Transport à température contrôlée et faible taux d'émission

Un nouveau mode d'alimentation du moteur frigorifique peut permettre une régulation de la température dans les remorques sans émission de carbone.

Le défi du transport à température contrôlée

Des centaines de scientifiques de renom se sont accordés à dire que depuis 2010, les émissions de gaz à effet de serre émises en raison de l'activité humaine n'ont fait qu'augmenter. "Nous sommes à la croisée des chemins", a déclaré Hoesung Lee, président du GIEC, "les décisions que nous prenons maintenant peuvent garantir un avenir vivable". Les gouvernements et toutes les grandes industries du monde sont appelés à innover et à réduire leurs émissions. Dans les villes très peuplées, des réglementations sont mises en place pour éviter la pollution atmosphérique, non seulement pour l'environnement mais aussi pour la sécurité et la qualité de vie de leurs habitants. Pour le secteur de la mobilité, cela signifie que nous devons investir dans des solutions de transport plus durables. Une approche généralement adoptée est l'électrification des moteurs, car il n'y a pas d'émission de gaz pendant la conduite et la batterie peut être rechargée avec des énergies renouvelables. L'été 2021 a été qualifié d'"été le plus froid du reste de notre vie". Bien qu'il y ait des fluctuations dans l'augmentation de la température, il est certain que la tendance générale est que notre terre est vouée à un réchauffement global intensifié au cours des 30 prochaines années. Selon le dernier rapport de l'ONU sur le climat, il est inévitable qu'à l'avenir, nous devions faire face à des températures plus élevées. Actuellement, les remorques destinées au transport des marchandises des clients sont déjà hautement isolées et équipées de moteurs de refroidissement qui maintiennent les produits à la bonne température pour en garantir la sécurité et la qualité.

"Les systèmes actuels utilisent des moteurs diesel obsolètes et inefficaces, car ils ne sont pas soumis aux normes d'émissions routières. Ces moteurs diesel de la taille d'un moteur de voiture - mais non efficaces - sont utilisés jusqu'à dix heures par jour. C'est dix fois plus que la durée moyenne de circulation d'une voiture ! Tout cela crée une pollution massive, mais coûte aussi de plus en plus cher en carburant.”

Clinton Bemont, CEO chez Maxwell and Spark

Cette même crise climatique, associée à l'accroissement des inégalités, aux conflits et à la récente pandémie, a mis à mal la sécurité alimentaire mondiale. Une personne sur dix souffre de la faim, et la moitié des pays sont touchés par la flambée des prix alimentaires. Cela fait de la nourriture une denrée plus rare et donc plus précieuse. Selon le programme des Nations unies pour l'environnement, c'est "jusqu'à la moitié de certaines catégories de produits sensibles à la température qui sont perdus après la récolte, principalement en raison de l'absence de logistique de la chaîne du froid ou d'un accès insuffisant à celle-ci". Une bonne réfrigération depuis la récolte jusqu'au consommateur final pourrait réduire considérablement le gaspillage alimentaire. En outre, les produits de santé sensibles à la température ont également besoin d'une chaîne du froid ininterrompue. Nous pouvons en conclure que le maintien de marchandises précieuses à la bonne température pendant leur transport sera de plus en plus crucial à l'avenir. Il faudra compter encore davantage sur de bonnes remorques frigorifiques dans les transports à l'avenir. Les UTR actuelles maintiennent les produits à la bonne température et répondent à nos exigences. Mais ces moteurs à haute performance sont toujours alimentés par du diesel, ce qui, ironiquement, ajoute au problème qu'on leur demandera de résoudre à l'avenir. Il n'est pas logique de maintenir le statu quo, alors qu'un moteur qui doit maintenir à la bonne température les biens précieux de nos clients contribue au réchauffement de la planète. Il est étonnant que l'UE ait fixé des limites très strictes pour les moteurs diesel des camions, mais qu'elle n'ait pas (encore) réglementé les émissions des UTR dans les remorques. Or, on estime que la conservation des aliments au froid représente environ 20 % de la consommation totale de carburant des véhicules. Le défi de l'industrie est de devancer ces éventuelles restrictions et d'intégrer l'innovation à temps. Si le secteur de la logistique électrifie progressivement ses moteurs, pourquoi s'arrêter à la propulsion du véhicule ? L'UTR peut être rendue électrique et fonctionner sur l'alimentation de bord. Les avantages d'une telle innovation durable contribueraient aux objectifs de réduction des émissions et à des villes plus propres. Dans ce livre blanc, la conception d'une telle solution est proposée et les résultats des tests actuels sont présentés.

