L’objectif de limitation du réchauffement climatique conduit infailliblement à la nécessité de réduction d’utilisation des énergies fossiles. Cela ne fait aucun doute. Lors de la dernière COP28, plus de 200 pays se sont engagés à « sortir des énergies fossiles » malgré cet accord, aucune échéance n’a été fixée. L’objectif est défini ; les moyens pour y parvenir ne le sont pas tout à fait. Le sujet est maintenant de savoir comment et par quoi pouvons-nous remplacer les combustibles qui ont soutenu l’activité humaine pendant plus de deux siècles.

Les solutions alternatives peuvent être plus ou moins évidentes en fonction de l’usage destiné à chaque combustible. Concernant la production d’électricité, les sources renouvelables telles que l’hydraulique, le photovoltaïque et l’éolien ont atteint un niveau de maturité qui permet une substitution à des prix compétitifs. Pour la production de chaleur, la biomasse, la géothermie, l’exploitation de la chaleur résiduelle provenant des processus industriels, etc. sont des solutions utilisées depuis des décennies (certaines, comme la biomasse, depuis la naissance de notre espèce).

Dans d’autres secteurs d’activité, notamment les transports, le remplacement est plus complexe. Une source d’énergie à usage mobile doit avoir pour caractéristique essentielle, outre un coût compétitif, une densité énergétique (énergie contenue dans un volume) permetant un minimum d’autonomie dans les déplacements. Comme nous le verrons dans cet article, les alternatives aux dérivés du pétrole dans le secteur des transports ne sont pas aussi évidentes qu’il n’y paraît.

 Le secteur des transports (routier, maritime et aérien) est responsable de 16 % des émissions mondiales de CO2. D’ailleurs, il se positionne juste après les secteurs de la production d’électricité et de l’industrie. Il est évident que si nous voulons parvenir à zéro émission, nous devons chercher des alternatives aux carburants actuellement utilisés dans les transports.

Graphique 1. Émissions de CO2 par secteur

Une première solution est l’utilisation directe de l’électricité. Tout semble aller si cette dernière est d’origine renouvelable et n’émet pas d’émissions de CO2. En revanche, pour transporter l’électricité dans le véhicule, il faut des accumulateurs (batteries). Les technologies les plus performantes sont coûteuses, utilisent de grandes quantités de métaux et leur densité énergétique est relativement faible. Leur utilisation dans les véhicules légers semble appropriée (malgré leur coût). Pour les navires et les avions, il est clair qu’en termes d’autonomie ou de poids, elles ne représenteront pas la solution idéale. On peut s’attendre à une révolution technologique dans le domaine des batteries, mais pour l’instant elle ne semble pas immédiate.

Une autre alternative est celle des biocarburants,  ceux qui sont fabriqués à partir de matières organiques. Si la source organique provient de cultures dédiées à la fabrication de combustibles (bioéthanol ou biodiesel) se pose rapidement le problème éthique de savoir si le monde doit être en sous-alimentation pour répondre aux besoins en carburant d’une autre partie de la Terre. En revanche, les biocarburants issus de la méthanisation des déchets végétaux sont très bénéfiques pour la lutte contre le changement climatique car ils capturent le méthane qui, autrement, serait rejeté dans l’atmosphère[1] .

Quant à l’utilisation finale de ces biocarburants, le bioéthanol ou le biodiesel sont parfaitement utilisables comme remplacement de l’essence ou du diesel fossile (ils sont utilisés depuis de nombreuses années). Le biométhane, quant à lui, semble tout à fait adapté pour être utilisé dans le transport maritime une fois liquéfié (bio-LNG), afin de pouvoir être transporté en quantités suffisantes.

Le problème structurel de ces biocarburants réside dans la limitation de la ressource primaire. Ils n’existent pas de sources organiques renouvelables en quantité suffisante pour permettre une substitution massive des combustibles fossiles. Les biocarburants de nouvelle génération (3G ou 4G) utilisant des micro-organismes ou des algues n’en sont qu’au stade expérimental et ne devraient pas contribuer, à moyen terme, à la réduction des émissions.

Llegamos así a una tercera vía que son los llamados power-to-X. Aquí la idea es partir de la electricidad para producir hidrogeno que, por síntesis, se convierte en otras moléculas más tratables. La producción de hidrógeno se hace por electrolisis (ruptura de la molécula de agua usando electricidad) que es un proceso empleado en la industria desde hace más dos siglos. Por supuesto, es condición necesaria que la electricidad sea de origen renovable o de bajo nivel de emisiones. El hidrogeno así fabricado es de muy baja densidad energética y no es fácilmente almacenable. Para su uso en transporte necesita ser comprimido o licuado a temperaturas muy bajas.

