eau ajoute de l’eau au combustible, ce qui se traduit par une diminution de la température dans les chambres de combustion.

Malgré toutes ces techniques, le moteur rencontre ce qu’on appelle le paradoxe des NOX : Plus la température de combustion du diesel est élevée, plus les émissions de NOX sont élevées. Une combustion plus efficace à température plus élevée génère donc plus de NOX. Une combustion moins efficace à températures plus basses génère une plus grande consommation en carburant, donc plus de CO2 et plus de particules de suie (PM).

Investissement  Opérationnel  Environnement local + Climat +

Post-traitement

La réduction catalytique sélective (RCS) est un procédé chimique qui élimine les oxydes d’azote (NOX) des gaz d’échappement. Un mélange d’urée et d’eau déminéralisée est pour ce faire injecté dans les gaz d’échappement. Le système est sélectif parce qu’il cible spécifiquement les émissions de NOX. Le catalyseur fait partie du système d’échappement qui se trouve derrière le moteur. Le dosage de l’urée assure la réduction ciblée des NOX.

Le filtre à particules diesel (Diesel Particulate Filter, DPF) capture les particules fines (= toutes les particules qui ne sont pas entièrement brûlées pendant le processus de combustion dans le moteur) dans les gaz d’échappement derrière le moteur. Plus le filtre est grand et développé sur le plan technologique, plus il capture de particules de suie. Les particules suie étant effectivement piégées dans le système de filtration, ce dernier doit être nettoyé à intervalles réguliers. C’est ce que l’on appelle la « régénération » : les particules fines accumulées sont brûlées dans le filtre (oxydation). Elle peut être réalisée par le biais d’un procédé passif dans le cadre duquel l’oxydation/incinération prend la forme d’un traitement chimique à des températures plus basses. Il peut également se faire de manière active, auquel cas la température dans le filtre augmente jusqu’à > 600° pour assurer une combustion supplémentaire et totale.

La combinaison de ces deux techniques permet d’obtenir la meilleure réduction d’émissions possible pour un moteur diesel classique.

Investissement €€ Opérationnel €€ Environnement local +++ Climat +++

Configuration de système de propulsion

Un système hybride alimente le navire par la combinaison de deux sources d’énergie différentes.

Un système hybride offre de nombreuses possibilités de configuration. La propulsion à proprement parler est assurée par un moteur électrique. Moins cher et beaucoup plus facile à entretenir qu’un moteur diesel, il ne produit en outre aucune émission. L’électricité nécessaire à la propulsion de ce moteur peut provenir de tout autre système déjà décrit. Moteurs diesel ou à gaz (générateurs) avec ou sans système de post-traitement, carburants alternatifs, électrolyse (hydrogène), batteries ou toute combinaison de ceux-ci. Les avantages et les inconvénients de ces systèmes s’appliquent alors.

Investissement €€ Opérationnel
Le niveau d’émissions de substances polluantes ayant un impact sur l’environnement local et le climat dépend du système utilisé pour la production d’électricité: de Ο à +++

PROMINENT Longlist

PROMINENT est un projet qui bénéficie d’un financement européen dans le cadre du programme Horizon 2020. Le projet a cartographié le besoin de développement technologique et les goulots d’étranglement en matière d’innovation et d’écologisation de la navigation intérieure.

http://www.prominent-iwt.eu/

Le projet PROMINENT a débouché sur l’élaboration d’une longue liste de technologies permettant l’écologisation de la navigation intérieure.