Universal Hydrogen lance des réservoirs en préformes carbone tressé pour décarboner l'aviation

Paul Eremenko, ancien directeur technique d'Airbus SE (Leiden, Pays-Bas) et de 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. Le transport aérien représente environ 2,5 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. Airbus et le gouvernement français ont annoncé des plans pour y remédier en développant le premier avion commercial décarboné entrant en service d'ici 2035. Airbus a dévoilé trois conceptions préliminaires, toutes basées sur une propulsion à hydrogène.

Le défi de l'infrastructure

« Le défi clé, à notre avis, est l'infrastructure », déclare J.P. Clarke, CTO d'Universal Hydrogen. « Au lieu du temps et du coût pour construire des pipelines et des systèmes de transport d'hydrogène spécialisés, nous voulons tirer parti de l'infrastructure existante de transport de fret conteneurisé combinée à une nouvelle technologie efficace pour fournir une solution à faible investissement capital. Nos modules bi-capsules permettent un remplissage, un transport et un chargement faciles sur l'avion et sont bien plus légers que les batteries. Cette approche est également évolutive. À mesure que la demande augmente, le réseau d'approvisionnement grandit aussi, simplement en augmentant le nombre de modules en circulation, mais avec une faible barrière à l'entrée. »

Conversion d'avions turbopropulseurs

L'entreprise prévoit de lancer le marché en convertissant les avions régionaux biturbopropulseurs ATR et Dash 8 à la propulsion par pile à combustible à hydrogène. Le module bi-capsule développé pour ces avions utilise des cylindres à 850 bars réalisés avec une préforme tressée continue en carbone multicouche, optimisée en poids, sur une membrane à faible perméabilité pour le stockage d'hydrogène gazeux sous haute pression ; ou deux réservoirs métalliques, isolés mais non activement refroidis, pour transporter l'hydrogène liquide. Les modules sont dimensionnés pour fournir 400 milles nautiques d'autonomie avec le gaz haute pression et 550 milles nautiques avec 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 acheminé à l'extérieur du fuselage vers les nacelles, chacune remplaçant le turbopropulseur par une pile à combustible de 2 mégawatts alimentant un moteur électrique pour l'hélice plus 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 évacuée en conditions de vol sans produire de traînées de condensation pour un impact environnemental minimal. Un système de gestion thermique incluant un radiateur sur la nacelle refroidira la pile à combustible et le moteur.

La rénovation a été conçue pour maintenir les performances de l'avion avec l'autonomie susmentionnée selon le carburant gazeux ou liquide, mais nécessite de supprimer deux rangées de sièges pour accueillir les modules bi-réservoirs. La galerie arrière est également déplacée à l'avant, perdant deux sièges supplémentaires, pour une réduction totale de capacité de 40 passagers. Malgré cela, Universal Hydrogen estime que l'économie d'exploitation reste inchangée en termes de coût par siège-kilomètre disponible.

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

Modèle économique, calendrier et partenaires

Universal Hydrogen prévoit de proposer des modules de carburant hydrogène et un kit de rénovation pour convertir les avions Dash 8 et ATR, visant une entrée en service en 2024. Eremenko a décrit la subvention de la conversion à l'hydrogène pour les transporteurs régionaux, offrant essentiellement une « conversion à faible coût, voire sans coût » en échange d'un contrat de carburant hydrogène à long terme.

Après cette phase initiale, l'entreprise vise à publier ses plans de conversion en conception open-source personnalisable par les développeurs d'avions plus petits, de la mobilité aérienne urbaine aux avions de liaison. L'entreprise prévoit de s'associer aux constructeurs d'avions régionaux et de transport plus grands, d'ATR et De Havilland Canada à Boeing et Airbus, dans le but de dérisquer la décision d'opter pour l'hydrogène.

Universal Hydrogen progresse vers un design finalisé et s'attend à avoir une démonstration du groupe motopropulseur et des modules de carburant prête d'ici 2021. Des vols d'essai expérimentaux suivront, puis la certification. En parallèle, l'entreprise mûrira son réseau logistique d'hydrogène et développera un système de production pour les modules de carburant. Jusqu'à présent, elle a été autofinancée par ses fondateurs et partenaires à hauteur d'environ 5 millions de dollars. Elle estime qu'environ 300 millions de dollars seront nécessaires pour atteindre les premiers revenus.

Bien qu'Universal Hydrogen se concentre sur l'alimentation d'avions via des piles à combustible à hydrogène, les mêmes modules de carburant pourraient également alimenter des avions brûlant l'hydrogène dans des turboréacteurs modifiés. L'objectif de l'entreprise — les avions monocouloirs moyen-courriers — représentent la grande majorité des vols mondiaux et offrent un énorme potentiel de marché, selon l'ancien PDG d'Airbus Tom Enders, qui conseille la start-up.