Le dernier kilomètre vers la neutralité climatique : Le rôle clé des carburants synthétiques dans la décarbonation des airs et des mers

L'hydrogène propre peut compléter l’électrification dans certains des secteurs difficiles à décarboner, tels que la fabrication de l’acier et les produits chimiques. Cependant, la décarbonation de l’aviation et du transport maritime (6% des émissions globales de CO₂), nécessite dans une large mesure des carburants bas carbone - y compris les biocarburants et les carburants synthétiques - avec une densité d’énergie élevée, au-delà de celle de l’hydrogène et de l’électricité. En raison de l’intense concurrence intersectorielle sur la matière première de biomasse durable limitée, les carburants synthétiques tels que l’ammoniac, le méthanol et le kérosène synthétique devraient devenir les principales sources d’approvisionnement en carburants bas carbone à long terme, permettant la décarbonation des secteurs de l’aviation et du transport maritime.

Les combustibles synthétiques : la clé de la décarbonation de l’aviation et du transport maritime

Nos perspectives, basées sur une analyse quantitative s’appuyant sur des outils de modélisation de pointe ; notamment notre modèle mondial d'optimisation de la production et du commerce d'hydrogène et de carburants synthétiques, HyPE (Hydrogen Pathway Explorer), explorent l'adoption des carburants synthétiques en tant que catalyseurs clés de la décarbonation de l'aviation et du transport maritime. Dans ces perspectives, l’aviation connaît une stagnation des émissions de dioxyde de carbone (CO₂) jusqu’en 2030 et environ 75% des réductions d’émissions d’ici à 2050. Quant au transport maritime, ce secteur atteint presque zéro émission nette d’ici à 2050. Ces réductions d’émissions sont principalement attribuables à des mesures d’efficacité et à l’adoption de carburants bas carbone, en particulier de carburants synthétiques. Les leviers d’efficacité, y compris la conception efficace du moteur, la structure légère et l’amélioration de l’aérodynamique et de l’hydrodynamique, ainsi qu’une exploitation efficace grâce à l’optimisation logistique, à l’optimisation des itinéraires et à l’augmentation de taux de remplissage, peuvent apporter près de 40% des réductions d’émissions dans l’aviation et 30% dans le transport maritime d’ici à 2050.

Les carburants synthétiques, presque absents du mix de carburants actuel, n’auraient qu’un rôle marginal en 2030, fournissant 1,6 exajoules (sur les 26 EJ consommés). Néanmoins, ils apparaissent comme la principale source d’énergie d’ici 2050 dans nos perspectives, représentant près de 16 EJ de consommation de carburant.

Atteindre de tels niveaux d’approvisionnement en carburant synthétique nécessite environ 150 millions de tonnes d’hydrogène bas carbone et 700 millions de tonnes de CO₂ biogénique ou capté dans l’atmosphère. Cela représente un défi industriel et technique majeur, car le secteur de l’hydrogène bas carbone en est encore à ses balbutiements et les technologies de captage du CO₂ n’ont pas encore été développées à grande échelle. De plus, la production d’hydrogène, la synthèse du carburant et le captage direct de l’air nécessitent ensemble jusqu’à 10.000 térawatt-heures (TWh) d’approvisionnement en électricité propre d’ici 2050 – soit un tiers de la production mondiale d’électricité en 2023. C’est plus que la production mondiale actuelle d’énergie renouvelable qui nécessite une accélération considérable de la capacité d’énergies renouvelables, notamment éolienne et solaire.

D’importants défis technologiques, économiques et financiers à surmonter

Bien que les carburants synthétiques jouent un rôle clé dans la décarbonation de l’aviation et du transport maritime, ils en sont encore à un stade précoce de déploiement avec des cadres réglementaires presque inexistants et des coûts nettement plus élevés que les combustibles fossiles. Un cadre réglementaire harmonisé à l’échelle mondiale est essentiel à leur développement dans les secteurs internationaux de l’aviation et du transport maritime.  Sans le soutien du public, cependant, les carburants synthétiques resteront de deux à dix fois plus chers que les combustibles fossiles conventionnels en raison de la disponibilité limitée de matières premières de CO₂ à faible coût, des inefficacités énergétiques inhérentes à leurs procédés de production, et de la concurrence intersectorielle pour l’hydrogène propre.

En effet, le coût de production de l’hydrogène bas carbone et du CO₂ climatiquement neutre est très variable, d’une région à l’autre, avec des incertitudes importantes concernant les coûts des technologies et les procédés pour leur production. Le coût estimé de production d’hydrogène bas carbone varie entre 2,7US$/kg et 4,4US$/kg en 2030 et entre 1,9US$/kg et 3,5US$/kg en 2050. Cette variabilité est encore plus élevée pour le CO₂, car le captage direct depuis l’air (DAC) est nettement plus coûteux que le CO₂ provenant de sources biogéniques (tels que les co-produits de bioéthanol et les processus de production de biométhane). En raison du gisement limité d’approvisionnement en CO₂ biogénique, la production de méthanol et de kérosène synthétique nécessitera du CO₂ provenant du captage direct dans l’air. Selon l’emplacement et l’origine, le passage d’un CO₂ biogénique à un CO₂ à base de DAC peut augmenter le coût du méthanol et du kérosène synthétique de plus de 40%. 

