Intelligent Energy a l’intention plus tard cette année de geler la conception d’un système de pile à combustible à hydrogène plus léger et à faible traînée, développé dans le cadre d’une initiative financée par le Royaume-Uni.
Construit autour de la technologie de refroidissement à changement de phase de longue date de l’entreprise, le développement du système de 300 kW est soutenu par l’Institut britannique de technologie aérospatiale (ATI), dans le cadre d’un projet appelé HEIGHTS.
Lancé en mai de l’année dernière, l’effort de 17 millions de livres sterling (22,8 millions de dollars) vise désormais l’étape du gel de la conception, a déclaré Jonathan Douglas-Smith, responsable du développement commercial chez IE Flight, l’unité aéronautique de l’entreprise. Cet objectif sera atteint au troisième trimestre 2026, ajoute-t-il.
« Le projet est en phase de conception depuis un certain temps et nous sommes actuellement en train de revalider les performances du système intégré par rapport aux exigences du marché et des clients.
« Les paramètres de masse, d’efficacité et de traînée sont bien compris par les utilisateurs potentiels et seront pris en compte dans la conception. »
Intelligent Energy développe déjà des piles à combustible de qualité aérospatiale hautes performances dans le cadre du projet H2GEAR dirigé par GKN Aerospace, également soutenu par l’ATI.
Ces piles seront optimisées pour des performances maximales grâce à H2GEAR – qui devrait s’achever en 2026 – « qui s’intègre très bien dans HEIGHTS ».
Et, selon Douglas-Smith, sa participation dans H2GEAR est ce qui a poussé Intelligent Energy à développer son propre système de pile à combustible prêt à être intégré dans les groupes motopropulseurs.
« Nous avons rapidement découvert sur le marché que de nombreux clients souhaitaient un système complet de pile à combustible – entrée d’hydrogène et sortie d’électricité – car construire l’équilibre d’une usine autour d’une pile peut être un défi de taille.
« La création d’un système de pile à combustible léger présente des possibilités d’ingénierie considérables et c’est ce que HEIGHTS cherche à résoudre. »
Douglas-Smith affirme que le système de refroidissement par évaporation à changement de phase avec une architecture à haute température « rendra les avions propulsés par pile à combustible, du point de vue de la propulsion, plus viables à l’avenir ».
Les piles à combustible sont plus efficaces et ont une meilleure longévité lorsqu’elles fonctionnent à une température plus basse, mais l’utilisation d’un système à haute température facilite le rejet de la chaleur produite, permettant ainsi un système de refroidissement plus petit et plus léger, avec une traînée plus faible.
La solution d’Intelligent Energy consiste à dissocier la température de fonctionnement des cheminées de celle du système de refroidissement, essentiellement « en tirant parti du meilleur des deux mondes », explique Douglas-Smith.
Bien que basé sur une membrane échangeuse de protons à basse température (LT-PEM), fonctionnant à environ 80°C (176°F), la température du flux d’échappement peut atteindre 130-140°C.
La solution d’Intelligent Energy utilise un condenseur refroidi par air, offrant une surface frontale plus petite que les piles à combustible classiques refroidies par liquide, faisant circuler un mélange eau/glycol pour refroidir la pile à combustible.
Il injecte ensuite de l’eau directement dans la pile à combustible, qui s’évapore ensuite en absorbant la chaleur produite.
La chaleur issue de la réaction est contenue dans le fluide d’échappement cathodique, saturé de vapeur d’eau. L’eau liquide destinée à la réinjection est récupérée en refroidissant ce flux dans le condenseur.
Pour atteindre une température de rejet de chaleur plus élevée, ce fluide d’échappement cathodique est pressurisé par un compresseur de deuxième étage – situé entre la pile à combustible et le condenseur – augmentant la pression et augmentant la température de fonctionnement du condenseur.
La pression des gaz d’échappement du côté chaud du condenseur diminue à travers une turbine, récupérant ainsi la puissance absorbée par le compresseur du deuxième étage, avant que les gaz résiduaires ne soient expulsés dans l’atmosphère.
Avec une différence de température plus élevée entre la température d’échappement du condenseur et l’atmosphère, la taille du condenseur diminue.
Par exemple, avec une température ambiante de 30°C, l’échangeur de chaleur pourrait être 40 % plus petit par rapport aux solutions refroidies par liquide concurrentes sur le marché.
Alors qu’il n’en est qu’à ses débuts, Douglas-Smith est convaincu que le projet est « en bonne voie » pour passer aux tests au niveau de maturité technologique (TRL) 5 d’ici la fin de 2027. Cela verra le système complet fonctionner à une altitude simulée dans une chambre barométrique.
Intelligent Energy marque le système sous le nom d’IE-Flight 300, pour lequel elle a déjà des clients en ligne. Les premières livraisons débuteront vers 2028, dit-il, ce qui conduira à des vols d’avions de démonstration utilisant le système de pile à combustible vers la fin de la décennie.
Conception évolutive
Dans sa version de 300 kW, le système est destiné aux avions électriques à décollage et atterrissage verticaux (eVTOL) ou aux types de navette plus petits de la partie 23 avec six à 12 sièges, puis s’étendant aux applications de 19 sièges et de groupe motopropulseur auxiliaire.
Cependant, grâce à sa conception modulaire, il peut ensuite être étendu pour équiper des avions Part 25 plus gros.
« C’est notre intention, car nous avons déjà reçu un énorme intérêt de la part des constructeurs Part 25 et des fournisseurs de premier rang intéressés par des avions de passagers beaucoup plus gros et nous avons signé des accords avec ces acteurs », ajoute-t-il.
Un turbopropulseur régional de la taille d’un ATR nécessite environ 8 MW de puissance et, s’il est piloté par un système de pile à combustible, il devra également dissiper 8 MW de chaleur.
Ces paramètres de fonctionnement difficiles poussent l’industrie vers des solutions à haute température pour des applications plus importantes, note Douglas-Smith, et il considère que HEIGHTS répond à ce besoin.
Le Centre de recherche sur la fabrication avancée de l’Université de Sheffield, le Centre de technologie de fabrication et l’Université de Coventry sont également impliqués dans HEIGHTS.
