Les carburants composés uniquement d’air, d’électricité et d’eau connaissent un essor important, mais plusieurs facteurs freinent leur développement.
Imaginez alimenter des avions long-courriers et de lourds navires avec des carburants issus uniquement de l’air, de l’eau et d’électricité renouvelable . Grâce à la baisse du prix des énergies renouvelables comme l’éolien et le solaire, cette perspective, qui relève désormais de la science-fiction, est sur le point de devenir réalité.
Alors que la combustion des carburants actuels libère dans l’atmosphère du carbone qui a été séquestré sous terre pendant des millions d’années, ces « e-carburants » seraient plus respectueux de l’environnement, ajoutant et soustrayant du carbone de l’air en quantités à peu près égales.
Le projet Haru Oni de HIF Global , situé au sud du Chili et soutenu par Porsche et ExxonMobil, nous offre un aperçu de l’avenir. Utilisant l’énergie éolienne pour produire du méthanol et de l’essence de synthèse, il s’agit de l’une des premières initiatives commerciales de carburants électroniques. Des projets similaires sont en cours de développement en Afrique du Nord , en Islande et dans la péninsule arabique , visant l’exportation de méthanol et de kérosène électroniques.
Les e-carburants font partie de la catégorie plus large des carburants synthétiques , qui sont essentiels pour des secteurs comme l’aviation et le transport maritime qui ne pourront pas passer à l’énergie électrique ou à des carburants propres comme l’hydrogène de sitôt.
Les carburants de synthèse sont chimiquement similaires aux carburants liquides à haute densité énergétique utilisés actuellement par ces modes de transport, bien qu’il soit tout aussi possible de produire des gaz. Ils ne représentent encore qu’une infime part des carburants utilisés dans ces secteurs ; par exemple, environ 0,3 % du kérosène utilisé dans les moteurs à réaction à l’échelle mondiale était synthétique en 2024.
Cette situation devrait évoluer considérablement dans les années à venir, avec une possible augmentation de 50 % d’ici 2050. En attendant, chaque carburant synthétique présente des inconvénients qui influent sur son coût, sa capacité de production à grande échelle et son délai de commercialisation.
Les alternatives
Les deux autres grandes variétés de carburants synthétiques sont connues sous le nom de biochimiques et thermochimiques.
Les biocarburants sont obtenus soit par le traitement de graisses et d’huiles usagées, soit par fermentation ou à l’aide d’enzymes pour transformer des matières premières comme les cultures et les déchets organiques en alcools. Dans les deux cas, une étape finale consiste à ajouter de l’hydrogène, selon un procédé appelé hydrogénation catalytique .
Les chaînes d’approvisionnement sont bien établies pour ce type de production, mais la concurrence est forte pour les matières premières. Celles-ci doivent être cultivées sur des terres ou des ressources en eau qui seraient autrement utilisées pour l’alimentation. Même dans les scénarios les plus optimistes , elles ne suffiront pas à satisfaire la demande mondiale en carburants durables.
La production thermochimique utilise des températures élevées pour convertir les résidus de bois, les déchets de biomasse ou même les plastiques en gaz de synthèse (un mélange de monoxyde de carbone et d’hydrogène). Ce gaz est ensuite transformé en carburants liquides par un procédé industriel tel que le procédé Fischer-Tropsch , dans lequel il est chauffé et mis en contact avec un catalyseur comme le cobalt.
Il n’est pas nécessaire d’utiliser des matières premières alimentaires, et les procédés industriels sont éprouvés. Cependant, il faut toujours collecter et transporter d’importants volumes de matières premières, et les installations à haute température sont coûteuses. En l’état actuel des choses, la grande majorité des carburants synthétiques actuels sont donc biochimiques, principalement issus du retraitement des huiles.
