Les partenariats public-privé sont essentiels pour favoriser l'adoption de technologies énergétiques durables et de carburants alternatifs
Le monde cherche des moyens de réduire les émissions de gaz à effet de serre, et le secteur des transports offre une formidable opportunité de proposer des solutions durables. Le réseau ferroviaire mondial est un élément clé de la réponse. Les chemins de fer constituent le moyen le plus propre et le plus efficace de transporter des personnes et des marchandises sur terre. Le transport de marchandises par chemin de fer plutôt que par camion réduit les émissions de gaz à effet de serre (GES) de 75 % en moyenne.
Bien qu'ils occupent déjà une position de leader en matière de développement durable, l'industrie ferroviaire et Wabtec se concentrent sur l'amélioration continue, dans le but de créer un réseau ferroviaire à zéro émission. La série Evolution Tier 4 de Wabtec a été la première locomotive de fret à répondre aux normes d'émissions strictes de niveau 4 de l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA). Près de 10 ans après la livraison de la première locomotive de niveau 4, l'industrie ferroviaire est sur le point de réaliser des avancées technologiques pour alimenter les flottes de locomotives avec des sources d'énergie alternatives telles que les batteries et, à terme, les piles à combustible à hydrogène.
Wabtec investit et développe des technologies énergétiques alternatives nécessaires à la décarbonisation de l'industrie ferroviaire. Résoudre le casse-tête de la décarbonisation ne se limite pas à introduire des technologies révolutionnaires. Une véritable décarbonisation de l'industrie ferroviaire nécessite la mise en place de plusieurs pièces du puzzle. L'industrie a besoin d'une technologie démontrée pour fonctionner dans le monde réel, puis d'une infrastructure de soutien, puis d'une adoption commerciale et d'approbations réglementaires, pour n'en nommer que quelques-unes.
Aucun progrès ne peut être réalisé si les parties prenantes agissent seules. C'est pourquoi Wabtec collabore avec un groupe diversifié de partenaires (clients, fournisseurs, institutions universitaires, laboratoires nationaux et agences gouvernementales) afin de faire progresser les technologies énergétiques alternatives pour le secteur ferroviaire. L'investissement dans des partenariats public-privé réunissant ces diverses parties prenantes pourrait transformer le secteur ferroviaire, qui cherche à décarboner et à développer des infrastructures énergétiques propres pour aider ses clients à se déplacer.
Pour que toutes les pièces du puzzle soient réunies, la technologie, l'infrastructure et l'environnement réglementaire doivent progresser sur des voies parallèles. Dans la position unique de Wabtec en tant qu'innovateur de premier plan dans le secteur ferroviaire, l'entreprise s'associe à des parties prenantes clés pour stimuler l'innovation en matière de carburants alternatifs, soutenir le développement des infrastructures, tout en collaborant avec les organismes de réglementation pour gérer ces technologies émergentes.
Partenariat avec Wabtec pour améliorer l'efficacité énergétique et les carburants alternatifs
Il existe de nombreuses voies pour décarboner les transports. Wabtec contribue à un monde plus durable grâce à un nombre croissant d'initiatives. Certains ont un impact immédiat, tandis que d'autres ont des horizons plus longs. Dans tous ces domaines, Wabtec travaille en partenariat avec ses fournisseurs, ses clients, des experts externes, le monde universitaire, le gouvernement et d'autres acteurs de la chaîne de valeur du transport.
La transition vers les biocarburants réduit considérablement les émissions de carbone en utilisant davantage de biodiesel (B20) et de diesel renouvelable (R55) dans les locomotives Wabtec. Wabtec travaille en partenariat avec BNSF Railway, Union Pacific Railroad et d'autres chemins de fer de classe 1 pour tester ces carburants à faible teneur en carbone qui peuvent immédiatement réduire les émissions de carbone dès aujourd'hui. La variété des tests et des carburants permettra à l'entreprise d'approuver l'utilisation de jusqu'à 20 % de biodiesel et jusqu'à 100 % de diesel renouvelable sur les quatre principaux types de moteurs de locomotives Wabtec.
