Avec ses piles haute température, ZeroAvia veut faire décoller les gros avions à hydrogène

L’actuelle technologie de piles à combustible à membrane échangeuse de protons a déjà démontré son adéquation pour des appareils volants de petite taille ou modérée. Au-delà de quelques dizaines de places, il fallait quelque chose de plus que ZeroAvia est aujourd’hui en train de tester avec succès. Il s’agit d’un système pressurisé à haute température.
 

Pas de thermique H2 chez ZeroAvia

PDG fondateur de ZeroAvia, Val Miftakhov n’est pas vraiment partisan de l’emploi de l’hydrogène dans des moteurs ou des turbines que quelques constructeurs cherchent cependant à développer actuellement. Pourquoi ? En raison des conséquentes émissions non-CO2 mais tout autant pesantes sur la situation environnementale : « Selon un rapport de l’AESA, ces rejets non liés au CO2 auraient deux fois plus d’impact sur le climat que les seules émissions de carbone ».
 
Le dirigeant ajoute que la solution électrique à pile hydrogène élimine de lourdes contraintes matérielles inhérentes aux moteurs modernes à combustion. Au final, une architecture à PAC « réduit considérablement les coûts de maintenance, améliorant encore l’économie de la propulsion hydrogène-électrique ». Ce qui explique l’orientation de ZeroAvia.


 

Vers les piles à haute température

Bénéficiant de partenariats noués avec des constructeurs aéronautiques, des fournisseurs de carburants et des aéroports, l’entreprise qui a un pied au Royaume-Uni et l’autre aux Etats-Unis développe déjà sa solution ZA600 (ZeroAvia 600 kW). Elle est adaptée à des appareils conçus pour transporter entre 9 et 19 personnes, avec une autonomie de l’ordre des 500 km. Elle serait commercialisée d’ici 2025.
 
Et pour des avions plus gros ? Au-delà du mégawatt de puissance, les piles à combustible à membrane échangeuse de protons classiques posent des problèmes d’évacuation de la chaleur. Pourtant, ZeroAvia nourrit de grandes ambitions pour les appareils gros porteurs, ayant déjà annoncé pour 2027 des systèmes compatibles avec des avions équipés de 40 à 80 places. Pour une autonomie envisagée dépassant les 1 100 km.
 
Afin d’y parvenir, l’entreprise a fait l’acquisition en octobre 2022 du spécialiste en piles hydrogène HyPoint, s’appropriant ainsi la technologie avancée de PAC à haute température développée par sa nouvelle filiale en quelques années. Une démarche confortée par le projet HyFlyer II, soutenu par le gouvernement britannique via l’ATI (Aerospace Technology Institute).
 

Densité énergétique record

Les premiers tests réalisés par ZeroAvia dans son centre britannique de recherche et de développement apparaissent très encourageants. Avec une pile pressurisée haute température d’une puissance de 20 kW, une densité énergétique record de 2,5 kW/kg a été obtenue. L’entreprise en déduit qu’elle pourrait attendre les 3 kW/kg dans les 2 ans.
 
Au-delà de la performance enregistrée, en quoi l’augmentation de la pression et de la température dans une pile à combustible est-elle importante pour convertir à l’hydrogène de plus gros avions ? Cette technologie facilite le refroidissement par de l’air venu de l’extérieur tout en réduisant la traînée provoquée. Ce qui est déjà bénéfique pour l’autonomie des appareils. Simplifié au point d’améliorer sensiblement la charge utile, le système devient compatible avec des applications beaucoup plus exigeantes.
 
Le bond obtenu par ZeroAvia en finalement assez peu de temps montre que l’acquisition à l’automne dernier de HyPoint se révèle être une excellente opération. L’équipe a également eu recours à des revêtements conducteurs innovants qui permettent d’utiliser des plaques bipolaires en aluminium dans des systèmes de PAC à haute température très agressifs. Elle a aussi suivi une nouvelle approche de l’assemblage des électrodes à membrane avancé.
 

2 000 kW

A partir des tests réalisés avec des composants validés par des laboratoires indépendants, ZeroAvia est désormais en mesure d’annoncer sa solution ZA2000 (ZeroAvia 2 000 kW) adaptée aux avions de 40 à 80 places, mais aussi à des applications de type giravions et eVTOL.
 
L’entreprise voit même beaucoup plus loin en imaginant pouvoir, avec un empilement de son futur système, porter la propulsion électrique à pile hydrogène sur de gros appareils monocouloirs de plus de 100 places, du style des Boeing 737 et Airbus A320.
 
« Cette progression est similaire à l’histoire des moteurs à turbine, où des températures et des pressions toujours croissantes ont apporté des performances de plus en plus élevées », a comparé Val Miftakhov. Le PDG fondateur en est persuadé : le système que son entreprise s’apprête à faire émerger constitue « la pierre angulaire pour aboutir progressivement à des vols à zéro émission pour toutes les catégories d’avions ».