CHINE : LE PROGRAMME « HYDROGENE ET PILES A COMBUSTIBLE 8.6 - Le Programme c… · n. Beiqi Foton Motor Co. a développé les bus pour les Jeux de Pékin 2008. o. Nanjing BINKI Industry

1 Fiche 8.6

Révision février 2016 Source: AFHYPAC - Th. A.

1. Coopérations internationales

2. Normes et réglementations

Mémento de l’Hydrogène FICHE 8.6

CHINE : LE PROGRAMME « HYDROGENE ET PILES A COMBUST IBLE »

Sommaire

Généralités 1. Historique et état actuel 2. Aspects technologiques 3. Les acteurs publics 4. Les acteurs industriels 5. Les associations 6. Les applications « véhicules légers » 7. Les applications « bus » 8. Les stations « hydrogène » 9. Les autres applications 10. Prospectives 11. Collaborations internationales 12. Normes et réglementations 13. Bibliographie

Généralités Avec son milliard d’habitants, sa croissance très rapide et son mauvais bilan environnemental1 dû à une utilisation intensive du charbon, la Chine a pris conscience, il y a déjà quelque temps, de la nécessité d’agir pour en combattre les conséquences négatives sur la santé, l'environnement et le climat. Un certain nombre de programmes destinés au développement des nouvelles technologies de l’énergie ont été mis en place par l’ Energy Research Institute du NDRC (National Development and Reform Commission) dans le cadre de ses plans quinquennaux successifs. L’un de ces programmes concerne l’hydrogène et les piles à combustible. Plus précisément, le State Council a récemment publié, en novembre 2014, The Energy Development Strategy Action Plan (2014-2020) dans lequel sont identifiées 20 actions-clés: l'une d'elles concerne l'hydrogène et les piles à combustible. 1. Historique et état actuel Tout comme aux USA, ce sont les développements des technologies spatiales qui ont conduit la Chine à s’intéresser à la « pile à combustible » dès le début des années 70. Ce fut le Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) qui initia les premiers travaux avec la pile alcaline (AFC) et la pile haute température (SOFC). Mais c’est depuis le début des années 90 que la Chine a commencé à s’intéresser à la R&D dans le domaine de la technologie PEMFC, finalement retenue pour les transports. Jusque vers 2010, les développements ont été financés via le MOST (Ministry of Science and Technology) dans le cadre du programme baptisé « 863 – R&D Deployment of Energy Saving & New Energy Vehicle » dans les plans quinquennaux successifs (cf. Fig. 1).

1 six des dix villes les plus polluées dans le monde sont chinoises

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Fig. 1 – Evolution des programmes entre 2003 et 2010 (source IPHE 2009)

Les programmes de R&D actuels Ils concernent essentiellement deux secteurs: les véhicules légers et les bus. - Les programmes pour la période 2015-2020 sont définis dans le plan gouvernemental pour le développement de nouveaux véhicules, présenté en février 2015. Son objectif est de réunir tous les éléments nécessaires à une industrialisation pour aboutir, en 2020, à l'ouverture d'un marché de milliers de véhicules légers. Dans ce cadre, le GEF/UNDP/MOST “China Fuel Cell Vehicle Joint Demonstration Project” est lancé en 2015 en collaboration avec 4 villes: Pékin, Shanghai, Zhenghou et Foshan. Il est accompagné de la mise en place de stations hydrogène dans ces villes. Le programme 2014 R&D hydrogène + piles du MOST était doté d'un budget de 45 millions de CNY (environ 6,3 M€). - La Phase 3 du Demonstration Project for Fuel Cell Bus Commercialization in China (GEF-UNDP-China FCB project) a été lancée. Il sera mis en œuvre dans les mêmes 4 villes que précédemment sur une période de 4 années à partir de 2016. 2. Aspects technologiques La technologie retenue pour les applications « transport » est la technologie PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell - cf. Fiche 5.2.2 et Fig.2). Elle occupe une soixantaine d'acteurs, publics et industriels, dont 60% sont concentrés autour de Pékin et Shanghai. Les principaux acteurs que nous avons recensés apparaissent ci-après. C’est une liste non exhaustive établie à partir des divers documents consultés, en particulier de l'IPHE2.

2 http://www.iphe.net/partners/china/participants.html

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Fig. 2 – Module chinois PEMFC de 9 kW (Nowogen Technology Co.)