E-carburants
Les e-carburants représentent la solution la plus récente. De nombreux acteurs majeurs du secteur énergétique mondial s’attendent à ce qu’ils jouent un rôle central dans la décarbonation de l’aviation et du transport maritime, notamment face à l’épuisement des ressources issues de la biomasse. Le défi réside dans le fait que la production d’e-carburants est énergivore et actuellement coûteuse, en particulier là où les énergies renouvelables sont rares ou onéreuses. Voici une analyse détaillée :
1. Capture du dioxyde de carbone
La capture et la concentration du CO₂ nécessitent environ 1 à 3 mégawattheures (MWh) d’énergie par tonne, ce qui est considérable. L’utilisation de CO₂ commercial coûte environ un tiers du coût de sa capture atmosphérique ; par conséquent, les approches hybrides intégrant du CO₂ commercial seront probablement les premières à se développer. Le CO₂ commercial est généralement un sous-produit de la combustion des énergies fossiles, ce qui représente un inconvénient environnemental.
2. Production d’hydrogène
Même les meilleures méthodes d’extraction d’hydrogène à partir de l’eau n’atteignent qu’un rendement d’environ 70 %. Cela signifie que 50 à 55 kilowattheures (kWh) d’électricité sont nécessaires pour produire 1 kg d’hydrogène, lequel ne stocke que 33 kWh d’énergie chimique – autrement dit, l’énergie consommée est bien supérieure à l’énergie produite. C’est l’une des raisons pour lesquelles la production de carburants à partir d’électricité ne sera probablement jamais aussi économique que l’utilisation directe de l’électricité.
3. Compression, stockage et transport
L’hydrogène doit être comprimé ou liquéfié, ce qui consomme de l’énergie supplémentaire (par exemple, environ 10 à 13 kWh par kg d’hydrogène pour la liquéfaction). De plus, l’hydrogène est sujet aux fuites et peut fragiliser les pipelines en acier, rendant difficile son transport sur de longues distances.
4. Conversion du dioxyde de carbone en carburant
Le CO₂ capturé et concentré est transformé en carburant par réaction avec de l’hydrogène, ou bien réduit en monoxyde de carbone par un procédé de synthèse catalytique. Dans les deux cas, le produit obtenu peut être un alcool comme le méthanol, ou un hydrocarbure plus complexe comme un mélange de paraffines ou de cires. Selon le produit final souhaité, des étapes de traitement supplémentaires peuvent être nécessaires. Ces étapes requièrent des températures et des pressions élevées, ce qui augmente la consommation d’énergie et les coûts d’investissement.
En résumé, chacun de ces quatre processus aggrave les pertes d’énergie. Tant que l’électricité verte ne deviendra pas beaucoup moins chère, les e-carburants resteront un produit haut de gamme.
Aux États-Unis et au Royaume-Uni, le prix de l’électricité est actuellement environ quatre fois supérieur à celui du gaz naturel, tandis qu’en Europe, il est environ 2,5 fois supérieur. De manière générale, les carburants électroniques resteront plus chers que les combustibles fossiles tant que ces prix n’auront pas atteint la parité. Le prix de l’électricité intègre les coûts de production et de distribution ainsi que les taxes ; des réductions généralisées seront donc nécessaires.
Comparaison des carburants synthétiques
La bonne nouvelle est que le coût de l’énergie verte devrait continuer de baisser à mesure que la technologie gagne en efficacité. Dans le secteur de l’aviation, une analyse récente prévoit que la plupart des carburants durables seront biochimiques ou thermochimiques jusqu’en 2040, mais qu’après cette date, la croissance proviendra probablement des e-carburants. D’ici 2050, ces derniers pourraient représenter plus de la moitié de tous les carburants synthétiques.
Les coûts de l’énergie solaire sont de moins en moins élevés.
Les e-carburants pourraient être produits dans des régions riches en énergies renouvelables comme l’Afrique du Nord, la Patagonie et l’Islande, créant ainsi de nouveaux acteurs sur le marché mondial de l’énergie. Un écosystème complet, englobant toutes les étapes, de la production à grande échelle d’énergies renouvelables à la logistique des carburants, devra être rapidement mis en place pour assurer la viabilité de cette industrie.
En résumé, la chimie est au rendez-vous, mais la rentabilité reste à prouver. Et si les e-carburants représentent une perspective prometteuse, ils ne constituent pas une solution miracle. Les gouvernements et le secteur de l’énergie devront continuer de privilégier la transition vers l’électricité et une meilleure efficacité énergétique partout où cela est possible.