Systèmes de carburant à hydrogène liquide dans l’innovation maritime

Les régulateurs de débit massique Alicat MCRQ soutiennent le bateau à hydrogène de la Hydro Motion Team de la TU Delft pour le Monaco Energy Boat Challenge

Les régulateurs de débit massique Alicat MCRQ soutiennent le bateau à hydrogène de la Hydro Motion Team de la TU Delft pour le Monaco Energy Boat Challenge

Favoriser la découverte sur l’eau

Figure 1 : Mira lors de la présentation officielle. Le bateau à hydrogène liquide 2025 de la Hydro Motion Team.

La transition vers une énergie durable dans le secteur maritime demande plus que de l’ambition : elle exige de la précision. C’est pourquoi Alicat Scientific est fier de soutenir la Hydro Motion Team de la TU Delft en tant que partenaire Bronze de son projet novateur de 2025. Elle vise à concevoir, construire, tester et faire courir Mira, un bateau à foils propulsé à l’hydrogène, doté d’un double système d’hydrogène, un réservoir d’hydrogène gazeux et un réservoir d’hydrogène liquide entièrement intégré, en compétition au Monaco Energy Boat Challenge.

Équiper ce système de carburant innovant de nos régulateurs de débit massique MCRQ permet à l’équipe de gérer l’alimentation en hydrogène de façon sûre et précise, et l’aide à prouver que l’hydrogène liquide peut propulser la prochaine génération de propulsion marine propre.

Le défi : faire fonctionner l’hydrogène pour le transport maritime

L’objectif de la Hydro Motion Team de la TU Delft est aussi ambitieux qu’inspirant. Elle prévoit de concevoir, construire, tester et faire courir un bateau pleinement fonctionnel équipé d’un double système d’hydrogène, le tout en un an, et de participer au Monaco Energy Boat Challenge 2025.

Mais au-delà de la compétition elle-même, la mission de l’équipe va plus loin. En prouvant qu’un bateau peut fonctionner avec succès à l’hydrogène liquide, elle vise à susciter une innovation plus large dans l’ensemble du secteur maritime. Ce travail démontre le potentiel de l’hydrogène comme alternative propre et évolutive aux combustibles fossiles.

Ce projet s’appuie sur les succès passés de l’équipe avec l’hydrogène comprimé, déjà un carburant marin éprouvé et sans émission. Maintenant que l’équipe cherche à gagner en autonomie et en efficacité embarquée, le volume de stockage et la densité énergétique sont les prochains grands défis.

Pour les relever, l’équipe a choisi de travailler avec de l’hydrogène liquide. Sa densité énergétique volumique est trois fois supérieure à celle de l’hydrogène comprimé à 350 bar. C’est un moyen efficace de gagner de la place et d’allonger l’autonomie, deux exigences clés pour les bateaux de performance.

Mais stocker et utiliser de l’hydrogène liquide pose des défis. Le carburant doit être maintenu à −253 °C, ce qui exige des réservoirs cryogéniques isolés. L’équipe y répond avec un système de réservoir en fibre de carbone sur mesure, à double paroi et isolé sous vide. Cela limite l’apport de chaleur à seulement 7 watts, l’équivalent d’une petite ampoule LED. Pour éviter de gaspiller de l’énergie, la chaleur perdue de la pile à combustible sert à amener l’hydrogène à la température de fonctionnement requise, d’environ 20 °C, avant qu’il n’atteigne la pile à combustible.

Les compromis (taux de boil-off, volume du réservoir, poids du stockage et vaporisation embarquée) sont exactement le type de contraintes réelles que ce projet est conçu pour explorer. Et si Mira est un bateau à foils compact, la question plus large demeure : un système de ce type pourrait-il être transposé à des navires plus grands, comme des ferries ? C’est le genre de réflexion qu’Alicat est heureux de soutenir avec des partenaires qui repoussent les limites du possible.

Le rôle d’Alicat : la régulation du débit après vaporisation

Dans le système d’hydrogène de Mira, l’hydrogène est stocké sous forme de liquide cryogénique. Avant d’atteindre la pile à combustible, il passe par un vaporiseur et se transforme en gaz à température ambiante. Cette phase est critique : fournir le gaz à la bonne pression et au bon débit exige une régulation stable, un retour d’information rapide et un contrôle précis.

Figure 2 : schéma simplifié du système d’hydrogène de la Hydro Motion Team.

Pour répondre à ce besoin, l’équipe a intégré le régulateur de débit massique Alicat MCRQ immédiatement en aval du vaporiseur. Cet appareil gère le débit massique d’hydrogène gazeux vers la pile à combustible et permet :

- Fournit une pression d’alimentation stable et précise à la pile à combustible.

