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Le kérosène synthétique: une mesure prometteuse pour combattre le changement du climat?

Il est incontesté que l'aviation peut et doit contribuer aux efforts de réduire les émissions de CO2. Outre les débats intensifs sur les mesures réglementaires – comme la taxe sur les billets d'avion, par exemple – il y a de bonnes raisons pour espérer que les progrès techniques comme la production de kérosène synthétique pourront réduire les émissions de CO2 du transport aérien.



Depuis deux décades environ on parle de l'hydrogène comme source d'énergie. Il y a maintenant de bonnes chances que l'hydrogène pourra complémenter les carburants fossiles et l'alimentation par batterie. Du point de vue technique, il existe des solutions bien développées pour la production d'hydrogène par le moyen de l'électrolyse et également pour les piles à combustible. Outre l'hydrogène, les procédés pour produire le méthane synthétique (comparable au gaz naturel) et le kérosène synthétique ont fait de grands progrès.


Le procédé Power-to-Liquid a pour but la production de kérosène synthétique. Il se base sur l'électrolyse de l'eau qui décompose l'eau en oxygène et hydrogène. Ensuite, l'hydrogène est converti en hydrocarbure, (à savoir kérosène synthétique) avec du CO2 capturé dans l'air. Pour ce procédé, il n'importe pas quelle méthode est choisie pour produire l'électricité (énergie éolienne, nucléaire, charbon ou solaire). Idéalement, ce sont les énergies renouvelables.


En revanche, la technologie Sun-to-Liquid se base uniquement sur l'énergie solaire. Il faut trois procédés de conversion thermochimiques. Un procédé d'absorption et de désorption capture le CO2 et l'eau directement de l'air ambiant. Un champs d'héliostats (miroirs mobiles utilisés pour réfléchir la lumière du soleil) concentre le rayonnement du soleil vers un réacteur situé au sommet d'une tour solaire. Le flux solaire intense permet d'atteindre des températures de réaction de plus de 1500°. Le réacteur contient une structure céramique spéciale composée d'oxyde de cérium. Ici deux réactions thermochimiques séparent l'eau et le CO2 et produisent le gaz synthétique. À partir de ce mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone le combustible liquide est produit à l'aide d'une synthèse conventionnelle.



EPF de Zurich prend l'initiative


Depuis 2011, plusieurs instituts renommés ont collaboré dans le développement du kérosène liquide dans le cadre de SOLAR-JET (Solar chemical reactor demonstration and Optimization for Long-term Availability of Renewable JET fuel), un projet de recherche de l'UE. En 2016, le projet Sun-to-Liquid a été entamé avec des objectifs très similaires (https://www.sun-to-liquid.eu/). Les chercheurs de l'EPF Zurich qui travaillent sur les sources d'énergies renouvelables figurent parmi les collaborateurs cruciaux du projet. Le procédé fut testé pour la première fois par une équipe autour d'Aldo Steinfeld, professeur pour les sources d'énergies renouvelables de l'EPF, dans une installation solaire sur le toit d'un laboratoire de l'EPF à Zurich. Avec Climeworks und Synhelion, fondés en tant que start-ups de l'EFP, la Suisse dispose de deux entreprises pionnières axées sur la recherche et la production globale de combustibles alternatifs (cf. la boîte ci-dessous).



Les combustibles solaires sont moins polluants


Avec un bilan neutre en dioxyde de carbone, le kérosène synthétique est moins nuisible pour l'environnement que le kérosène fossile. Un bilan neutre signifie que le dioxyde de carbone utilisé pour la production du combustible est capturé de l'air ambiant. Naturellement, la combustion émet du dioxyde de carbone, mais uniquement la quantité qui a été utilisée pour la production. En plus, le kérosène synthétique ne contient pas de soufre ou de composés aromatiques; la combustion est donc plus propre et émet moins de particules fines ou d'oxydes d'azote.


Les deux procédés doivent remplir des exigences spécifiques


Les deux procédés – Power-to-Liquid et Sun-to-Liquid – doivent remplir des exigences spécifiques pour assurer une production économiquement valable. Pour le procédé Power-to-Liquid il faut assurer la disponibilité d'électricité avantageuse et renouvelable pour fournir l'énergie de bande, à savoir suffisamment d'énergie pour plusieurs milliers d'heures par an. Il n'y a que très peu d'endroits avec de telles conditions, comme les endroits éloignés en Norvège, Patagonie et dans certaines régions côtières par exemple. Les coûts d'électricité dominent les coûts de combustible. Il est donc possible de produire à presque n'importe quel lieu, mais l'opération n'est pas économiquement valable. Quant au procédé Sun-to-Liquid, c'est la disponibilité de la lumière du soleil qui compte. Pour la production de grandes quantités de kérosène il faut de grandes installations solaires. Il faudrait donc une installation solaire couvrant un espace d'un kilomètre carré pour pouvoir produire 20'000 litres de kérosène par jour. En Suisse, l'opération d'une telle installation serait techniquement possible, mais le projet ne serait pas rentable, en raison de l'insuffisance d'heures de soleil et des terres coûteuses. Il faut des régions avec une irradiation DNI (direct normal irradiance) d'au moins 1800 kWh/m2 par jour, un niveau de rayonnement qui est atteint en Europe méridionale, par exemple.



Climeworks

Climeworks, une start-up de l'EPF, capture le CO2 de l'air ambiant grâce à la Direct Air Capture (DAC), la première technologie d'élimination du dioxyde de carbone conçue à des fins commerciales. Les usines modulaires capturent le CO2 directement de l'atmosphère réduisant ainsi son teneur dans l'air. Ensuite, les filtres très sélectifs, les éléments clés de la technologie, agissent comme éponges et prennent au piège le CO2. Les usines sont alimentées uniquement par les énergies renouvelables ou la chaleur perdue.


Synhelion

Fondé après 10 ans de recherche de pointe à l'EPF de Zurich, Synhelion développe des procédés thermochimiques pour la production de carburants synthétiques. Les procédés sont propulsés par la lumière du soleil concentrée et permettent de réduire les émissions nettes du CO2 de 50 – 100% par rapport aux carburants fossiles. D'ici 2030, Synhelion veut produire 1 million de tonnes de carburant synthétique par an, ce qui correspond à environ la moitié de la demande de kérosène en Suisse. Pour pouvoir mettre la technologie sur le marché aussi vite que possible, Synhelion collabore étroitement avec des entreprises industrielles et universités de premier rang mondial.





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