Notre solution basée sur les batteries

L'élément central de la reconception d'une remorque à température contrôlée est l'électrification de l'UTR. Pour alimenter le moteur en énergie suffisante, un système de batterie avancé doit être monté sur la remorque. Enfin, un moyen efficace de charger cette batterie est nécessaire pour rendre le concept fiable et viable.

UTR électrique

Plus important encore, l'UTR doit être électrique. Ceux-ci sont actuellement déjà disponibles et portent le nom de "eTRU". Grâce à des ventilateurs alimentés par l'électricité et à des systèmes de contrôle de la température, ils peuvent maintenir le fret réfrigéré à des températures allant jusqu'à -25°C. Jusqu'à présent, les performances sont prometteuses et il n'y a aucun risque à ce que cette innovation soit mise à l'échelle. Le temps nous dira si le cycle de vie de ces UTR est égal à celui des UTR à moteur diesel, avec un faible taux de dysfonctionnement. Sur la base d'une électrification similaire des moteurs, on peut supposer que ces e-TRU se dégradent plus lentement, ce qui entraîne une diminution de la maintenance et des coûts par la même occasion. Pour que cette innovation constitue une réelle amélioration, il est essentiel que le moteur électrique soit très efficace (utiliser un minimum d'électricité pour un refroidissement de qualité) et extrêmement fiable (présenter peu de dysfonctionnements). Pour assurer une adoption rapide dans le secteur des transports, la garantie de faibles coûts, tant pour l'investissement et l'intégration que pour la maintenance, est essentielle.

Système de batterie

Le secteur des batteries fait l'objet de nombreuses innovations qui améliorent les produits disponibles chaque mois. Pour cette conception, une solution légère est optimale et doit avoir une puissance suffisante pour la durée du transport ainsi qu'une marge pour pouvoir rester immobile sans possibilité de se recharger sur réseau. Il existe deux façons de charger les batteries qui peuvent être utilisées sur une remorque frigorifique. La première consiste à charger la batterie sur le réseau électrique en la branchant sur une prise. Une deuxième option serait de générer de l'énergie à bord du véhicule, dont nous explorons les possibilités renouvelables : énergie cinétique et solaire. Actuellement, la recharge de la batterie sur le réseau est une solution plus rentable et plus facile à intégrer dans les remorques. Cependant, nous pensons que l'ajout d'une production d'énergie embarquée pourrait avoir des avantages à long terme : réduire la dépendance au réseau et garantir des solutions plus écologiques. Cela fait partie du puzzle de la chaîne logistique de découvrir quelle direction vaut la peine d'être explorée et pour quelle flotte.

Charger la batterie sur un réseau électrique

Dans le secteur de la logistique, principalement dans les véhicules privatisés, il est courant que les batteries soient chargées via un câble et une connexion électrique triphasée au réseau. L'installation de telles prises ne demanderait qu'un effort minime et les prises sont également disponibles pour l'industrie puisque l'innovation dans ce secteur a déjà fait ses preuves. Un certain investissement est encore nécessaire pour placer les prises requises aux bons endroits. Grâce à une analyse de la logistique actuelle, les points optimaux pourraient être attribués et la transition pourrait être guidée avec précision. Les stations de recharge les plus pertinentes se trouveraient aux endroits où la remorque est inactive, comme le lieu de chargement et le lieu de déchargement. Les chauffeurs ont également besoin de se recharger, ce qui fait de leurs lieux de repos communs d'excellentes plaques tournantes pour la recharge. La recharge de la batterie en la branchant nécessitera un changement de comportement majeur de la part des conducteurs, sinon le concept ne sera pas fiable. Il faut prendre l'habitude de connecter manuellement la batterie au réseau lorsque cela est possible ou nécessaire. Pendant la transition vers des UTR électriques qui se rechargent sur le réseau, cela pourrait être un handicap. Des conseils supplémentaires et une facilité d'utilisation sont essentiels pour rendre le nouveau système fiable et rapide. Plus la capacité de la batterie est élevée, plus le système devient cher. Le défi consiste donc à minimiser la capacité nécessaire sans perdre en fiabilité. Une solution consisterait à produire de l'électricité tout en roulant à bord de la remorque. De cette façon, la fiabilité d'un système avec des batteries de faible capacité est accrue, et les sources d'énergie renouvelables pourraient également garantir une production d'électricité sans émissions. Pour l'instant, l'utilisation d'un seul bloc de batteries de grande capacité est plus rentable et peut être installée dans nos remorques existantes. Nous explorons les options d'un essieu énergétique et de panneaux solaires dans ce livre blanc.

