Le transport durable?

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1 Le transport durable? Enjeux technologiques, géo-politiques et sociétaux Green Propulsion s.c.r.l. 6, quai Banning 4000 Liège : : : «La Jamais contente», première voiture à dépasser le cap des 100 km/h, est électrique. Elle est conçue par le verviétois Camille Jenatzy, : «L auto-mixte» introduit le système de propulsion pétrole-électricité breveté par l ingénieur liégeois Henri Pieper

2 Green Propulsion scrl Le spécialiste de la mobilité durable, 12 ans d expérience dans: Carburants alternatifs Electrique, batteries Li Hybrides du futur Pile à combustible 1998, prototype hybride parallèle Prototypage rapide pour les constructeurs Expert indépendant auprès des autorités Vision avancée du parc automobile à venir Maîtrise approfondie du cadre législatif européen Simulation de l impact environnemental des infrastructures / du trafic Vers une mobilité durable, page 2

3 Un savoir faire pratique unique Superkart électrique 0 à 100 km/h en 2.5 s Lupo hybride parallèle rechargeable 60 gco2/km en 2002 Pile A Combustible 2 future 2135 km pour 1litre d essence Microbus électrique et hybride Production d un par semaine Kangoo hybride rechargeable Combiné série et parallèle Hybride combiné pour bus Vers une mobilité durable, page 3

4 Comparer différentes solutions? véhicules: Σ nuisances / (passagers * km) Nuisances Depuis 1980: émissions locales polluants CO, HC, NOx, particules, bruit Injection directe, catalyseurs, filtres à particules, Depuis 2000: émissions globales (effet de serre, CO 2 ) Proportionnel à la consommation de carburant Well to wheel (du puits à la roue), Life Cycle Analysis Bientôt en Belgique: indice unique (Ecoscore) a CO 2 + b CO + c HC + d NO x + e particules + f bruit Pondération pour villes, campagne Vers une mobilité durable, page 4

5 Carburants fossiles alternatifs: LPG, gaz naturel Modification du moteur Idéalement moteurs dédicacés LPG: moteur essence adapté CNG: moteur essence/diesel adapté Emissions de polluants Gaz Bon mélange air carburant Faibles émissions CO, HC, particules Emissions de CO 2 LPG: pas mieux qu essence CNG: origine -10 à -20% Stockage LPG: liquide sous pression CNG: 200 à 300 bars Vers une mobilité durable, page 5

6 Les bio-carburants Quotas européens de dilution à la pompe classique 5,75% en 2010, voire 20% en 2020 Production belge: quantités limitées (<5% consommation) Betteraves sucrières ou blé éthanol Colza huile Biomasse méthane Production étrangère Canne à sucre brésilienne Huile de palme congolaise Bio-carburants: sans carbone fossile? Photosynthèse + combustion = cycle fermé Apport pétrole et dérivés (engrais) Ratio d usage Ethanol: 1,4 réduction CO 2 = 1/1,4-1 = - 29% Vers une mobilité durable, page 6

7 Adaptation des bio-carburants aux moteurs Forte teneur, projets pilotes Modification du moteur Perte de garantie Stockage Ethanol: densité faible volume élevé Colza: viscosité élevée pré-chauffage Emissions de polluants? Faible teneur, pour tous Moteurs et réservoirs d origine Total CO 2 : idem projets à forte teneur Absorption d eau, démixtion Ethanol flexfuel: liberté totale Vers une mobilité durable, page 7

8 L hydrogène Démonstration échelle industrielle Électrolyse Faible rendement ( 60%) Voir production d électricité ci-dessous Reforming combustible fossiles (pétrole, gaz naturel, ) Rendement moyen ( 70%) Combustion CO 2 Émissions en amont Vers une mobilité durable, page 8

9 Hydrogène + moteur à combustion Tank Engine Chemical Electrical Mechanical Conversion aisée d un moteur conventionnel Stockage d H 2 à bord 800 bars -253 C faible autonomie Transmission Wheels Vers une mobilité durable, page 9

10 L électricité Réseau de distribution Origine réelle: la centrale la plus proche Origine virtuelle: votre fournisseur d électricité Origine moyenne: très variable selon Temps (jour/nuit) Espace (de 30 g CO 2 /kw.h en Suède à 1200 en Grèce) mix européen: 383 g CO 2 /kw.h Production domestique Well to wheel: y compris l amont des centrales Vers une mobilité durable, page 10

