L'aviation contribue de manière non négligeable aux émissions mondiales de gaz à effet de serre. Les avions étant fortement dépendants de carburants à haute densité énergétique, la recherche d'alternatives viables et durables est devenue un axe de recherche majeur. Nous présentons ci-dessous l'état actuel des choses : quels types de carburants durables pour l'aviation (SAF) sont en cours de développement, les avancées technologiques récentes et les obstacles à leur déploiement à grande échelle.
Qu'est-ce qu'un carburant aviation durable ?
Le terme « SAF » est un terme générique qui désigne les carburants qui réduisent les émissions tout au long de leur cycle de vie par rapport au kérosène conventionnel. Parmi les principales filières, on peut citer :
- Les biocarburants, notamment les esters et acides gras hydrotraités (HEFA), les carburants synthétiques Fischer-Tropsch (FT), les carburants alcool-jet (ATJ) et les huiles dérivées d'algues
- Les carburants synthétiques ou électroniques, fabriqués à partir de CO₂ capturé + hydrogène produit à l'aide d'énergies renouvelables. Ceux-ci peuvent en principe vous rapprocher de la neutralité carbone
- Les nouvelles matières premières, notamment les huiles non comestibles et usagées, les résidus végétaux, la lignocellulose, la biomasse algale et même les déchets humains ou les eaux usées dans certaines études
Recherches récentes et avancées technologiques
Voici quelques-unes des avancées récentes les plus prometteuses.
Améliorations en matière de catalyse
Une étude récente se concentre sur les catalyseurs monométalliques et bimétalliques avancés (par exemple, le nickel-cobalt supporté par de la magnétite) pour convertir les huiles non comestibles (comme l'huile de palmiste) en carburants alternatifs pour l'aviation (SAF) prêts à l'emploi, avec un meilleur rendement, une meilleure sélectivité et une meilleure stabilité. Ces catalyseurs facilitent la désoxygénation et imitent les profils des carburants hydrocarbonés nécessaires aux moteurs à réaction.
Réduction des émissions tout au long du cycle de vie
Une étude menée par le NCAS britannique (en collaboration avec l'université de Manchester) a montré que certains mélanges de carburants alternatifs durables (mélangeant du carburant aviation conventionnel et des carburants alternatifs durables) peuvent réduire les émissions de gaz à effet de serre jusqu'à environ 80 %, en particulier en ce qui concerne les émissions de carbone noir à faible poussée (important pour le décollage, la montée, etc.).
Innovation en matière de matières premières
- Des travaux sont en cours pour utiliser la biomasse abondante et sous-exploitée, notamment la lignine (un polymère structurel résistant présent dans les plantes), afin de produire des hydrocarbures compatibles avec les moteurs à réaction. Ces méthodes visent à éviter toute concurrence avec les cultures vivrières.
- La conversion des flux de déchets (par exemple, les eaux usées humaines, les « biosolides ») en SAF est à l'étude. Par exemple, une start-up britannique prévoit de construire une raffinerie pour transformer les biosolides en carburant aviation.
Politique, économie et mise à l'échelle
- Les recherches montrent que la plupart des technologies SAF sont encore nettement plus coûteuses que les carburants traditionnels pour avions, avec un coût souvent supérieur de 120 à 700 % selon la matière première, le procédé et l'échelle.
- Les réductions d'émissions varient en fonction du procédé : de 27 % à 87 % pour certains types. Plus le traitement est poussé, plus la technologie est avancée (par exemple, FT, e-carburants), plus l'électricité est renouvelable et plus les matières premières sont de qualité, plus les réductions sont importantes.
- La production actuelle est bien inférieure à ce qui serait nécessaire pour atteindre les objectifs de zéro émission nette du secteur aérien d'ici 2050. Les recherches soulignent souvent l'écart entre les projections de la demande, les obligations politiques et la capacité d'approvisionnement réelle.
Nouveautés et tendances émergentes
Voici quelques-unes des « nouveautés » ou des avancées qui passent du laboratoire à la réalité commerciale :
- Carburants « drop-in » entièrement compatibles : les recherches s'intensifient sur les carburants d'aviation durables (SAF) pouvant être utilisés comme substituts directs (ou mélanges à très haute teneur) dans les avions existants sans nécessiter de modifications des moteurs.
- Électrocarburants (e-carburants) : utilisation du captage du CO₂ et de l'hydrogène produit à partir d'énergies renouvelables. L'espoir est que ceux-ci puissent être développés à grande échelle si l'énergie propre devient abondante.
