E-carburant

La production d'e-carburants au moyen d'électricité décarbonée revient à stocker cette énergie électrique dans les liaisons chimiques des carburants liquides ou gazeux[1] - [2].

L'une des principales sources de financement de la recherche sur les e-carburants liquides pour les transports est Electrofuels Program of the Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E), dirigée par Eric Toone[3]. ARPA-E, créé en 2009 sous la direction de Steven Chu, secrétaire à l'énergie du président Obama, constitue la tentative faite par le ministère de l'énergie (DOE) de reproduire Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), dont l’efficacité n’est plus à prouver. Parmi les exemples de projets financés dans le cadre de ce programme, mentionnons les travaux d'OPX Biotechnologies sur le biodiesel dirigés par Michael Lynch[4] et le travail de Derek Lovley sur l'électrosynthèse microbienne à l'Université du Massachusetts Amherst[5], qui aurait produit le premier e-carburant liquide utilisant du CO₂ comme matière première. La description de tous les projets de recherche ARPA-E Electrofuels Program se trouve sur leur site web. À partir de 2014, à la suite du boom de la fracturation hydraulique, ARPA-E a délaissé les « ressources électriques » au profit des matières premières à base de gaz naturel, et a donc négligé les e-carburants[6].

La première conférence sur les e-carburants, parrainée par l'American Institute of Chemical Engineers, s'est tenue à Providence (Rhode Island) en novembre 2011[7]. Lors de cette conférence, le directeur Eric Toone déclare que « 18 mois après le début du programme, nous savons qu'il marche. On doit savoir si on peut faire en sorte que ça ait de l'importance ». Plusieurs groupes ont dépassé le stade de la faisabilité et s'efforcent de passer à une plus grande échelle, ce de façon rentable.

À partir de 2016, Audi investit dans la création d'une usine en Allemagne afin de produire du méthane. Ce site de production utilise de l'électricité (6 MW) issue du parc éolien allemand et du CO2 sous-produit du traitement du biogaz[8]. Par la suite, Audi développe d'autres systèmes de production d'e-essence et e-diesel[9].

En Suisse, l'EMPA étudie et publie des exemples de carburants alternatifs synthétiques[10].

Efficacité actuelle (et future en hachuré) des e-carburants. Pertes dans les véhicules non prises en compte. En allemand, on voit : e-hydrogène gazeux, e-hydrogène liquide, e-méthane gazeux, e-ammoniac, e-méthane liquide, e-méthanol et enfin e-carburant.

Le think-tank allemand Agora-Energiewende publie en septembre 2018 une étude sur le potentiel et les coûts prévisionnels des combustibles synthétiques produits à partir d'électricité renouvelable. Ses principales conclusions sont : 1) les e-carburants joueront un rôle important dans la décarbonation de la chimie, de l'industrie et d'une partie des transports ; leur coût plus élevé que l'usage direct de l'électricité rend leur pénétration dans d'autres secteurs incertaine ; 2) pour être compétitives, les installations de conversion d'électricité en gaz et en carburants liquides nécessitent de l'électricité à bas coût et à facteur de charge important (longue durée de fonctionnement) ; la seule utilisation des excédents des énergies renouvelables ne suffira pas pour couvrir la demande et rentabiliser l'énergie grise des installations ; il faudra construire des centrales électriques explicitement dédiées à la production d'e-carburants, par exemple des centrales éoliennes offshore en Mer du nord ou des centrales solaires en Afrique du nord ou au Moyen-Orient ; 3) le coût des e-carburants (méthane et carburants liquides) se situera initialement entre 0,20 et 0,30 €/kWh, puis pourra baisser à 0,10 €/kWh (NB : un litre de fioul produit autour de 10 kWh de chaleur) si leur capacité de production mondiale atteint 100 GW ; une telle réduction de coût requiert des investissements massifs et continus en électrolyseurs et en capteurs de CO₂ ; ceci ne sera possible qu'avec une intervention politique ou des prix de carbone élevés. 4) Les e-carburants ne sont pas à eux seuls une alternative aux combustibles fossiles, mais ils peuvent complémenter les technologies dotées de moindres pertes de conversion, telles que les véhicules électriques et les pompes à chaleur[11].