11 Traction électrique (Kangoo) Moteur / Générateur AC Refroidissement par eau 46 kg 84 kw (115 cv) batteries Li-polymère (130 W.h/kg) 150 kg Li-po = 257 kg NiMH = 900 kg Pb-ac Vers une mobilité durable, page 11

12 Traction électrique (Kangoo) Autonomie: 100 km Consommation: 18 kw.h/100km Recharge complète sur réseau 220V: 5h Vers une mobilité durable, page 12

13 Traction électrique (Kangoo) 225 Emissions totales de CO2 (g/km) Prod. énergie Utilisation Prod./recyclage essence 1.5 Dci diesel 1.2 LPG Hybride, charge réseau Hybride, charge Diesel Batteries Vers une mobilité durable, page 13

14 Stockage d électricité à bord Lead-ac Ni-MH Zebra Li Supercap Specific C1 useful energy W.h/kg Specific power W/kg Charge-discharge η % Estimated life cycles Lead-acid Li-polymer Petrol Diesel Specific energy (W.h/kg) Vehicle consumption 25kW.h/100km 20kW.h/100km 8l/100km 6l/100km Range (km for 100 kg) Vers une mobilité durable, page 14

15 Production d électricité à bord Pile à combustible (Fuel Cell) Proton Exchange Membrane FC H 2 H 2 reformer CNG, alcool ou essence Hybride série : groupe électrogène Moteur + machine électrique Diesel liaison électrique Vers une mobilité durable, page 15

16 Pile à combustible LH 2 Vers une mobilité durable, page 16

17 Hybride série Node Engine Generator Battery Chemical Electrical Mechanical Autonomie sur batterie ZEV partiel Diesel ou dual fuel (électricité/diesel) Infrastructures énergie existantes Autonomie illimitée M/G Wheels Vers une mobilité durable, page 17

18 Caractéristiques fuel cell, hybride série Taux d hybridation (%) : Τ s = P APU / P e P APU : puissance max fuel cell ou générateur P e : puissance max moteur électrique Autonomie ZEV (km)>0 : full hybrid Recharge des batteries Freinage récupératif (moteur générateur)!! P max durée de vie des batteries Via Fuel Cell / Générateur : charge sustaining Dual fuel avec le réseau : plug-in hybrid Vers une mobilité durable, page 18

19 Liaison mécanique: hybride parallèle Tank Engine Gear change Node Differential Chemical Electrical Mechanical Battery M/G 1 moteur + électronique de puissance Mode électrique pur Nécessite une réduction de vitesse Boîte classique CVT, Wheels Vers une mobilité durable, page 19

20 Un électro-hybride innovatif (preliminary design) Flexfuel V4 engine Alcool / petrol 130 kw Li-polymer batteries 266 V, 31 A.h 110 kw peak 66 kg Gearbox Induction motor 5-speed Spaceframe chassis Fiber body 850 kg 30 kw nominal 100 kw peak 61 kg Vers une mobilité durable, page 20

21 Performances In electric urban driving More than 60 km range, unlimited speed Complete battery charge in 5h from the grid 14 kw.h/100km (1.1 by night, 2.3 by day) 0 to 100 km/h in 7.0s In hybrid extra urban driving Unlimited range 5,5 l/100 km or 130 gco 2 /km: 2012 today! 0 to 100 km/h in 4.2s Vers une mobilité durable, page 21

22 Caractéristiques hybride parallèle Taux d hybridation (%) : Τ p = P e / (P e + P t ) P t : puissance max moteur thermique P e : puissance max moteur électrique Micro < mild < full Autonomie ZEV (km) Charge sustaining / plug-in hybrid Vers une mobilité durable, page 22

23 Hybride combiné (bus 12m) Diesel engine 5 cylindres, 2.5 l 350 N.m, 110 kw Particulate filter Euro 4 CNG engine 4 cylinders, 3.0l 350 N.m, 105 kw Catalytic converter Euro 5 ou EEV AC machine A Switched reluctance 55 kw nominal Liquid cooling AC machine B Switched reluctance 130 kw nominal 160 kw peak Liquid cooling Li-polymer batteries 144*3.7=533 V nominal 70 A.h; 300 kw peak 300 kg Clutch Total weight: 1000 kg Vers une mobilité durable, page 23

