L'avenir du vol - Trois futurs énergétiques (électrique, hydrogène ou juste moins ?)

04 February 2020 par John Armstrong
L'avenir du vol - Trois futurs énergétiques (électrique, hydrogène ou juste moins ?)

Chaque minute, 84 vols décollent quelque part dans le monde et plus de 4 milliards de voyages sont effectués en avion. La combustion annuelle de près de 300 millions de tonnes de kérosène représente 2,7 % des émissions mondiales de CO2. Le trafic aérien mondial devrait doubler au cours des deux prochaines décennies ! (Le défi fondamental de la décarbonisation des vols est la densité énergétique du stockage. Actuellement, les batteries au lithium-fer peuvent stocker environ 250 Whr par kilogramme, ce qui est 30 fois moins dense que le carburant pour avion. Le poids des batteries finit par limiter la capacité de

la capacité des grands avions à décoller, sans parler de transporter une charge utile ! Pour les plus gros avions, les carburants alternatifs tels que l'hydrogène, avec des densités d'énergie plus élevées, peuvent être plus judicieux que l'électrification, mais sans une intervention réglementaire significative, ils ne remplaceront pas de sitôt notre flotte actuelle, gourmande en hydrocarbures.


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Dans mon blog sur l'avenir de l'énergie, j'ai fait une déclaration très audacieuse sur l'avenir de l'aviation, qui devrait être réduit de 50 % d'ici 2030. De nombreux commentaires sur l'article m'ont informé que je me trompais probablement - et cela m'a fait réfléchir. Avec mes autres prédictions, il existe une voie de décarbonisation assez claire, c'est-à-dire le passage de la chaleur aux pompes à chaleur et de l'automobile aux batteries électriques (avec un peu d'hydrogène pour le fret). Le transport aérien ne semble pas aussi clair - à l'heure actuelle, il n'existe pas d'option facilement disponible et techniquement éprouvée pour le transport aérien.

Chaque minute, 84 vols décollent quelque part dans le monde et plus de 4 milliards devoyages sont effectués par avion. La combustion de près de 300millions de tonnes de carburéacteur par an représente 2,7 % des émissions mondiales de CO2 et les voyages en avion devraient doubler au cours des deux prochaines décennies ! (donc un écart assez important par rapport à ma prévision d'une réduction de 50 % !) Ce n'est pas un problème qui va disparaître comme ça !

Récemment, j'ai été très enthousiaste à l'idée de voir décoller de petitsavions électriques comme Alice. Grâce à la technologie desbatteries issues de l'automobile, ces avions ont pu parcourir des distances raisonnables avec une seule charge - en transportant quelques passagers. Il y a également eu des déclarations assez audacieuses sur la possibilité de faire décoller, d'ici la fin de la décennie, de grands avions électriques du type easyjet. Ces innovations sont toutefois loin de permettre la décarbonisation d'un vol long (ou même court).

Le défi fondamental de la décarbonisation des vols est la densité énergétique du stockage... La physique des batteries semble fonctionner pour des applications plus petites... mais pas nécessairement pour les gros avions. Actuellement, les batteries au lithium-fer peuvent stocker environ 250Wh par kg, ce qui est 30 fois moins dense que le carburant pour avion. Le poids des batteries finit donc par limiter la capacité des grands avions à décoller, sans parler de leur charge utile. Desrecherches ont suggéré que pour que les avions à batteries fonctionnent, la densité énergétique devrait être plus proche de 800 WHr/Kg, soit presque le triple de celle de la meilleure technologie disponible aujourd'hui. Au rythme actuel d'amélioration de la technologie, ce type de densité énergétique ne sera pas disponible avant bien après 2050.

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Même si la densité énergétique améliorée pouvait être obtenue, il reste un énorme défi à relever : celui de charger les gros avions de ligne au sol. Pour mettre les choses en perspective, un 747 a besoin d'environ 40 à 50 MW de puissance au décollage. Un 747 a actuellement un temps de rotation de 150 minutes et un 737 de 27 minutes pour un avion comme Ryanair ! L'infrastructure nécessaire pour pouvoir charger une batterie aussi importante aussi rapidement serait tout à fait incroyable (sans parler de la charge de 1300 vols par jour à Heathrow !) Même si le problème de la densité énergétique peut être résolu, il reste encore beaucoup de chemin à parcourir pour pouvoir recharger l'avion une fois qu'il est au sol !

Pour la prochaine décennie, que signifie ce qui précède pour le transport aérien ?

Smaller electric airplanes will have a role to play

1. Le développement d'avions électriques à faibles émissions pourrait entraîner une explosion des petits aéroports régionaux avec moins de pilotes et moins de taxis aériens. Les distances plus courtes disponibles signifieront que l'aviation à courte distance pourrait devenir une réalité. De plus, les petits avions pourront voler à des altitudes plus basses, évitant ainsi les encombrements et, le poids devenant critique dans l'autonomie, la suppression du pilote commence à avoir un sens - accélérer le vol autonome pour améliorer le dossier économique.

charging 51000 cars at heathrow.

2. La demande d'électricité dans les centres de transport deviendra un problème croissant. Avec l'augmentation du nombre de véhicules électriques, la demande en électricité des infrastructures locales va augmenter - l'aéroport d'Heathrow, par exemple, dispose de 51 000 places de parking ! Le simple fait de recharger autant de véhicules nécessitera un renforcement considérable de l'approvisionnement en électricité. En supposant des chargeurs lents (3KW) et environ 10% des véhicules en charge, vous auriez besoin d'une connexion de 15MW juste pour les véhicules ! - Peu importe si vous souhaitez également commencer à recharger des avions de ligne géants (dans des délais rapides !). Avec des avions électriques plus petits, il ne sera plus nécessaire d'utiliser des infrastructures de hub géants comme c'est le cas actuellement - les opérateurs pourront se déplacer vers des aéroports plus petits et moins chers où la recharge est plus facile (grâce à l'énergie solaire locale par exemple).

3. Pour les grands avions, les carburants de substitution tels que l'hydrogène à plus haute densité énergétique peuvent être plus judicieux que l'électrification. La densité énergétique de ces carburants rendra le passage à l'hydrogène plus logique. Le développement decentres régionaux de l'hydrogène offre des opportunités au niveau mondial, mais à l'heure actuelle, personne ne vole commercialement à l'hydrogène, il reste donc un long chemin à parcourir.

En conclusion, avec la technologie actuelle, la seule façon de réduire les émissions de carbone est de voler moins. Il n'y a tout simplement pas de voie suffisamment claire pour réduire ou éliminer les émissions de carbone. Des avions électriques plus petits peuvent compléter les routes existantes, mais sans une intervention réglementaire significative, ils ne remplaceront pas de sitôt notre flotte actuelle, avide d'hydrocarbures !