Selon The Shift Project, les besoins incompressibles en combustibles liquides ou gazeux vont rester importants. Outre des efforts accrus de sobriété, plusieurs voies sont possibles pour les décarboner, entre lesquelles il faudra arbitrer : produire ou importer plus d'agrocarburants et de biogaz, produire du dihydrogène par électrolyse de l'eau, produire du méthane et des combustibles liquides par conversion d'électricité. Chacune de ces voies présente des contraintes ou des limites importantes. Ainsi, la production de dihydrogène et de carburants synthétiques nécessite de très grandes quantités d'électricité[12] décarbonée (au bénéfice de l'équilibrage entre offre et demande du système électrique)[13]. Incidemment, cette importante augmentation de la demande en électricité nécessiterait qu'en France la production électrique soit augmentée à l'aide de nouveaux réacteurs nucléaires ou d’énergies renouvelables[14].

En Allemagne, le Conseil des experts environnementaux (de) préconise, en raison de leur inefficacité, de réserver les e-carburants aux seuls secteurs de l'aviation et du transport maritime, secteurs où il n'est pas possible d'utiliser l'électricité du réseau directement[15]. Selon l'ONG Fédération européenne pour le transport et l'environnement (T&E), une voiture électrique présente un rendement de 73 %, tandis que dans le cas d'une voiture à e-hydrogène, le rendement tombe à 23 %[16], et même 13 % pour une voiture thermique alimentée par un e-carburant[T&E 1]. Dans ces conditions, toujours compte tenu de leur inefficacité, T&E demande que les e-carburants ne soient utilisés que dans le domaine où ils s'avèrent selon eux strictement nécessaires[17], à savoir l'aviation[T&E 2] - [T&E 3]. Mis à part les camions à batterie (BEV), dont la batterie est très lourde, et les trolley-camions (OC-BEV), les e-camions utilisant les e-carburants affichent un mauvais rendement[T&E 4] - [T&E 5]. La Fabrique de l'industrie souligne également l'inefficacité des e-carburants[18] - [19]. Dans le domaine du transport maritime, de nombreux navires utilisent cependant le méthanol[20] - [21], qui peut provenir du e-méthanol et présenter un très faible bilan carbone.

Pour ce qui concerne la voiture, certaines évaluations tablent sur un coût de trois à quatre euros par litre de e-carburant et T&E estime que rouler au e-carburant plutôt qu'au diesel en 2030 coûterait 2 300 € de plus par an pour un particulier en Allemagne. Les véhicules électriques ont une efficacité énergétique de 60 à 77 % (de la centrale électrique à la roue), contre 18 à 22 % pour les e-carburants. Ces derniers demeurent des hydrocarbures, ils dégagent donc à peu près les mêmes polluants et particules fines que les carburants fossiles, notamment des oxydes d'azote (NOx) et des particules fines cancérigènes. Les véhicules roulant à ces carburants seraient donc interdits à terme dans les zones à faible émission[22].

Le numéro un mondial du transport maritime Maersk annonce le 3 novembre 2022 la signature d'un protocole de collaboration avec le gouvernement espagnol posant les bases de son projet de production de 2 Mt (millions de tonnes) de méthanol vert par an d'ici 2030, permettant de décarboner 10 % de la flotte du groupe. Maersk a commandé 19 porte-conteneurs capables de fonctionner au méthanol de synthèse, qui devraient commencer à être livrés d'ici à 2024, et cherche à organiser à la fois les processus de production du carburant vert et les nouveaux circuits de ravitaillement de sa flotte au long des routes maritimes. Deux des ports de ce futur réseau se trouveront en Espagne, l'un en Galice sur la façade atlantique, l'autre au sud près du détroit de Gibraltar, à proximité de sites de production d'e-méthanol à partir d'hydrogène vert et de CO₂ biogénique. Le groupe prévoit d'alimenter la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau à partir d'un réseau qui pourrait réunir jusqu'à 80 parcs solaires et éoliens. Les premières livraisons d'e-méthanol devraient avoir lieu d'ici à 2025, pour 200 000 tonnes la première année, et monter à 1 Mt en 2027, pour atteindre 2 Mt par an à partir de 2030[23].

Le 20 décembre 2022, une usine chilienne produit ses premiers litres d'essence de synthèse (e-méthanol) à Punta Arenas à partir d'hydrogène vert produit par électrolyse de l'eau grâce à de l'électricité produite par des éoliennes, et de dioxyde de carbone capté dans l'atmosphère. La production prévue est de 130 000 litres d'ici à la fin de 2022, 55 Ml (millions de litres) en 2024 et 550 Ml en 2026. La commercialisation de ce carburant est prévue à partir de mars 2023 et l'entreprise chilienne espère disposer dans dix ans de six usines afin d'approvisionner cinq millions de voitures. Ce projet a été réalisé grâce à l'association, entre autres, de Siemens Energy et du constructeur automobile Porsche[24] - [25].