La nouvelle locomotive à batterie FLXdrive de Wabtec est elle-même le produit d'un partenariat public/privé novateur. Grâce à une subvention de 22,6 millions de dollars du California Air Resource Board, Wabtec, BNSF et le district de contrôle de la pollution atmosphérique de la vallée de San Joaquin ont travaillé ensemble sur un projet pilote de la première locomotive de fret lourde 100 % alimentée par batterie au monde, alimentée par 18 000 cellules de batterie lithium-ion. Le succès de ce projet pilote a accéléré la commercialisation du FLXdrive, avec des commandes de clients en Australie, au Brésil, au Canada et aux États-Unis.
La décarbonisation ne se limite pas aux locomotives de fret de Wabtec. L'entreprise s'est associée à la Deutsche Bahn pour tester le premier système de climatisation de l'industrie ferroviaire utilisant un réfrigérant naturel R290, propre et respectueux de l'environnement. Ils poursuivent le développement du système Green Air grâce à des opérations intelligentes qui arrêtent le système CVC lorsque les portes des autorails s'ouvrent afin de réduire les coûts et les émissions de carbone.
Jouer un rôle dans le développement des infrastructures liées à l'hydrogène
À plus long terme, l'alimentation des locomotives à l'hydrogène constitue l'une des options énergétiques alternatives les plus prometteuses pour la décarbonisation du rail. Wabtec explore deux approches. La première consiste à convertir les moteurs à combustion interne pour qu'ils fonctionnent avec un mélange d'hydrogène et de diesel. La seconde consiste à alimenter les locomotives à l'aide de piles à combustible à hydrogène.
Le travail réalisé par Wabtec avec ses partenaires les place sur la bonne voie pour démontrer la validité du concept de locomotives de commutation alimentées à l'hydrogène plus tard dans la décennie. Les locomotives de la ligne principale suivront rapidement par la suite.
Feuille de route technologique des locomotives pour la durabilité
L'hydrogène est une option énergétique propre dotée d'un énorme potentiel, mais la transition est une entreprise complexe qui dépasse les capacités d'une seule entreprise. Les partenariats public-privé sur l'hydrogène de Wabtec comprennent des accords de recherche et de développement collaboratifs avec Oak Ridge, Argonne et Sandia National Labs, trois centres de recherche multidisciplinaires en sciences et en ingénierie qui sont des centres d'excellence dans les solutions liées à l'énergie.
Wabtec travaille également avec le Bureau des sciences du ministère de l'Énergie pour installer un moteur de locomotive bicarburant monocylindre au National Transportation Research Center, sur le campus du laboratoire national d'Oak Ridge. Cette collaboration présente des possibilités intéressantes pour l'industrie ferroviaire. Il existe une importante base installée de plus de 20 000 locomotives, qui pourraient être modernisées pour brûler de l'hydrogène. Cette option permettrait aux chemins de fer de maximiser l'investissement dans leurs flottes actuelles, tout en convertissant les locomotives en une source d'énergie propre.
Les travaux du laboratoire national d'Argonne se concentrent sur la modélisation de l'injection et de la combustion d'hydrogène. Le projet de quatre ans utilisera les ordinateurs hautes performances du laboratoire en collaboration avec le développeur de logiciels Convergent Science, Inc., pour développer un logiciel de simulation. L'équipe sera en mesure de tester et de prévoir le comportement des moteurs à combustion dans des conditions de fonctionnement changeantes et en cas de modifications matérielles, accélérant ainsi le processus de développement à moindre coût afin d'optimiser l'efficacité du moteur.
