Carbone

Publié le 13 août 2023 à 20h47 par Harry Valentine

Le secteur maritime lance des initiatives visant à réduire les émissions de carbone produites par les systèmes de propulsion des navires. Plusieurs technologies de propulsion sans carbone impliquent l’utilisation d’énergies renouvelables et occupent un espace volumétrique considérable à l’intérieur d’un navire, réduisant ainsi la capacité de charge utile. Les précédents en matière d'exploitation de remorqueurs-barges suggèrent la possibilité de combiner une barge de méga-taille avec un remorqueur de méga-taille qui assure la propulsion et la navigation.

Introduction

Les ensembles de navires remorqueurs-barges naviguent avec succès dans le service de fret commercial depuis de nombreuses années le long des voies navigables intérieures américaines, des Grands Lacs supérieurs et du service côtier océanique. La taille de chaque barge dans un remorquage couplé sur le système du Mississippi suggère qu'un remorqueur sans carbone pourrait être construit avec des largeurs de 2 barges sur des longueurs de 1,5 barge. En service, il naviguerait dans l'ombre hydraulique de l'ensemble couplé devant lui, réduisant ainsi sa traînée d'eau. Un remorqueur de 3 500 à 4 000 chevaux est capable de propulser une barge de 4 largeurs de barge sur 10 longueurs de barge.

Les chemins de fer transportant le même tonnage et/ou volume que 40 barges nécessiteraient des groupes de locomotives générant de 30 000 à 40 000 chevaux pour tirer plusieurs trains. La conversion des opérations du principal corridor ferroviaire à une propulsion sans carbone nécessite l'installation de câbles électriques au-dessus des voies pour un coût d'environ 3 millions de dollars par mile, ainsi que l'achat de locomotives entièrement électriques. En comparaison, il serait possible de développer un remorqueur surdimensionné qui transporterait des batteries de réseau à longue durée de vie et à des prix compétitifs, à un coût initial et à long terme bien inférieur. Contrairement au transport routier ou ferroviaire, le transport maritime pourrait en réalité utiliser des batteries à l’échelle du réseau pour sa propulsion.

Unité de propulsion remorquée (remorqueur)

La propulsion par remorqueur-barge a fait ses preuves le long des voies navigables intérieures, à travers les Grands Lacs et dans le service côtier océanique. Relier la poupe d'une barge de grande longueur à la proue d'un remorqueur lourd de grande longueur nécessite une conception d'accouplement articulé capable de naviguer dans des conditions de vagues océaniques sévères. Le couplage entre la poupe de la barge et la proue du remorqueur devra peut-être permettre une relative liberté de mouvement vertical tout en transmettant la force de propulsion et le contrôle directionnel lorsque la barge et le remorqueur tangent à différentes fréquences. Cependant, des recherches futures devront déterminer la nécessité réelle d’un tel couplage.

Le volume intérieur et la capacité de charge d’un remorqueur allongé et élargi seraient essentiels pour un navire doté d’une technologie de propulsion sans carbone. Il pourrait transporter de gros réservoirs d’hydrogène pour faire fonctionner soit des piles à combustible, soit un moteur thermique. Les progrès récents dans le stockage d’énergie dans l’air liquide pourraient constituer la base de la propulsion des remorqueurs. Le remorqueur pourrait fonctionner avec de l'énergie thermique stockée par chaleur de fusion et se recharger dans les centrales nucléaires côtières. Les batteries à l'échelle du réseau capables de fournir la propulsion des navires comprennent la technologie aluminium-air, la batterie fer-air, la batterie à flux zinc-air et la batterie à flux à base de vanadium.

Technologies de stockage

Un large éventail de technologies ont le potentiel futur de fournir une propulsion sans carbone aux navires maritimes et pourraient inclure :

- Air liquéfié : des initiatives sont en cours en Angleterre pour développer le stockage d'énergie à l'échelle du réseau en utilisant de l'air atmosphérique liquéfié surrefroidi dont la densité est supérieure à 80 % de celle de l'eau liquide. Il a été testé avec succès comme propulsion dans une petite voiture et pourrait être adapté à la propulsion de navires où une turbine à engrenages ou un moteur rotatif volumétrique entraînerait une hélice. La combinaison d'air liquéfié stocké dans des conteneurs bien isolés et d'une source d'énergie thermique stockée à bord d'un remorqueur de grande taille pourrait théoriquement propulser une barge sur des distances de 600 à 1 000 nm.

- Batterie fer-air : La batterie fer-air occupe l'espace d'un conteneur d'expédition de taille standard (40 pieds de longueur). Des tests à petite échelle ont indiqué une détérioration négligeable de la chimie de la batterie après 20 000 cycles de vidange complète et sont capables de fournir une sortie constante pendant une durée allant jusqu'à 100 heures. Un ensemble de 2 niveaux de conteneurs de batterie fer-air (64) de 8 de largeur sur 4 de longueur transportés à bord d'un super remorqueur de 300 pieds de longueur sur 70 pieds de largeur fourniraient plus de 4 000 chevaux pendant 100 heures, ce qui rendrait le technologie adaptée à l’exploitation des remorqueurs-barges le long des voies navigables intérieures. L'exploitation côtière et le service sur les Grands Lacs nécessiteraient des versions plus grandes du remorqueur.