- Réglementation et obligations : les lois sont renforcées dans diverses juridictions (UE, Royaume-Uni, etc.), ce qui favorise les obligations de mélange de SAF, les subventions et les incitations qui rendent la production de SAF plus viable sur le plan économique.
- Installations et pôles à grande échelle : les flux d'investissement augmentent pour les installations de production de SAF (par exemple, l'Australie a récemment prévu de créer de grands pôles de biocarburants) et de nouvelles initiatives de financement des SAF sont soutenues par les compagnies aériennes et les gouvernements.
Principaux défis et obstacles
Malgré les progrès accomplis, plusieurs obstacles importants subsistent.
Défi | Quel est le problème ? |
Compétitivité en termes de coûts/prix | Les carburants alternatifs durables (SAF) et synthétiques restent chers par rapport aux carburants fossiles. Les économies d'échelle, le coût des matières premières et la consommation d'énergie (en particulier pour les carburants synthétiques à base de CO₂ + H₂) font grimper les coûts. Des subventions ou une tarification du carbone sont nécessaires pour combler les écarts. |
Disponibilité et durabilité des matières premières | Veiller à ce que les matières premières n'entrent pas en concurrence avec les denrées alimentaires, ne conduisent pas à la déforestation, etc. Les huiles usagées et non comestibles sont utiles, mais leurs volumes sont limités. Les algues et la biomasse lignocellulosique sont prometteuses, mais leur culture ou leur transformation est plus difficile/coûteuse. |
Compatibilité technique | Moteurs à réaction, stockage du carburant, manutention, limites de mélange, stabilité du carburant, comportement « drop-in », gonflement des joints, propriétés à basse température, etc. Garantir la sécurité, la fiabilité et la certification. |
| Risques liés à la réglementation, aux politiques et aux investissements | L'investissement nécessite des certitudes : mandats pour le mélange de carburants durables, subventions ou incitations, tarification du carbone. Sans soutien politique, le développement à grande échelle est retardé. De plus, les infrastructures doivent s'adapter (production de carburant, logistique, approvisionnement en carburant des aéroports). |
| Énergie / émissions de carbone | Pour les filières telles que les carburants synthétiques (e-carburants), la production peut nécessiter beaucoup d'électricité propre, le captage du CO₂ et de l'hydrogène. Si ces intrants en amont ne sont pas propres, ils compromettent les réductions globales des émissions. |
Perspectives : où nous pourrions aller
Voici quelques trajectoires possibles, basées sur les recherches :
- À court et moyen terme (prochains 5 à 10 ans) :
On prévoit une adoption croissante des biocarburants HEFA et autres biocarburants pour avions, une augmentation des obligations en matière de mélange (par exemple, 5 à 20 %), davantage d'essais en vol opérationnels, davantage de centres d'approvisionnement en carburants durables pour l'aviation, des améliorations progressives dans le traitement catalytique et la possibilité de carburants de substitution à des mélanges plus élevés. Réductions des coûts grâce à la mise à l'échelle, à l'amélioration des chaînes d'approvisionnement et à l'amélioration des catalyseurs.
- À plus long terme (2030-2050) :
Une plus grande pénétration des carburants synthétiques / du kérosène électronique, peut-être de l'hydrogène (pour certains types d'avions/certaines liaisons), des conceptions de moteurs plus radicales (par exemple, moteurs à rotor ouvert, systèmes hybrides) et éventuellement 100 % de carburants alternatifs durables dans certains avions. Une croissance significative des politiques, des infrastructures et de l'approvisionnement en électricité renouvelable en parallèle. L'objectif de nombreuses feuilles de route est d'atteindre la neutralité carbone, ou de s'en approcher, d'ici le milieu du siècle.
Conclusions
Les carburants durables pour l'aviation ne relèvent plus de la science-fiction ; de nombreuses technologies sont déjà assez matures et des réductions d'émissions comprises entre 30 et 80 % ont été observées lors de divers essais. Cependant, le défi consiste à convertir cela en un approvisionnement important, abordable et fiable. La recherche progresse dans les domaines des catalyseurs, des nouvelles matières premières, des filières de production de carburants synthétiques et des analyses du cycle de vie, mais pour atteindre la neutralité carbone, les carburants durables pour l'aviation devront s'inscrire dans une solution globale combinant des carburants plus propres, des conceptions d'avions/moteurs plus efficaces, des améliorations opérationnelles (par exemple, de meilleurs itinéraires, une meilleure gestion du trafic) et un soutien politique.
Sources: www.couriermail.com.au, www.sciencedirect.com
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