3. Les acteurs publics

a. Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) : il est le plus ancien sur les développements de la technologie « pile à combustible » qu’il a initiés dans les années 60 avec une pile alcaline. Depuis, des travaux ont été menés sur les autres filières (PEMFC, MCFC et SOFC). Un département « Fuel Cell R&D », centré sur les développements de la PEMFC, y a été créé en 1998, il emploie environ 50 personnes qui travaillent sur les plaques bipolaires, la membrane, les assemblages membrane-électrodes et la charge en platine des électrodes (passée de 4-8 mg/cm² en 1995 à 0,2 mg/cm² en 2000). C’est ce laboratoire qui a fourni, en 2003 à l’Université de Tsinghua, le premier module de 75 kW pour l'équipement d'un bus.

b. Tsinghua University : elle a réalisé un kart en 1999 (pile de 5 kW) et un minibus en avril 2001 (pile de 18 kW et réservoir d’hydrogène sous 250 bars). Elle est en charge de deux programmes-clés :

i. la recherche fondamentale sur la production d’hydrogène (en particulier à partir d’éthanol), le stockage et le transport,

ii. l’intégration des piles à combustible dans les bus, en collaboration avec Beijing LN Power Sources

c. Hong Kong University (HKUST) qui travaille sur les nanomatériaux carbone et le stockage,

d. Tongji University qui a une activité comparable à celle de la Tsinghua University. e. Institute of Automotive Engineering, Shanghai Jiao Tong University, China Automotive

Technology and Research Centre, qui développe l’ingénierie des blocs de traction, f. L’Université de Technologie de Chine méridionale, g. Des gouvernements de province : Hubei, Guangdong, …

4. Les acteurs industriels

a. Beijing Fuyuan Century Fuel Cell Group (http://www.fyfuelcell.com/) développe la technologie PEMFC,

b. Beijing Fuyuan Pioneer New Energy Material, filiale de la précédente, dont l’activité est centrée sur la R&D et la production de composants pour la pile (carbone, plaques bipolaires, membrane),

c. Shanghai Shen-Li High Tech Co. Ltd, fondé en 1998. Il emploie une trentaine de personnes. Il développe les piles à combustible dans la gamme 10-50 kW pour de nombreuses applications, dont des mini-bus,

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d. Shanghai Automotive Industry Company (SAIC), fait de la R&D propre et s’intéresse à l’intégration des piles dans les véhicules légers. Elle a des accords de collaboration avec Volkswagen et General Motors.

e. Shanghai Fuel Cell Vehicle Powertrain Company, f. Shanghai Sunwise Energy System Co. construit des stations-service « hydrogène »

en collaboration avec Tongji University, g. Shanghai XinaoJiuhuan Vehicle Energy Co a participé à la réalisation de la station

service de l’Expo 2010, h. Dalian Sunrise Power Corporation (DSPC), créé par le Dalian Institute (DCIP)3,

travaille sur le développement et la commercialisation des piles à combustible, en collaboration avec le Dalian Institute (DCIP),

i. Beijing Jinfeng Aerospace Development Company étudie et fabrique des composants pour le stockage de l’hydrogène,

j. Beijing LN Power Sources participe à la démonstration de véhicules, k. Beijing FEICHI Lu Neng Power Supply TechnologyCo., Ltd fabrique de l’équipement

de mesures pour les piles à combustible et des mini piles à combustible, l. Dong Feng Motors Corp. a réalisé un minibus en avril 2001 (pile de 25 kW et

réservoir d’hydrogène sous 250 bars), m. Pan Asia Automotive Technology a présenté un mini van en octobre 2001 (pile de 25

kW), n. Beiqi Foton Motor Co. a développé les bus pour les Jeux de Pékin 2008. o. Nanjing BINKI Industry Company, fabrique des membranes conductrices ioniques. p. Beijing Towogen Technology Co., Ltd commercialise des modules PEM jusqu'à 100

kWe.

5. Les associations Il s’est créé en 2002 une association nationale: China Association for Hydrogen Energy (CAHE) qui organise, entre autres activités, des conférences en Chine sur le sujet. Contact: [email protected] (Université de Tsinghua) 6. Les applications « véhicules légers » Le premier véhicule a été développé en 1998 par Fuyuan Century Fuel Cell Power Co. Ltd. Il s’agissait d’un « golf kart » équipé d’une pile de 5 kW. C’est dans le cadre du programme « 863 » que plusieurs générations de véhicules légers ont vu le jour. Ce programme a été initié sur la base du véhicule Volkswagen Santana. Trois exemplaires de ce modèle ont participé au Challenge Bibendum organisé à Paris en juin 2006 et y avaient été primés. Ces véhicules légers ont été conçus par une entité baptisée « The Start Team », pilotée par Tongji University et SAIC. A partir de la fin 2006, les intégrations de piles se sont faites sur les bases de la Volkswagen Passat rebaptisée « Passat Lingyu » (équipée d’une pile de 55 kW) et Rover rebaptisée « Shanghai Fuel-Cell Car ». Seize exemplaires de la Passat Lingyu, qui étaient aux Jeux de Pékin en 2008, ont circulé aux USA (Californie), en 2009, dans le cadre du California Fuel Cell Partnership (voir la fiche 9.1.11). En mars 2014, la compagnie chinoise SAIC Motor Corp. a signé un accord de collaboration avec Volkswagen. Quelques réalisations anciennes sont montrées sur les figures 3 à 6.

