L'avenir est-il synthétique ? Les carburants électroniques et le futur système énergétique

L'avenir est-il synthétique ? Les carburants électroniques et le futur système énergétique

J'ai déjà parlé des défis que pose la recherche d'une source d'énergie pour les industries qui ont besoin d'une source d'énergie concentrée, comme l'aviation ou même les vols spatiaux. Dans ma discussion, j'ai souligné les défis que posent les batteries et l'hydrogène en matière de densité énergétique et j'ai même suggéré l'ammoniaccomme alternative possible. Il y a une perspective alléchante que je n'ai pas encore abordée... les carburants synthétiques.

Le principe descarburants synthétiques est qu'un hydrocarbure liquide peut être formé à partir de la biomasse ou en faisant réagir de l'hydrogène avec du dioxyde de carbone. Actuellement, les carburants liquides de substitution sont généralement des dérivés de la biomasse - ce sont toutefois les carburants fabriqués à partir d'hydrogène pur, appelés "e-fuels", qui offrent une perspective intéressante pour la décarbonisation des secteurs qui ont besoin d'une source d'énergie à haute densité.

Selon lesperspectives énergétiquesde BP pour 2019, la demande annuelle mondiale de carburants pour les transports devrait atteindre un peu moins de 2 000 millions de tonnes en 2035.... Une augmentation progressive par rapport aux 1500 millions de tonnes consommées actuellement. La part des lions est absorbée par les camions et environ un tiers par l'aviation et le transport maritime. Les camions, le transport maritime et l'aviation constituent le plus grand défi à la décarbonisation, car il n'existe actuellement aucune alternative verte à l'échelle, principalement en raison de la densité énergétique des sources d'énergie alternatives actuellement disponibles. C'est ce défi de la densité énergétique que les carburants électroniques représentent une solution potentiellement intéressante.

Comment les carburants électroniques sont-ils fabriqués ?

Pour fabriquer des e-fuels, il faut beaucoup d'hydrogène pur et de monoxyde de carbone. Le monoxyde de carbone est produit en faisant passer du dioxyde de carbone par la réaction appelée "reverse water gas shift", qui utilise l'électricité pour diviser les molécules de dioxyde de carbone. Il existe de nombreuses sources de dioxyde de carbone, telles que la combustion de méthane, de charbon ou même de biomasse. L'avantage d'utiliser ce dioxyde de carbone dans ce processus est qu'il ne serait pas libéré dans l'atmosphère ou séquestré.

L'hydrogène, nécessaire en grandes quantités, serait plus coûteux à trouver. Cependant, dans un monde où l'hydrogène est roi, la perspective d'une abondance d'hydrogène "vert" produit à partir de l'énergie éolienne offshore par électrolyse est la source la plus prometteuse. Une autre solution consisterait à obtenir l'hydrogène et le dioxyde de carbone à partir du méthane produit par le dynamitage à la vapeur. Quel que soit le lieu d'où provient l'hydrogène, le processus risque d'être très gourmand en énergie !

Le processus final des e-fuels est appelé FischerTropsch. Le processus nécessite un catalyseur tel que le cobalt, le ruthénium ou le fer. La matière première, composée d'hydrogène pur et de monoxyde de carbone, est mise en réaction avec le catalyseur dans une chambre sous pression - le résultat étant un hydrocarbure liquide pur. Ce processus génère beaucoup de chaleur, il est donc important de trouver un endroit pour cette chaleur ! C'est cette production de chaleur qui rend le processus assez inefficace car une grande partie de l'énergie disponible dans les molécules d'hydrogène est perdue sous forme de chaleur. Si cette chaleur peut être utilisée, par exemple dans un processus industriel ou dans un système dechauffage urbain, il estalors possible d'améliorer l'efficacité globale du système.

Les carburants électroniques seront-ils utilisés à l'avenir ?

Des études telles que celle de la RoyalSociety ont estimé les coûts à environ un euro et demi par litre d'ici 2050. Cependant, le prix de quatre euros cinquante par litre les prive aujourd'hui d'une part importante du marché !

Si la législation pousse les camions, l'aviation et la marine à zéro carbone, je pense que les e-fuels synthétiques feront partie de l'histoire. Le degré de décarbonisation dépendra de la profondeur de la décarbonisation et de la manière dont les technologies concurrentes pourront repousser la frontière de la densité énergétique. En outre, le comportement humain aura un impact sur la demande d'applications nécessitant de fortes densités d'énergie - le transport routier pourrait-il être transféré vers le rail électrifié ? Les déplacements sur de longues distances seront-ils moins fréquents ? Par exemple, le transport routier pourrait-il être remplacé par le transport ferroviaire électrifié ?

Enfin, il convient de noter que les catalyseurs utilisés dans le processus sont difficiles à trouver et présentent leurs propres défis. L'extraction du cobalt, en particulier, soulève des questionséthiques importantes, toutcomme le nickel, dont le ruthénium est un sous-produit. Il semble, comme pour la technologie des piles, que toutes les voies doivent être envisagées pour être durables et pas seulement à faible teneur en carbone.

John est l'auteur du livre "The Future of Energy", disponible sur Amazon, au Royaume-Uni et aux États-Unis,

Photos avec l'aimable autorisation de Unsplash.