La baisse rapide du coût des batteries et des piles à combustible de camion rendra l'électrification de fret impossible

Abstrait

Le fret routier à faible teneur en carbone est essentiel pour atténuer le réchauffement climatique. Cependant, l'électrification des véhicules robustes est confrontée à des défis importants en raison des exigences techniques élevées et de la compétitivité des coûts. Les données sur les coûts des camions futurs restent rares et incertains, compliquant l'évaluation de la technologie Zero Emission Truck (ZET). Grâce à la méta-prédiction de plus de 200 sources primaires, cette étude identifie les tendances des coûts les plus probables pour la tarification des composants ZET. Les résultats révèlent que les coûts diminuent plus rapidement que prévu, les coûts du système de batterie diminuent potentiellement de 64% à 75%, atteignant 150 € par kWh d'ici 2035 au plus tard. Bien que les systèmes de piles à combustible puissent voir des réductions encore plus importantes, elles sont peu susceptibles d'atteindre 100 € par kWh avant le début de 2040. Cette réduction rapide des coûts soutient les projections optimistes pour l'adoption du marché ZET et présente des implications importantes pour les futurs systèmes d'énergie et de transport.

Principal

Compte tenu des émissions de gaz à effet de serre substantielles des véhicules lourds (HDV), l'électrification rapide du fret routier en service lourd est cruciale pour limiter le réchauffement climatique en vertu de l'accord sur le climat de Paris. L'UE, les États-Unis et la Chine ont successivement resserré les objectifs d'émission pour les camions diesel robustes, nécessitant un déploiement rapide de camions à émission zéro où la demande et l'abordabilité de l'opérateur sont des facteurs clés. Cependant, les coûts d'acquisition élevés entravent l'adoption rapide des camions à émission zéro. L'électrification des véhicules commerciaux lourds est confrontée à des défis importants en raison de leur complexité technique et de leur compétitivité des coûts. Des données précises et complètes sur les coûts d'acquisition de camions à émission zéro sont essentielles pour évaluer cette technologie. Pourtant, les données sur les coûts des composants pour les camions à émission zéro restent rares et incertaines. Cette étude pose donc la question: quelle est la trajectoire des coûts futures la plus probable pour les composants centraux de camions à émission zéro d'ici 2050? Le papier analyse les coûts prévus pour cinq composants critiques de camion électrique (BET) et / ou de camion à pile à combustible (FCET). La pénétration rapide du marché des camions à émission zéro peut être réalisé rapidement avec les coûts de percée requis. En tant que technologie principale, les camions électriques de batterie présentent de meilleures prospects et un coût immédiat, soutenant les vues optimistes sur le fret routier décarbonisation.

Prévisions de méta en utilisant l'analyse de régression

Cette étude a identifié la littérature pertinente à travers des recherches dans les bases de données Scopus et Google Scholar, catégorisant les sources en trois types: quasi-marché (prévisions du marché et annonces de l'industrie des analystes de renom et des sociétés de conseil), des publications et des documents académiques à évaluation par les pairs) et d'autres (publications académiques non révisées par les pairs). Toutes les valeurs de coût ont été standardisées pour les prix des achats OEM au niveau du système pour les composants de camions à émission zéro.

Les coûts du système de batterie et de pile à combustible en baisse rapide

La figure 1 indique que les coûts du système de batterie pourraient diminuer de 64% à 75% avant 2050, les baisses annuelles restant rapides et soutenues. Par rapport à d'autres, les estimations du marché proche montrent un plus grand optimisme, montrant des variations plus petites et plus stables. Cette tendance se reflète dans les projections de coûts projetées: les modèles scientifiques et autres adoptent une approche plus conservatrice. Pour les années 2020 2030 et 2050, près du marché (bleu) prévoit des coûts de projet de 275 €, 140 € et 70 € par kWh respectivement; Les estimations scientifiques (vertes) se situent à 310 €, 180 € et 100 € par kWh; tandis que d'autres (violets) prévoient des coûts de 200 € et 115 € par kWh en 2030 et 2050 respectivement.