Chargement avec une génératrice sur essieu 

Actuellement, dans les services de la chaîne du froid, les remorques peuvent générer leur propre électricité grâce à l'énergie cinétique des roues ou en se cassant. Cette façon de produire de l'électricité est utilisée aux États-Unis depuis plus de trois ans, fournissant à McDonalds de l'énergie pour les hayons élévateurs et les transpalettes, et présente des avantages prometteurs pour les remorques frigorifiques. Grâce à un générateur, le réfrigérateur peut fonctionner pendant que le véhicule est en mouvement et charger des batteries intégrées qui permettent de refroidir la remorque à l'arrêt pendant 90 minutes. Les avantages d'une telle solution sont que le transporteur est moins dépendant du réseau électrique et qu'il est assuré d'un résultat plus écologique. Associée à un pack de batteries, cette solution ne contribue pas seulement aux objectifs fixés pour atteindre l'objectif d'émission zéro, afin d'atténuer le changement climatique et de fournir des environnements de vie plus sains aux citoyens, mais elle signifie également que le transporteur est moins dépendant de l'infrastructure, donc plus flexible, et qu'elle permet une réduction significative des coûts de refroidissement des produits.

Chargement avec des panneaux solaires

Un concept moins abouti dans le secteur de la mobilité consiste à utiliser des panneaux solaires pour charger la batterie. Certains projets offrent un grand intérêt pour les voitures qui utilisent la puissance du soleil pour recharger un système de batterie qui alimente un moteur. Ces panneaux pourraient être installés sur le dessus - ou même sur les côtés - de la remorque et produire de l'électricité. À l'instar de l'essieu énergétique, les panneaux solaires pourraient alimenter les batteries en électricité afin de maintenir le système de réfrigération en fonctionnant plus longtemps. Selon Sono Motors, l'intégration de l'énergie solaire fournira à l'unité de réfrigération de la remorque une puissance supplémentaire de 9,8 kW, ce qui permettra de réaliser des économies de carburant et de réduire les émissions de carbone.

"Un essai sur route a prouvé que l'unité de réfrigération pour le transport alimentée par le soleil est un remplacement viable des unités de réfrigération pour le transport diesel : elle répond aux exigences les plus strictes en matière d'itinéraires, elle permet de réaliser des économies importantes sur le coût total de possession et elle soutient une stratégie nette zéro. Nous soutenons toute innovation qui peut aider l'industrie à se décarboniser."

Alastair Gough, Responsable du développement commercial chez Sunswap

 

Montage

Dans les nouveaux modèles de remorques frigorifiques, le système électrique peut être intégré dans la structure dès le départ. L'encastrement complet des composants et du câblage électrique est la manière la plus sûre de monter un TRU, des batteries, une unité de charge et d'éventuelles solutions d'alimentation embarquées supplémentaires. Cela garantirait la sécurité d'utilisation et serait conçu pour en être la forme la plus durable. En option, l'UTR, le système de batteries et la solution de charge peuvent être modifiés de manière à pouvoir être montés sur les remorques actuelles. Grâce à cette adaptation, les transporteurs n'ont besoin que d'un investissement relativement faible pour électrifier leur transport sous température contrôlée ce qui permet d'éviter la dépréciation prématurée des remorques frigorifiques. Les composants seront fixés à la remorque à l'aide de pinces et de soudures par points aux endroits les plus sûrs et les plus fiables. Le câblage électrique sera incorporé proprement là où c'est nécessaire. Une configuration possible du système complet est présentée dans l'image ci-dessous :

Figure 1 : système proposé pour les remorques réfrigérées à faibles émissions.