Cela nous amène à une troisième option, nous nommons la technologie power-to-X. Il s’agit d’utiliser l’électricité pour produire de l’hydrogène qui, par synthèse, est converti en d’autres molécules plus faciles à traiter. La production d’hydrogène se fait par électrolyse (décomposition de la molécule d’eau à l’aide d’électricité), un procédé utilisé dans l’industrie depuis plus de deux siècles. Bien entendu, l’électricité doit être d’origine renouvelable ou à faible taux d’émission. L’hydrogène produit ainsi a une très faible densité énergétique et n’est pas facilement stockable. Pour le transport, il doit être comprimé ou liquéfié à très basse température.

Figure 1 (Phrases, 2023) Processus de production des e-carburants

Il est donc nécessaire de le combiner avec d’autres molécules pour gagner en densité ou en transportabilité. S’il est combiné avec du CO2 (d’origine biologique ou après captage), il donne lieu à du e-méthanol qui peut être utilisé directement dans les moteurs thermiques classiques. Synthétisé avec de l’azote, il permet de produire de l’ammoniac, facile à transporter. Il est également possible de fabriquer des molécules plus complexes comme le e-gazole ou le e-kérosène, mais à un coût prohibitif.

La dernière famille de carburants est celle à base d’hydrogène d’origine fossile (Blue Hydrogen based fuels) (voir Newsletter sur ce sujet : Hydrogène Vert Europe). Dans ce cas, l’hydrogène est obtenu à partir du gaz naturel, avec captage et stockage du CO2 émis dans le processus. Le coût de cet hydrogène reformage est relativement compétitif, mais le coût du captage et du stockage du CO2 ne l’est pas. L’acceptation sociale du stockage ne semble pas évidente non plus et la poursuite de l’industrie d’extraction du gaz naturel n’est pas le moyen le plus approprié pour éviter les émissions de méthane. Comme dans le cas du power-to-X, l’ajout de molécules supplémentaires pour générer des carburants liquides rend le carburant final extrêmement cher.

Cela nous amène donc aux questions essentielles de cette transformation énergétique. Actuellement, nous avons la connaissance nécessaire pour fabriquer les alternatives aux énergies fossiles : électricité, biocarburants, hydrogène, power-to-X, etc. Mais à quel prix ? Ces types de carburants sont-ils viables ? Quel sera l’augmentation du prix de l’énergie ?  Serait-elle acceptée par la société ? Ces alternatives pourront-elles être mise en œuvre dans tous les pays ?

Sans révolution technologique majeure, le coût des carburants alternatifs semble lié à l’évolution du coût de l’électricité renouvelable (ou à faible émission). Celui-ci dépend à son tour du coût du capital et des conditions d’exploitation (sources d’énergie intermittentes). Dans les meilleures conditions, nous ne nous attendons pas à ce que le coût de l’électricité, en tant que matière première pour la production de carburant de synthèse, soit en dessous de 40-50 €/MWh. Cela supposant, en plus, qu’il y a des sites disponibles appropriés pour produire de l’électricité primaire à grande échelle. À ce coût, il faudra ajouter les investissements dans les électrolyseurs et les pertes d’énergie correspondant à la production d’hydrogène vert (40 %). Si l’on suit la chaîne de production de molécules plus complexes, on additionnera encore les investissements et les pertes énergétiques. Si l’on ajoute à cela les coûts de logistique jusqu’à destination, on arrive à des carburants qui, dans le meilleur des cas, coûteront entre 3 et 7 fois plus cher que les carburants conventionnels. Nous avons un problème !

En conclusion, si nous voulons réduire les émissions de CO2, nous devrons remplacer les combustibles fossiles, mais cela se fera au prix d’une augmentation très importante des coûts de l’énergie. Dans les pays avec des politiques climatiques plus avancées, les objectifs de réduction des émissions obligent pour l’instant d’inclure les biocarburants à des pourcentage réduits qui empêchent le consommateur final de se rendre compte de l’augmentation des coûts. De plus, les nouveaux carburants sont souvent exemptés des impôts et des taxes qui grèvent lourdement les carburants fossiles. Il ne fait aucun doute qu’à mesure que les objectifs de réduction des émissions deviendront plus ambitieux, les effets seront davantage palpables, avec des prix plus élevés pour les consommateurs et/ou des recettes moindres pour les gouvernements.

Pour atteindre l’objectif climatique, nous avons besoin d’un bon équilibre des différentes solutions viables et éviter les positions dogmatiques ou sceptiques. Sur ce chemin incertain vers le Net Zero en 2050, nous espérons qu’ensemble nous serons en mesure de trouver des solutions pragmatiques, acceptables d’un point de vue environnemental et sociétal qui nous permettront de sauver la planète. Bonne chance à nous.

[1] Le méthane émis dans l’atmosphère y reste pendant environ 20 ans et a des effets de réchauffement 80 fois plus intenses que le CO2.

Antonio Haya & Maria Paz Murillo Prieto