Figure 1. Prévisions de coûts du système de batterie de camion d'émission zéro

Comme le montre la figure 2, le coût des systèmes de piles à combustible devrait diminuer de 65% à 85% d'ici 2050. Le scénario quasi du marché (bleu) est estimé à environ 540 € par kilowatt en 2020, tombant en dessous du seuil € de 2045 et atteignant environ 85 € par kilowatt à €. À la fin des années 2030, se réglant finalement à environ 80 € par kilowatt d'ici 2050. L'autre scénario (violet) se situe entre les estimations quasi du marché et scientifiques, n'atteignant pas le niveau de 100 € par kilowatt.

Figure 2. Prévisions de coûts pour les systèmes de piles à combustible ZET à responsabilité lourde

Aperçu des coûts pour cinq composants ZET majeurs

Le tableau 1 représente les coûts des composants des camions à émission zéro. Le potentiel de réduction des coûts pour les composants adjacents est relativement limité. Le coût des moteurs électriques devrait diminuer d'environ 42 € par kilowatt en 2020 à 30 € par kilowatt d'ici 2050. Pour les réservoirs de stockage d'hydrogène, la réduction des coûts au cours de la période 2020-2050 est estimée à 2,6% à 2,9%. Le coût du système stable pour les composants PE & HV reste environ 50 € par kilowatt. Tableau 1: Coût des composants au niveau du système de cinq composants majeurs à énergie zéro en 2020 €

Différentes attentes de coûts pour les batteries et les piles à combustible

Selon les méta-prédictions, les coûts de batterie et de pile à combustible devraient diminuer rapidement. L'analyse comparative révélée dans cette étude met en évidence l'interaction complexe entre les projections scientifiques et les réalités réelles du marché pour les technologies émergentes à divers stades de maturité commerciale. L'analyse des prévisions de coûts de batterie indique une stabilité proche du marché dans différents délais, tandis que les estimations des coûts scientifiques publiées entre 2010 et 2023 font face à des révisions à la baisse importantes. Les systèmes de piles à combustible démontrent une tendance inverse. Par rapport aux projections quasi du marché, les modèles scientifiques présentent une plus grande stabilité et des perspectives constamment plus optimistes. La divergence peut découler des différences de maturité technologique et d'incertitudes concernant les trajectoires de développement futures de ces deux technologies.

Volumes requis, taux d'apprentissage et coûts percés

Cette étude compare les estimations des coûts avec l'expansion potentielle du marché des camions de type S de type S en Amérique du Nord, en Europe et en Chine, projetant la production annuelle totale entre 2,5 millions à 3 millions d'unités. Les résultats de la régression indiquent que la réalisation du système de batterie coûte environ 150 € par kWh d'ici 2028 (près du marché) à 2032 (scientifique) nécessiterait une production cumulée entre 1 300 GWh (près du marché) et 5200 GWh (scientifique), correspondant aux taux d'apprentissage d'environ 16% (scientifiques) à 19% (près du marché). Pour atteindre la production d'électricité inférieure à 100 € par kWh d'ici 2039 (près du marché) à 2049 (scientifique), 11 000 GWh (près du marché) ou même 68 000 GWh (scientifique) de production d'électricité serait nécessaire. Compte tenu de la part de marché importante des camions électriques à batterie, l'ancien scénario est probablement possible à la fin des années 2030. Pour les systèmes de piles à combustible ciblant 150 € par kW d'ici 2027 (scientifique) à 2035 (près du marché), la production cumulative devrait aller de 135 000 unités (scientifique) à 1,4 million d'unités (près du marché). Le taux d'adoption correspondant devrait aller de 14% (phase scientifique) à 26% (phase proche du marché). Compte tenu de l'adoption généralisée des modèles de camions à piles à combustible à la fin des années 1920, ce dernier scénario peut devenir possible. Les prix inférieurs à 100 € par kilowatt ont pu être atteints entre 2040 (phase scientifique) et 2045 (phase proche du marché), la demande cumulative devrait fluctuer entre 2,3 millions d'unités (phase scientifique) et 6,8 millions d'unités (phase proche du marché).

