Universal Hydrogen utilise des réservoirs de préformes en carbone tressé à sec dans le cadre du plan de décarbonisation de l'aviation

Crédit photo :Universal Hydrogen

Paul Eremenko, ancien directeur de la technologie d'Airbus SE (Leiden, Pays-Bas) et United Technologies Corp. (Farmington, Connecticut, États-Unis), a cofondé Universal Hydrogen (Los Angeles, Californie, États-Unis) pour fournir l'infrastructure nécessaire à l'aviation à hydrogène. Les voyages en avion représentent environ 2,5 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Airbus et le gouvernement français ont annoncé leur intention de remédier à ce problème en développant le premier avion commercial décarboné à entrer en service d'ici 2035. Airbus a annoncé trois conceptions préliminaires d'avions, toutes basées sur une propulsion à l'hydrogène.

« À notre avis, le principal défi est l'infrastructure », déclare J.P. Clarke, directeur technique d'Universal Hydrogen. « Au lieu du temps et du coût de construction de pipelines et de systèmes de transport d'hydrogène spécialisés, nous voulons tirer parti de l'infrastructure de transport de marchandises conteneurisée existante combinée à une nouvelle technologie efficace pour fournir une solution à faible investissement en capital. Nos modules à double capsule permettent un remplissage, un transport et un chargement faciles dans l'avion et un poids beaucoup plus léger que les batteries. Cette approche est également évolutive. À mesure que la demande augmente, le réseau d'approvisionnement augmente également, augmentant simplement le nombre de modules en circulation, mais avec une faible barrière à l'entrée. »

Conversion d'avions à turbopropulseurs

La société prévoit de lancer le marché en convertissant les avions régionaux bi-turbopropulseurs ATR et Dash 8 en une propulsion à pile à combustible à hydrogène. Le module à double capsule développé pour ces avions utilise des cylindres de 850 bars fabriqués avec une préforme tressée en carbone continue multicouche, optimisée en poids, sur une membrane à faible perméabilité pour le stockage à haute pression de l'hydrogène gazeux ; ou deux réservoirs métalliques, isolés mais non refroidis activement, pour transporter l'hydrogène liquide. Les modules ont été dimensionnés pour fournir 400 milles marins d'autonomie avec du gaz à haute pression et 550 milles marins avec de l'hydrogène liquide.

Jusqu'à trois modules seront chargés dans le fuselage arrière des avions via la porte de service, légèrement élargie dans le cadre de la modification du certificat de type supplémentaire (STC). L'hydrogène sera raccordé à l'extérieur du fuselage dans les nacelles, chacune remplaçant le turbopropulseur par une pile à combustible de 2 mégawatts alimentant un moteur électrique pour l'hélice et un moteur plus petit pour l'alimentation auxiliaire. Les piles à combustible utilisent l'hydrogène comme carburant et n'émettent que de la vapeur d'eau, qui est collectée et déversée dans des conditions de vol lorsqu'aucune traînée n'est produite pour un impact environnemental minimal. Un système de gestion thermique comprenant un radiateur sur la nacelle refroidira la pile à combustible et le moteur.

La modernisation a été conçue pour maintenir les performances de l'avion avec la plage indiquée ci-dessus en fonction du gaz ou du carburant liquide, mais nécessite la perte de deux rangées de sièges pour accueillir les modules à deux réservoirs. La cuisine arrière se déplace également vers l'avant, perdant deux sièges supplémentaires, pour une réduction de capacité totale de 40 passagers. Malgré cela, Universal Hydrogen estime que l'économie d'exploitation est à peu près inchangée en termes de coût par siège-mille disponible.

Même si l'hydrogène est actuellement plus cher que le carburéacteur, son coût devrait baisser à mesure que les augmentations de production significatives annoncées et prévues se concrétiseront. Eremenko estime également une amélioration d'au moins 25 % des coûts de maintenance et de révision pour un groupe motopropulseur électrique à pile à combustible par rapport à un moteur à combustion.

Modèle commercial, calendrier et partenaires

Universal Hydrogen prévoit de proposer des modules de carburant à hydrogène et un kit de modernisation pour la conversion des avions Dash 8 et ATR, visant une entrée en service en 2024. Eremenko a décrit le fait de subventionner la conversion à l'hydrogène pour les transporteurs régionaux, offrant essentiellement "une conversion à faible coût ou à coût nul" en échange d'un contrat à long terme sur le carburant à l'hydrogène.

Après cette étape initiale, la société vise à publier ses plans de conversion sous la forme d'une conception open source pouvant être personnalisée par les développeurs d'avions plus petits, de la mobilité aérienne urbaine au marché des avions de banlieue. L'entreprise prévoit de s'associer à des équipementiers d'avions de transport régionaux et plus grands, d'ATR et De Havilland Canada à Boeing et Airbus, afin de réduire les risques liés à la décision d'opter pour l'hydrogène.

Universal Hydrogen avance vers une conception finalisée et s'attend à ce qu'une démonstration du groupe motopropulseur et des modules de carburant soit prête d'ici 2021. Des essais en vol expérimentaux suivront, puis la certification. En parallèle, l'entreprise va mûrir son réseau logistique hydrogène et développer un système de production des modules combustibles. Jusqu'à présent, il a été autofinancé par ses fondateurs et partenaires à hauteur d'environ 5 millions de dollars. Il estime qu'environ 300 millions de dollars seront nécessaires pour atteindre les premiers revenus.

Bien qu'Universal Hydrogen se concentrera sur l'alimentation des avions via des piles à combustible à hydrogène, les mêmes modules de carburant pourraient également être utilisés pour alimenter des avions qui brûlent de l'hydrogène dans des moteurs à réaction modifiés. L'objectif de l'entreprise en matière d'avions monocouloirs moyen-courriers comprend la grande majorité des vols dans le monde et offre un énorme potentiel de marché, a déclaré l'ancien PDG d'Airbus, Tom Enders, qui conseille la startup.