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Zurich Le produit phare d’Accelleron est incontournable pour les visiteurs dans la cour du siège de l’entreprise, non loin de Zurich. Il s’agit d’un turbocompresseur pour moteurs diesel de porte-conteneurs, plus grand qu’un homme et le plus gros proposé par le constructeur suisse. L’entreprise de Baden se concentre sur le moteur à combustion. Et pour en tirer des performances plus efficaces.
Cependant, Accelleron est détendu quant à la fin prochaine des moteurs à essence et diesel. Dirk Bergmann, membre du conseil d’administration et directeur de la technologie, est convaincu que les moteurs à combustion, en particulier sur les navires et dans les centrales électriques, ne seront pas remplaçables pour le moment.
À l’avenir, ils seront probablement alimentés par de l’hydrogène, de l’ammoniac, du méthanol ou des carburants diesel synthétiques produits à partir d’électricité verte. « Nous n’obtiendrons certainement pas une solution générale dans un avenir prévisible, mais verrons plutôt l’ensemble du spectre », déclare Bergmann.
Avec les moteurs qui fonctionnent avec ces soi-disant e-carburants, l’efficacité est encore plus importante qu’avec les moteurs à combustion conventionnels car la production est plus chère que le diesel fossile ou l’essence. Bergmann en est donc convaincu : « A l’avenir, il n’y aura pas de moteur à combustion sans turbocompresseur. »
Son principe est resté inchangé depuis plus de 100 ans : l’ingénieur suisse Alfred Büchi a découvert que l’efficacité des moteurs à combustion peut être considérablement augmentée en utilisant l’énergie des gaz d’échappement. Il a trouvé un moyen d’utiliser la chaleur d’échappement pour entraîner une turbine et de l’utiliser pour entraîner un compresseur. Le compresseur garantissait que plus d’air pénétrait dans la chambre de combustion du moteur. De cette manière, les performances des moteurs à essence et diesel pourraient être considérablement augmentées tout en conservant la même consommation.
Turbocompresseur pour la pile à combustible
Depuis les années 1920, Brown Boveri et Cie. (BBC) à Baden Turbocompresseurs pour gros moteurs diesel. En 1988, BBC a fusionné avec la société suédoise d’ingénierie électrique Asea pour former ABB. En 2020, le PDG d’ABB, Björn Rosengren, a décidé de se séparer de l’activité turbocompresseur et de la répertorier sous le nom d’Accelleron. L’objectif : en dehors du grand groupe, l’entreprise doit pouvoir mieux se concentrer sur sa propre recherche et développement.
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Ainsi, Accelleron étudie, en collaboration avec l’Ecole Polytechnique Fédérale de Zurich (EPFZ), le développement de turbocompresseurs pour certaines piles à combustible, appelées pile à combustible chaude ou pile à combustible à oxyde solide (SOFC). La principale différence avec la pile à combustible à électrolyte polymère (PEM), qui est déjà utilisée dans les voitures et les camions et génère une énergie d’entraînement climatiquement neutre à partir de ce que l’on appelle l’hydrogène vert : la température de fonctionnement plus élevée. Les premiers résultats des tests sont prometteurs. « Ce serait un nouveau domaine d’activité pour Accelleron », déclare Bergmann.
Christopher Onder, professeur au Département de génie mécanique et des procédés de l’ETH Zurich, confirme également : « Le turbocompresseur est très bien adapté pour augmenter la densité de puissance de certaines piles à combustible. »
Un grand potentiel de marché est l’opportunité pour Accelleron
Dans les piles à combustible, l’hydrogène réagit généralement avec l’oxygène – le produit final est l’eau. Dans la batterie SOFC, la réaction a lieu à des températures comprises entre 600 et 1000 degrés Celsius. Cela les rend moins adaptés à une utilisation dans les voitures, par exemple. Cependant, la pile à combustible à haute température présente un certain nombre d’avantages par rapport à la technologie PEM : elle ne nécessite pas de métaux précieux coûteux tels que le platine ou le ruthénium. De plus, il peut non seulement fonctionner avec de l’hydrogène de haute pureté, mais aussi avec du méthanol ou de l’ammoniac, qui peuvent être produits à moindre coût à partir d’électricité verte.
Le turbocompresseur est très bien adapté pour augmenter la densité de puissance de certaines piles à combustible. Prof. Christopher Onder, Département de génie mécanique et des procédés à l’ETH Zurich
Le chercheur de l’ETH Onder voit des applications possibles pour les piles à combustible SOFC, par exemple dans la production de chaleur et d’électricité pour les maisons ou les habitations. « La pile à combustible chaude est clairement adaptée aux applications décentralisées », déclare-t-il. En combinaison avec des pompes à chaleur, par exemple, ils peuvent augmenter considérablement l’efficacité des systèmes de chauffage au gaz. L’utilisation est également envisageable pour les camions ou les trains qui parcourent de longues distances.
Du point de vue de Bergmann, membre du conseil d’administration d’Accelleron, il pourrait également être utilisé comme générateur d’électricité à bord de porte-conteneurs ou de navires de croisière. Et enfin, les piles à combustible chaudes peuvent jouer un rôle important dans la production d’hydrogène vert dans les centrales électriques dites power-to-gas, comme l’ont démontré des chercheurs de la Nanyang Technological University à Singapour dans une étude.
Le potentiel du marché est donc important. Important du point de vue d’Accelleron : la pile à combustible chaude a deux choses en commun avec un moteur diesel conventionnel : elle nécessite une certaine pression et la réaction produit des gaz d’échappement chauds. « Cet air d’échappement contient beaucoup d’énergie, qui peut être utilisée pour la technologie du turbocompresseur », explique Bergmann. Les tests menés par Accelleron et l’ETH montrent que l’efficacité d’une pile à combustible peut être augmentée jusqu’à 10 à 15 % avec un turbocompresseur.
La technologie ne fonctionne qu’avec les gaz d’échappement – mais ils ne doivent pas nécessairement provenir de la combustion de combustibles fossiles.
(Photo: accelleron)
Le chercheur Onder ajoute : « Au lieu de laisser la chaleur se dissiper vers l’extérieur, le turbocompresseur la fait ressortir. Cette énergie est gratuite. » Inversement, cela signifie : « Avec la même puissance de sortie, la pile à combustible avec le turbocompresseur devient plus petite et plus légère », explique Onder.
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Il faudra peut-être des années avant que la pile à combustible SOFC avec turbocompresseur ne soit utilisée à grande échelle. Accelleron et les chercheurs de l’ETH travaillent actuellement sur le contrôle de la pile à combustible afin qu’elle fonctionne en permanence à une température de 600 à 800 degrés – la fenêtre de température dans laquelle le turbocompresseur fonctionne le mieux. Dans tous les cas, la technologie SOFC a encore plusieurs années de retard sur les piles à combustible PEM, explique Bergmann. Mais il dit : « Personnellement, je crois aux piles à combustible. »
Au cours de cette période, Accelleron a réalisé environ 780 millions de dollars de ventes et près de 130 millions de dollars de bénéfice net avec son activité principale, la construction et la maintenance de gros turbocompresseurs pour navires et centrales électriques. Le chercheur de l’ETH Onder déclare : « La compétence principale d’Accelleron est d’extraire la dernière once de performance. »
Cela continuera d’être en demande, que les navires ou les centrales électriques soient propulsés par des moteurs à combustion avec des carburants électroniques ou des piles à combustible à l’avenir. Le problème central que l’électricité produite à partir d’énergies renouvelables n’est pas toujours disponible en abondance reste non résolu à long terme.
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