L'entreprise chilienne HIF Global, qui a construit l'usine pilote Haru Oni, près de Punta Arenas, annonce en avril 2023 son intention de construire à partir de 2024 la plus grande installation de production de carburant synthétique au monde à Matagorda, dans le sud du Texas. L'objectif est de produire 750 millions de litres par an en 2027. L'usine consommera chaque année 300 000 tonnes d’hydrogène vert et de deux millions de tonnes de dioxyde de carbone recyclé, pour produire 1,4 million de tonnes de méthanol, qui peut être utilisé tel quel ensuite dans l’industrie chimique et comme carburant maritime, ou peut être raffiné davantage et transformé en un e-carburant à destination des véhicules de tourisme. Selon HIF Global, le prix de cet e-carburant pourrait baisser à deux euros le litre[26].

En Europe, seuls Porsche et Ferrari comptent sur les e-carburants pour préserver leur héritage technologique. Stellantis étudie des échantillons d'e-carburants fournis par la compagnie pétrolière saoudienne Aramco. Luca de Meo les considère comme « une opportunité », mais seulement « une solution de niche », du fait de son coût. Les patrons des marques Volkswagen, Thomas Schäfer, et d'Audi, Mark Duesmann, voient les carburants de synthèse comme une « distraction inopportune »[27].

Le groupe Stellantis teste les carburants de synthèse sur 28 moteurs différents en 2023. Stellantis est convaincu de pouvoir réduire de 90 % les émissions de CO₂ de ses voitures grâce à ces carburants[28].

En 2023, CMA-CGM noue un partenariat avec Engie : le projet Salamandre, destiné à produire 200 000 t de gaz renouvelable dans le monde en 2030, dont 11 000 t au Havre, pour alimenter ses porte-conteneurs[29].

Le 27 juin 2022, les ministres de l'Environnement des Vingt-Sept actent, après la Commission européenne et les députés européens, l'arrêt des ventes de voitures thermiques après 2035. Mais ils ont prévu, sur la demande de l'Allemagne soutenue par l'Italie, une clause de revoyure en 2026 pour reconsidérer la question des moteurs hybrides rechargeables et celle des carburants de synthèse. Cependant le coût de ces carburants est encore rédhibitoire en 2022 (près de dix dollars le litre) et ils présentent un intérêt environnemental contestable par rapport aux carburants fossiles[24].

Le 28 juin 2022, le Conseil des ministres des Transports de l'Union européenne fixe un calendrier pour la progression du taux d'incorporation des carburants synthétiques dans les carburants de l'aviation : 0,4 % en 2025, à 2 % en 2030, 5 % en 2035, 13 % en 2040, 27 % en 2045 et 50 % en 2050[30].

En mars 2023, le vote final de la réglementation européenne imposant l'arrêt des voitures à moteur thermique dans l'Union européenne à partir de 2035 est reporté du fait d'une menace d'abstention de l'Allemagne, qui fait pression sur la Commission européenne pour qu'elle intègre dans la future réglementation la possibilité d'utiliser des carburants de synthèse, censés être neutres en gaz à effet de serre, ce qui ouvrirait la possibilité de prolonger la vente de voitures à moteurs thermiques après 2035[31]. Un accord est trouvé entre l'Allemagne et l'Union européenne : selon le ministre allemand des Transports, Volker Wissing, « les véhicules équipés d'un moteur à combustion pourront être réimmatriculés après 2035 s'ils utilisent exclusivement des carburants neutres en matière d'émissions de CO₂ »[32].

Frans Timmermans, vice-président de la Commission européenne chargé du Pacte vert pour l'Europe, juge le coût de ces carburants de synthèse « exorbitant » , ce qui en fait, selon lui, une option « pas réaliste ». Par ailleurs, plusieurs ONG, dont Transport et Environnement (T&E), soulignent que les combustibles de synthèse émettent autant d'oxydes d'azote (NOx) et de particules fines que les combustibles fossiles. Une étude d'IFP Énergies nouvelles, citée par T&E, montre également que les automobiles roulant aux « e-carburants » émettent plus de monoxyde de carbone et d'ammoniac que les autres[25].

Ces e-carburants polluants ne remplaceraient donc les carburants fossiles actuels que très provisoirement pour les transports (autos, avions, navires, trains). L'hydrogène vert devrait, à terme, les remplacer dans les véhicules à moteur électrique alimenté par une pile à combustible ou dans les véhicules à moteur thermique qui bruleraient directement l'hydrogène[33] - [34].