3 Cf. $3a ci-dessus

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Fig. 3 – Prototype chinois en 2002

Fig. 4 – Prototype Start 3 MPV 2005

Fig. 5 – La Passat Lingyu aux Jeux Olympiques de Pékin (2008)

Plus récemment, 90 voitures à pile à combustible (de divers types) et une centaine de petits véhicules (transport visiteurs) à pile à combustible ont circulé dans l'enceinte de l’Expo 2010, à Shanghai.

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Fig. 6 – Les 100 voiturettes à pile à combustible de l’Expo 2010 à Shanghai

En 2013, Tongji Auto, issu de l'Université de Tongji, a présenté un prototype (cf. Fig. 7) équipé d'une pile à combustible développée en collaboration avec les allemands.

Fig. 7 - Le prototype Tongji Auto (2013) En avril 2014 a été présenté le prototype SAIC/ROEWE 950 (base GM/Buick), fruit d'une collaboration avec General Motors (cf. Fig. 8). Il est équipé d'un réservoir d'hydrogène de 4,3 kg sous 700 bars, pour une autonomie de 400 km. Fin 2014, la ville de Shanghai a annoncé une campagne de test de 20 véhicules à hydrogène dans la ville au cours de 2015. En septembre 2014, le State Council of China a décidé que 30% des véhicules gouvernementaux neufs doivent être des véhicules "propres" (hybrides, électriques et à pile à combustible) qui seront exemptés de taxes jusqu'en fin 2017. En novembre 2014, s'est achevé en Chine le 2014 Innovation March, sponsorisé par le constructeur SAIC Motor Corp., qui a consisté à faire parcourir 10 000 km par trois véhicules à hydrogène alimentés via une station mobile d'Air Liquide. Le parcours a traversé 64 villes dans 15 provinces, dont le Tibet à 4 000 m d'altitude. En novembre 2014, la ville de Chengdu a accueilli le Challenge Bibendum, organisé par Michelin et SAIC. Le prototype à pile à combustible Roewe 750 y a participé.

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Figure 8 - Le prototype SAIC/ROEWE 950 (2014)

7. Les applications « bus » Plusieurs générations de bus ont été développées depuis 2002 (cf. Fig. 9):

Fig. 9 – Générations de bus développés entre 2002 et 2005

Le programme Demonstration for Fuel Cell Bus Commercialization. La phase 1 avait pour objectif, entre autres, de stimuler le développement de cette technologie en Chine au travers d’un transfert de technologie et de pouvoir disposer, pour les Jeux Olympiques de Pékin de 2008, de démonstrateurs en service opérationnel. Des experts du programme 863 y ont participé. Elle a été marquée, en mai 2004, par l’acquisition de 3 bus à pile à combustible Daimler CITARO qui ont été livrés en novembre 2005 (cf. Fig 10). En mai 2006, un centre de maintenance de ces bus a été mis en place à Pékin avec l’appui de Daimler et du canadien Ballard. En octobre 2007, fin de la démonstration, ces bus avaient parcouru 92 000 km en service public.

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Fig. 10 – Trois bus Daimler Citaro livrés en 2006

Une phase 2 avait été lancée en novembre 2007 pour une durée de 2 ans. Deux bus ont couvert les Jeux Olympiques de 2008 (cf. Fig. 11). Ils étaient équipés d’une pile de 80 kW alimentée en hydrogène stocké à 200 bars avec une consommation de 8,5 kg/100 km. Six bus couvrent les transports dans le cadre de l’Expo 2010 à Shanghai (cf. Fig. 12). Ils ont été fournis par SAIC : trois étaient équipés d’une pile Ballard et les 3 autres de piles « maison ». Leur autonomie était de 220 km. La phase 3 de ce projet (GEF-UNDP-China FCB project) couvre une période de 4 années à partir de 2015/2016 et sera déployée dans les villes de Pékin, Shanghai, Zhengzou (Province de Henan) et Foshan (province de Guangdong).