Des résultats prometteurs

Aux Pays-Bas, la première preuve de concept (PoC) de plusieurs mois s'est achevée avec succès en juillet 2022. Deux unités de remorque ont fonctionné de manière entièrement électrique pour transporter en toute sécurité les glaces Ben & Jerry © sur les routes chaudes de l'été néerlandais. Dans le cadre de ces essais, c'est un Thermo King TRU modifié qui a été utilisé avec une batterie lithium-ion à haute densité énergétique de Maxwell+Spark. Ils ont étudié et développé en continu des batteries pour la puissance frigorifique de transport depuis 2016, à l'origine en Afrique. Maintenant, un design spécial pour le moteur Thermo King TRU a été réalisé pour les tests actuels en Europe. Ce mode de transport à température contrôlée peut maintenir le chargement réfrigéré jusqu'à -25°C en utilisant uniquement de l'énergie verte. Chaque unité pourrait économiser jusqu'à 25 tonnes de CO2 par an, contribuant ainsi à la réduction des émissions dans le secteur des transports. L'avantage global serait une solution de remorque plus propre et plus efficace.

Quelle est la prochaine étape ?

En raison du succès des premiers tests, deux autres remorques sont conçues pour être testées à l'été 2022 par TIP et Unilever. L'hypothèse du premier test est étendue : non seulement une grande réduction des émissions de gaz à effet de serre et une fiabilité égale ou supérieure à la solution actuelle fonctionnant au diesel. Mais aussi un avantage économique de réduction des coûts de carburant et une réduction significative des nuisances sonores. La recherche et le développement doivent se poursuivre pour concevoir et intégrer l'e-TRU et la batterie de manière transparente et garantir la solution la plus efficace et la plus sûre. D'autres intégrations possibles, comme la génératrice sur essieu et les panneaux solaires, devraient être testées à des fins spécifiques dans le bon contexte. La mise en œuvre de ces solutions et leur suivi étroit pendant de multiples itérations permettront une adoption sûre et rapide des solutions basées sur les batteries dans la chaîne du froid par les transporteurs du monde entier.

"TIP a vu ses clients chercher de plus en plus à adopter des solutions de remorques plus propres et plus efficaces. Nous soutenons les solutions innovantes qui incitent l'industrie à être plus durable. Ainsi, remplacer les UTR à moteur diesel par des UTR électriques est un progrès auquel nous croyons. C'est pourquoi nous investissons dans ce projet, le testons et obtenons la preuve du concept. Nous ne faisons pas les choses, mais nous les faisons se produire".

Rogier Laan, VP Global Sales & Marketing chez TIP

 

"La logistique et la distribution représentant environ 15 % de nos émissions, nous faisons évoluer notre chaîne du froid vers des sources d'énergie plus propres. Nous nous associons à des innovateurs pour mettre au point de nouvelles technologies et trouver de nouvelles solutions. Ce voyage de cocréation nous fournira des enseignements et des idées précieuses pour nous aider à réduire les émissions de notre flotte de véhicules."

Michelle Grose, Chef de la logistique et du traitement des commandes chez Unilever

Conclusion

Il est devenu évident pour le secteur de la logistique que le réseau de distribution de la chaîne du froid doit innover pour trouver des solutions fiables à zéro émission. Il n'est plus viable de s'appuyer sur des moteurs diesel obsolètes, en raison de leur contribution (relativement peu discutée) au réchauffement climatique, aux nuisances sonores et à l'augmentation des coûts. Pour rester en avance sur les restrictions légales qui poussent à des changements rapides et irréfléchis, mais aussi sur la motivation interne du secteur des transports à évoluer vers des émissions zéro, cet article choisit d'investir dans les possibilités électriques disponibles et de les explorer dans différents contextes et milieux avec toutes les parties prenantes. Les recherches sont prometteuses et montrent les avantages environnementaux de l'électrification. Les solutions actuelles basées sur les batteries dépassent les attentes, mais il y a encore beaucoup à apprendre sur la génération d'énergie à bord pour devenir plus indépendant et garantir l'efficacité énergétique. L'électrification de la chaîne du froid est une proposition passionnante pour de nombreuses parties, de l'expéditeur au transporteur en passant par le fournisseur d'équipement. Elle permet de réduire les coûts tout en apportant des améliorations qui améliorent la qualité de vie des citoyens et, surtout, de lutter contre le changement climatique à grande échelle.