Les travaux du laboratoire national de Sandia, financés par une subvention fédérale, permettront d'élaborer des propositions de normes et de réglementations relatives à l'hydrogène pour l'industrie ferroviaire. La Federal Railroad Administration et le groupe consultatif technique sur les appels d'offres pour les carburants alternatifs de l'Association of American Railroads ont également participé aux recherches du Sandia National Lab sur les exigences de sécurité et de conception pour les locomotives à hydrogène.
Wabtec travaille également sur des locomotives alimentées par des piles à combustible à hydrogène. Le but ultime de cet effort est de créer une locomotive à zéro émission pour remplacer les locomotives diesel-électriques d'aujourd'hui. Les piles à combustible à hydrogène n'ont pas encore la densité de puissance nécessaire pour alimenter une locomotive routière. Wabtec travaille avec différents fournisseurs pour développer des solutions de piles à combustible pour les applications des locomotives.
Quelles sont les infrastructures nécessaires pour produire de l'hydrogène ?
Les locomotives à hydrogène ne sont qu'une partie de ce qu'il faudra pour rendre ce carburant alternatif commercialement viable. Cela nécessitera une refonte complète de l'infrastructure.
Les principaux obstacles à une industrie ferroviaire alimentée à l'hydrogène aujourd'hui sont les suivants :
- Le coût élevé de l'hydrogène vert par rapport au diesel
- Absence d'installations de stockage et de ravitaillement permettant d'accéder au carburant le long des voies ferrées
- Changements opérationnels ferroviaires concernant les procédures de sécurité, la formation des équipages et des embarcations, les conventions syndicales, la maintenance, la coordination avec les premiers intervenants en cas d'incidents et d'accidents, etc.
Pour relancer l'économie de l'hydrogène, la Loi sur l'investissement dans les infrastructures et l'emploi (IIJA), signée par le président Biden en 2021, a réservé 8 milliards de dollars de financement fédéral pour le développement du programme Regional Hydrogen Hub au ministère de l'Énergie. Ce programme vise à développer les principaux composants de l'infrastructure d'hydrogène de sept pôles régionaux de production d'hydrogène. Ces hubs ont pour objectif de produire jusqu'à un tiers de l'hydrogène nécessaire sur le marché.
Wabtec a soutenu le programme sur l'hydrogène du ministère de l'Énergie, contribuant ainsi au développement de sa stratégie de mise en œuvre de son hub d'hydrogène. Wabtec a également soutenu quelques demandes afin d'obtenir une part du financement du hub d'hydrogène du gouvernement. Ils ont travaillé avec HyVelocity, une collaboration entre des organisations de recherche à but non lucratif et des universités de la côte du Golfe. Ils ont également soutenu l'Alliance Machh2 pour le hub régional d'hydrogène du Midwest.
Wabtec travaille en partenariat avec ses clients pour s'assurer que les besoins de l'industrie ferroviaire sont bien compris, car cette nouvelle infrastructure est développée dans des hubs d'hydrogène régionaux. L'utilisation de l'hydrogène pour alimenter les locomotives aujourd'hui serait un défi sans avancées technologiques et infrastructures importantes.
Faire le plein d'une locomotive prendrait beaucoup de temps. Il faut actuellement moins de 30 minutes pour remplir un réservoir de diesel de 5 000 gallons. Le ravitaillement d'une quantité équivalente d'hydrogène gazeux prendrait 6,5 heures, ce qui perturberait la logistique et affecterait négativement l'utilisation des actifs.
Pourtant, avant même que le problème du ravitaillement puisse être résolu, les opérateurs de locomotives ont besoin d'une infrastructure donnant accès à de l'hydrogène à faible teneur en carbone. La majeure partie de l'hydrogène est produite par électrolyse, ce qui nécessite de l'eau et de l'électricité abordables et abondantes. Ces ressources de production d'hydrogène sont rarement situées à proximité des gares de triage, ce qui pose des problèmes de transport et de stockage.