Fig. 11 – Les véhicules à pile à combustible aux Jeux Olympiques (Pékin – 2008)

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Fig. 12 – Un des six bus à pile à combustible de l’Expo 2010 à Shanghai

En 2013, un accord a été signé entre le canadien Ballard Power Systems et la société chinoise Azure: dans une première phase, Ballard a licencié Azure pour lui permettre d'équiper des bus avec le générateur Ballard FC Velocity-HD17. La première commande effective de 8 modules a été signée en avril 2015. Dans la phase suivante, Azure assemblera lui-même les modules HD17 à partir d'éléments fournis par Ballard. En novembre 2015, un accord de collaboration a été signé entre Ballard Power Systems et Xiamen King Long United Automotive Industry Co., Ltd. (“King Long”), fabricant de bus. 8. Les stations « hydrogène » En 2004, le MOST (Ministry of Science and Technology) a décidé le lancement du projet « Beijing Hydrogen Park » qui avait pour objectif de construire une station hydrogène pour alimenter une flotte de bus du programme Demonstration for Fuel Cell Bus Commercialization. Ce projet a été mené en collaboration avec les sociétés Beijing SinoHytec Ltd, BP et Beijing Tonglang Co. La station a été ouverte en novembre 2006 et a alimenté les 3 bus du programme. Par ailleurs, une autre station a été construite près de Shanghai pour l’Expo 2010, à Anting New Town, pour alimenter les véhicules hydrogène qui y ont été mis en service. Elle a été construite dans le cadre de la phase 2 du programme Demonstration for Fuel Cell Bus Commercialization. Elle fournit de l’hydrogène sous 350 bars. Elle a été inaugurée en novembre 2007 et elle est alimentée par de l’hydrogène sous-produit à proximité, dans la région de Shanghai, par quatre industriels de la chimie.

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Fig. 13 – La station d’Anting New Town (2007)

Par ailleurs, depuis 2004, Tongji University et Shanghai Sunwise Energy System Co. développent des stations mobiles. L’une d’elles a été installée à l’Expo 2010 à Shanghai et délivrait de l’hydrogène sous 350 bars. La Chine a annoncé sa volonté de mettre en place une centaine de stations dans une dizaine de villes d'ici 2020. 9. Autres applications Applications stationnaires Très peu d’informations circulent sur ce type d’applications apparemment peu développées jusque là. La plus récente et la plus significative a été transmise début juin 2010 par l’Ambassade de France en Chine via le bulletin électronique d’informations ADIT (Agence pour la Diffusion de l'Information Technologique), selon lequel une centrale électrique de technologie PEMFC, fonctionnant en cogénération, venait d’être installée par l'Université de Technologie de Chine méridionale sur le site universitaire de Canton. Le communiqué ne précise pas la puissance installée (il évoque une surface de 2000 m² occupée par cette centrale) mais informe que le coût de cette pile serait de l’ordre de 700 €/kW, soit un coût très attractif, environ 10 fois moindre que celui de la même technologie développée par ailleurs dans le monde.

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Applications ferroviaires En novembre 2010, a été révélée la réalisation du premier tramway chinois à pile à combustible, développé conjointement par China North Vehicle Yongji Electric Motor et l’Université Southwest Jiaotong, L’électricité produite à bord alimente un moteur synchrone à aimants permanents présenté comme étant le plus évolué au monde dans cette catégorie. En mars 2015, a été présenté un autre prototype de train à l'usine CSR Sifang à Quindao. Il peut transporter 380 passagers (cf. Fig. 14) à 100 km/h. Il pourrait être mis en œuvre dans la ville de Foshan.

Figure 14 - Le prototype de train de CSR Sifang (2015)

En juin 2015, Ballard Power Systems et Tangshan Railway Vehicle Company, Limited (TRC) ont signé un accord de collaboration pour le développement d'un nouveau module de pile à combustible destiné à un tram. Il délivrerait 200 kWe avec une durée de vie de 20 000 h. Il devrait être testé en 2016 (Fig. 15).

Figure 15 - Prototype de tram Tangshan en cours de tests en 2015

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10. Prospectives La situation actuelle de développement de la technologie est encore loin de satisfaire les spécialistes. La Chine s’est ainsi donnée des objectifs pour la prochaine phase qui devrait aboutir à la circulation de plus de 1000 véhicules à pile à combustible d’ici 2020. Ils sont résumés dans la figure ci-dessous :

11. Coopération Internationale La Chine a mis en place une politique de coopération internationale. Elle a, par exemple, rejoint l’IPHE (International Partnership for the Hydrogen Economy) dès 2003. D’autres collaborations ont été ouvertes avec divers partenaires, comme les canadiens Hydrogenics et Ballard Power Systems, le coréen Samsung (avec DICP), les USA (Université du Michigan en 2010, General Motors), l’allemand Volkswagen … 12. Normes et réglementations Les normes et réglementations appliquées en Chine sont dictées par la SAC (Standardization Administration of China) et promulguées par l’AQSIQ (General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of PRC). Elles s’appuient sur les textes publiés par l’ISO TC 197 (hydrogène), IEC/TC 105 (piles à combustible) et ISO/TC22/SC21 & IEC/TC69 (véhicules électriques). 13. Bibliographie

- http://www.nrdc.org/air/energy/chinadocs/fcv.pdf - http://www.iphe.net/partners/china.html

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