24 Avantages hybride combiné Versus hybride série Accélération constante agrément passagers Efficacité haute vitesse Réduction de la taille de la machine A Versus hybride parallèle Plus de boîte de vitesse Versus Toyota Prius Verrouillage mécanique en hybride parallèle Nécessite un moteur efficace sur une large gamme de régimes Vers une mobilité durable, page 24

25 Hybride combiné (bus 12m) , ,3 22,5 23, Diesel (l/100km), Electricity (kw.h/100km) Well to wheel CO2 emissions (g/km) Diesel Electricity CO2 24,3 22, Average speed on SORT 1, 2, 3 cycles (km/h) Vers une mobilité durable, page

26 Comparaison motorisations bus Diesel Series hybrid Series hybrid+li-polymer Combined hybrid Electric Well to wheel Diesel equivalent (l/100km) Well to wheel CO2 emissions (g/km) Average speed on SORT 1,2,3 cycles (km/h) Vers une mobilité durable, page 26

27 Energy cost reduction (based on Belgian costs) Energy cost ( /100km) Total economy on energy, 15 years ( ) 0 Diesel Combined hybrid Diesel Gaz Combined hybrid gaz 0 Vers une mobilité durable, page 27

28 Zero Emission Vehicle: Batteries vs Fuel cell 100% 90% Energie primaire (électricité verte) 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Pertes réseau électrique Pertes chargeur batteries Pertes batteries Pertes électrolyse Pertes stockage H2 Pertes pile à combustible Pertes moteur électrique Energie mécanique disponible 0% Batteries, 2006 Batteries, 2010 Fuel cell, 2010 Fuel cell, 2006 Vers une mobilité durable, page 28

29 Co-voiturage A quel prix? Réduction de CO2 (%) Bio-carburants Mild hybrid Full hybrid Plug-in hybrid Electrique Pile à combustible 10 Micro hybrid Surcoût (%) Vers une mobilité durable, page 29

30 Enjeux géo-politiques Neutralité technologique requise par CEE Incitants fixes à la mise en circulation Base CO 2, par paliers (Belgique: <115 g/km;<105 g/km) quid émissions de polluants, distorsions? Base Ecoscore linéaire (CO 2 + polluants) quid de l usage abusif, de la conduite sauvage? Taxation variable Base kilométrage (poids lourds en Allemagne) quid de la consommation abusive / km? Base carbone fossile ( accises, recommandation CEE) véhicule frugal (taille ou technologie) + déplacements modérés, conduite coulée mais polluants? Vers une mobilité durable, page 30

31 Financer la technologie? Neutralité technologique requise par CEE Incitants fixes à la mise en circulation Base CO 2, par paliers (Belgique: <115 g/km;<105 g/km) quid émissions de polluants, distorsions? Base Ecoscore linéaire (CO 2 + polluants) quid de l usage abusif, de la conduite sauvage? Taxation variable Base kilométrage (poids lourds en Allemagne) quid de la consommation abusive par km? Base carbone fossile ( accises, recommandation CEE) véhicule frugal (taille ou technologie) + déplacements modérés, conduite coulée mais polluants? Vers une mobilité durable, page 31

32 Maîtriser le besoin en mobilité Aménagement du territoire Encore des parcs (industriel, artisanal, scientifique)? Encore des complexes commerciaux? Encore des quartiers résidentiels? Lier le permis de bâtir à un «impact mobilité» positif Réduire les trajets travail - domicile - école Portabilité des droits d enregistrement du domicile Crèche au travail, télétravail, moins de réunions, Loisirs intelligents Weekend à Barcelone? (pas d accises sur kérosène) Vers une mobilité durable, page 32

33 Choisir et utiliser rationnellement Halte à la sur-sécurité Renforcer les petites voitures contre les 4X4? Halte au sur-confort Golf I : 800 kg; Golf V: 1400 kg! Remplir les véhicules: l Afrique en modèle Transports en commun Covoiturage Flexibilité: seul dans un monospace? changer de véhicule! Vers une mobilité durable, page 33

34 En conclusion, vers une mobilité durable 1. A l avenir plusieurs technologies cohabiteront L objectif doit rester le résultat et non la technologie Meilleurs émissions coût plus élevé 2. Une fiscalité appropriée peut promouvoir Les véhicules propres Leur usage rationnel La maîtrise du besoin en mobilité Changeons d abord notre mode de vie avant d investir lourdement dans la technologie Vers une mobilité durable, page 34