Avec les dispositifs de sécurité et le soutien réglementaire appropriés, le rail pourrait devenir le « pipeline virtuel » de l'économie de l'hydrogène du futur. Le rail pourrait facilement être relié aux installations de production d'hydrogène dotées de réseaux de distribution qui alimenteront les locomotives et d'autres modes de transport. Le transport de l'hydrogène par chemin de fer est plus rentable, plus rapide à mettre en œuvre et offre une plus grande flexibilité sur les pipelines que l'utilisation de camions. Le transport ferroviaire rapproche le carburant des utilisateurs grâce à l'infrastructure existante. Les wagons utilisés pour transporter l'hydrogène peuvent également servir de réservoirs de stockage sur site afin de réduire davantage les coûts de construction des infrastructures. L'infrastructure aura également besoin d'équipements conformes aux normes ferroviaires pour les applications lourdes à plus grande échelle.
À terme, les chemins de fer utilisant des locomotives alimentées à l'hydrogène Wabtec feront également partie des utilisateurs de ce carburant alternatif, bouclant ainsi la boucle de la chaîne de valeur de l'hydrogène.
Surmonter les obstacles réglementaires
Les nouvelles technologies sont parfois confrontées à des problèmes réglementaires complexes et imprévus qui nécessitent un partenariat et une coopération entre les régulateurs et l'industrie. « En tant que leader mondial de la technologie ferroviaire, il est important que Wabtec apporte sa solide expertise et son expérience alors que la communauté réglementaire cherche à développer de nouvelles réglementations et normes qui s'appliqueront à l'économie de l'hydrogène », déclare Jennifer Shea, vice-présidente de Wabtec chargée de la réglementation. « Les efforts de recherche et développement de l'entreprise en collaboration avec des laboratoires nationaux et des institutions universitaires, ainsi que notre participation à des coalitions industrielles de premier plan, offrent des opportunités uniques de démontrer le rôle de Wabtec dans les technologies habilitantes qui conduiront à la décarbonisation de l'industrie ferroviaire. »
En pensant à l'avenir, les laboratoires nationaux Wabtec et Sandia ont documenté l'évaluation des risques liés à la conception et au ravitaillement des locomotives à hydrogène et à l'appel d'offres, un projet qui fournit à la communauté réglementaire et à l'industrie des informations vitales lors de l'élaboration de normes techniques pour l'économie de l'hydrogène.
La société joue également un rôle actif au sein de la Fuel Cell & Hydrogen Energy Association afin d'éclairer les politiques fédérales, ainsi que les réglementations, les codes et les normes.
Un engagement en faveur de partenariats qui favorisent l'adoption de carburants alternatifs
« Nous sommes impatients de voir l'infrastructure hydrogène construite pour être utilisée dans le secteur ferroviaire », déclare Philip Moslener, vice-président des technologies avancées de Wabtec. « Il est vital de réduire les émissions de carbone dès aujourd'hui. Nous soutenons nos clients grâce à des solutions d'énergie propre qu'ils peuvent mettre en œuvre dès maintenant, qui augmentent également l'efficacité de leurs opérations et améliorent leurs résultats. »
Il est facile de se laisser emporter par l'engouement suscité par les différentes options énergétiques alternatives. Parce que les produits Wabtec sont l'endroit où la roue rencontre le rail, le rôle de l'entreprise est de faire de ces visions une réalité. Cela implique de comprendre la technologie et de savoir ce qui est logique sur le plan pratique. Wabtec investit prudemment dans des projets de recherche et développement bien gérés et travaille avec des partenaires soigneusement sélectionnés au sein du gouvernement et de l'industrie. La philosophie de Wabtec est que le succès ne se mesure pas à l'ambition, mais à ce que l'entreprise accomplit pour le réseau ferroviaire mondial.
C'est en collaborant avec les gouvernements et les partenaires industriels que Wabtec fera progresser les développements qui préparent le marché à la décarbonisation. À ce stade, Wabtec est prête à fournir les produits dont le marché a besoin pour évoluer vers un avenir plus vert.