Discussion

Cette étude compare les résultats de la recherche avec des estimations de coûts cibles ou minimales pour éviter les projections trop conservatrices. Après avoir recalibrant les coûts du système de batterie, le prix estimé est d'environ 90 € par kWh d'ici 2030 et 70 € par kWh d'ici 2050, s'alignant étroitement avec les cibles projetées fixées par le Département américain de l'Énergie et l'initiative Hydrogen Sria48 d'Europe. L'approche de méta-prédiction des coûts peut ignorer les dépendances du scénario et la spécificité / tendance technique. Les scénarios de base et les hypothèses influencent les volumes de production, qui à leur tour affectent l'évolution des coûts des composants. Une analyse de régression supplémentaire indique que les scénarios de coût optimistes démontrent une efficacité accrue pour les batteries et les piles à combustible. Des facteurs critiques tels que la conception technique et la sélection des matériaux ont un impact significatif sur le coût et les performances. Les incertitudes et les lacunes de données des composants entravent des évaluations techniques complètes des technologies individuelles de 2020 à 2050. Bien que les coûts de batterie et de piles à combustible devraient diminuer avec l'amélioration des performances techniques, les progrès technologiques impliquant de nouveaux composants et les tendances émergentes pourraient compenser ces réductions de coûts. Les camions électriques démontrent actuellement la compétitivité des coûts par rapport aux camions diesel. Cependant, en raison de prix d'hydrogène vert potentiellement élevés, les camions à pile à combustible peuvent avoir du mal à atteindre la parité totale du coût de la propriété tout au long des années 2030. Le ratio de coûts d'achat pour les camions à émission zéro augmente considérablement par rapport aux camions diesel actuels. Au-delà des facteurs économiques, les capacités technologiques influencent également les décisions d'achat de camions. Les véhicules électriques à émission zéro ont atteint la parité technique avec des camions diesel. En fin de compte, la disponibilité des infrastructures et l'acceptation des utilisateurs joueront un rôle décisif dans l'adoption.

Conclusion

Cette étude donne un aperçu des estimations des coûts pour cinq composantes clés des camions à émission zéro par l'analyse de la méta-prédiction et de la régression, produisant quatre conclusions clés: premièrement, les coûts des composants pour les camions zéro-émission devraient diminuer de manière significative. Les coûts futurs du système de batterie devraient se stabiliser à 150 € par kWh d'ici 2035 et dépasser 100 € par kWh d'ici 2050. Les coûts du système de pile à combustible peuvent atteindre environ 150 € par kWh à la fin des années 2030, avec un potentiel maximal approchant 100 € par kWh à la fin des années 2040. Deuxièmement, les projections des coûts montrent des variations systématiques entre les catégories technologiques, qui peuvent dépendre de la maturité technologique. Alors que les batteries en proximité montrent les projections de coûts les plus stables parmi les sources, leurs prévisions restent plus optimistes que celles des systèmes scientifiques. Pour les piles à combustible, les approches scientifiques tendent vers des coûts inférieurs ou cibles. Troisièmement, le potentiel de réduction des coûts substantiel soutient les perspectives optimistes pour les deux technologies. Cela indique que le déploiement rapide de camions à émission zéro aura des impacts significatifs sur les participants aux secteurs des transports et de l'énergie. Enfin, la recherche met en évidence la concurrence entre les technologies de camions à émission zéro et soulève des questions sur le leadership du marché et la nécessité d'adopter différentes technologies. Toutes les réductions de coûts prévues dépendent de la transition réussie vers le fret routier à faible teneur en carbone. Par rapport aux camions à pile à combustible, les camions à émission zéro peuvent offrir la voie la plus rentable pour atteindre la parité totale du coût de la propriété, tandis que les camions de piles à combustible peuvent encore nécessiter un soutien politique supplémentaire jusqu'en 2030.