- Mesure la consommation d’hydrogène par une surveillance du débit massique en temps réel

- Surveille la pression et la température pour aider à prévenir des problèmes de pile à combustible comme l’assèchement ou le manque de combustible.

- Soutient la validation des essais et l’optimisation des performances en conditions réelles.

Le MCRQ est compact, certifié ATEX Zone 2 et conçu pour une réponse rapide du système. Il s’intègre facilement dans les contraintes serrées d’un bateau prêt pour la course. Son rôle est essentiel pendant le développement du système : il aide l’équipe à collecter des données, à régler des paramètres et à se préparer aux performances du jour de la course. En bref, il aide à traduire une ingénierie audacieuse de l’hydrogène en fiabilité opérationnelle.

Pourquoi le MCRQ a été choisi

Figure 3 : le MCRQ d’Alicat monté dans le système de contrôle de l’hydrogène de la Hydro Motion Team.

La Hydro Motion Team, avec nos ingénieurs d’application, a choisi la série Alicat MCRQ pour sa capacité éprouvée dans les applications d’hydrogène gazeux à faible débit, qui offre une combinaison puissante de précision, de rapidité et de sécurité. Les principales caractéristiques qui ont influencé la décision sont les suivantes :

- Plage de débit de 0 – 1,5 g/s, soit une incertitude de ± 0,01 g/s à un débit nominal de 1 g/s, assez faible pour maintenir une production constante de la pile à combustible.

- Sortie analogique 4 – 20 mA, choisie spécifiquement pour ses vitesses de mise à jour élevées (plage du kHz)

- Certification ATEX Zone 2 IIC, qui exige une infrastructure de sécurité supplémentaire minimale.

- Position de la vanne amont, qui permet une régulation précise de la pression d’alimentation en aval, en soutenant des valeurs cibles comme les ~2,5 bar couramment observés dans les stacks de piles à combustible.

- Précision de ± 1,0 % de la lecture (ou ± 0,2 % de la pleine échelle)

Ensemble, ces caractéristiques offrent à l’équipe une solution robuste, compacte et réactive, un facilitateur clé d’essais en conditions réelles et une étape vers une propulsion à l’hydrogène propre et évolutive.

Progression en compétition et suite

L’équipe de la TU Delft a dévoilé Mira plus tôt cette année et l’a mise à l’épreuve au Monaco Energy Boat Challenge 2025, en concourant dans la SeaLab Class, la classe reine qui stimule l’innovation en propulsion alternative pour l’industrie maritime.

Tout au long de la semaine, Mira a montré ce que l’hydrogène permet. L’équipe a navigué principalement avec son réservoir d’hydrogène gazeux. Le système d’hydrogène liquide a été entièrement construit, testé à terre et intégré au bateau, prêt pour de futures courses. Réaliser ce double système est une étape majeure qui prépare les progrès à venir.

En compétition, Mira a obtenu des résultats impressionnants : 3e place en manœuvrabilité et à la course de vitesse de 16 milles nautiques, 2e place au record de vitesse, avec une vitesse de pointe de 50 km/h, et 1re place à la course d’endurance, prouvant sa fiabilité pendant trois heures d’affilée. Ces solides performances ont valu à l’équipe une impressionnante 2e place au classement général de la SeaLab Class, preuve de la robustesse du bateau et de l’engagement qui le sous-tend.

L’instrumentation d’Alicat a joué un rôle essentiel en garantissant un débit d’hydrogène stable et précis, en soutenant un fonctionnement sûr de la pile à combustible et en fournissant de précieuses données de performance dans de vraies conditions de course. Ce partenariat représente plus que la simple fourniture d’un régulateur de débit. Il montre comment l’innovation durable émerge lorsque l’éducation, l’ingénierie et les essais en conditions réelles se rejoignent. En soutenant la Hydro Motion Team et son travail sur Mira, Alicat contribue à :

- Faire progresser les systèmes de carburant à hydrogène liquide dans le transport maritime

- Favoriser une formation d’ingénieur par la pratique

- Promouvoir des technologies de propulsion à faibles émissions concrètes

Nous sommes honorés de faire partie de ce projet et fiers de savoir que nos instruments aident à orienter l’avenir de l’énergie maritime propre, et nous avons hâte de voir la prochaine équipe pousser cette avancée encore plus loin.

Ensemble, nous ne nous contentons pas de mesurer l’hydrogène. Nous aidons à alimenter l’avenir.

En savoir plus sur les solutions d’essai et de régulation du débit pour les piles à combustible à hydrogène $ Voir les solutions hydrogène