La compétitivité des coûts des carburants synthétiques n’est qu’une partie des défis technologiques plus larges de la décarbonation de l’aviation et du transport maritime. Bien que la décarbonation de l’aviation ne nécessite pas de modification majeure de l’infrastructure ou des moteurs, celle du transport maritime suggère un avenir multi-carburant composé de méthanol et d’ammoniac. Cela nécessite à la fois l’utilisation de l’infrastructure existante pendant la transition et le développement de nouvelles technologies de soutage, de moteurs et de ravitaillement. Les défis technologiques associés à la décarbonation vont donc au-delà de l’approvisionnement en carburant.

Le commerce international peut réduire les coûts et atténuer les déséquilibres régionaux

Comme les lieux de production les plus favorables ne sont pas nécessairement situés à proximité des centres de demande, le commerce mondial peut améliorer la compétitivité économique des carburants synthétiques. Les régions où les sources d’énergie renouvelables et le CO₂ biogénique sont abondantes, comme l’Amérique du Nord et du Sud, sont bien placées pour devenir les principaux producteurs de carburants synthétiques, notamment de kérosène synthétique dont le produit final a une valeur plus élevée avec des faibles coûts de transport. Dans le même temps, les régions disposant d’un excellent potentiel renouvelable mais d’un faible potentiel de CO₂ biogénique, comme l’Afrique du Nord et l’Afrique subsaharienne, sont les mieux placées pour se concentrer principalement sur la production et l’exportation d’ammoniac, en tant que carburant synthétique sans CO₂.  

La disponibilité des infrastructures est un facteur clé en ce qui concerne le commerce des carburants synthétiques. Bien qu’il n’ait pas de potentiel majeur de CO2 biogénique, le Moyen-Orient apparaît comme un candidat de choix pour l’exportation de méthanol, soutenu par son infrastructure d’exportation existante combinée à un potentiel substantiel d’hydrogène bas carbone. De plus, cette région a les capacités économiques requises pour réaliser les investissements nécessaires pour le développement de l’infrastructure de DAC. Tirant parti de sa proximité géographique avec les principaux centres de demande comme l’Europe, la région est bien placée pour exporter du méthanol, qui, bien que plus élevé en termes de coûts de transport que le kérosène synthétique, reste économiquement plus viable sur des distances plus courtes.

Le commerce mondial stratégique des carburants synthétiques, motivé par les caractéristiques régionales et les ressources naturelles, la disponibilité des infrastructures et la force économique, est crucial pour équilibrer l’offre et la demande, assurer la sécurité énergétique, l’efficacité économique et la durabilité environnementale pour le monde entier. 

L’abandon des combustibles fossiles dans l’aviation et le transport maritime nécessite des efforts coordonnés et ambitieux de la part de tous les acteurs de la chaîne de valeur de ces secteurs :

• Les décideurs politiques jouent un rôle central dans la création des conditions de départ, du cadre réglementaire requis et de l’élan continu. Ils devraient créer de la visibilité à travers des stratégies nationales et sectorielles, assurer l’adoption en créant la demande grâce à des mécanismes tels que les mandats d’incorporation et les seuils d’émission, et la réduction des obstacles économiques sur les acteurs en fournissant un soutien économique pour les carburants bas carbone. L’évolution continue des mandats et du soutien économique est essentielle pour assurer la transition à long terme.
• Les organisations internationales sont idéalement placées pour appuyer une transition mondiale coordonnée en établissant des ensembles de règles communs. Ils peuvent soutenir la création de valeur et donc l’adoption mondiale de carburants synthétiques par des mécanismes de certification robustes. Des définitions harmonisées et communes peuvent aider à éviter les fuites de carbone ou les opportunités d’arbitrage.
• Les fournisseurs de carburants doivent obtenir de manière proactive des matières premières énergétiques durables à faible coût, notamment de l’hydrogène propre et du CO₂ climatiquement neutre, pour répondre à la demande croissante de carburants synthétiques, grâce à des investissements précoces et à des partenariats avec des acteurs en amont. Au cours de la phase de construction de la chaîne de valeur des carburants synthétiques, en mélangeant des biocarburants, ils peuvent soutenir la mise à l’échelle de la technologie et le développement de l’infrastructure nécessaire.
• Les constructeurs d’avions et de navires devraient adapter leurs offres aux besoins de durabilité. Cela signifie le développement de moteurs d’avion qui peuvent fonctionner avec des mélanges élevés de carburants synthétiques, et des navires compatibles avec de nouveaux carburants, notamment l’ammoniac et le méthanol. En outre, ils devraient élaborer des mesures d’efficacité grâce à des investissements dans la recherche et le développement et les intégrer dans leurs processus de fabrication, en réduisant à la fois les coûts du carburant et les émissions de CO₂.
• Les aéroports et les autorités portuaires jouent un rôle déterminant dans la mise en place des bases de l’adoption de carburants synthétiques en mettant en place l’infrastructure de ravitaillement nécessaire. Ils sont responsables de la mise en place de l’infrastructure requise, notamment en permettant une infrastructure multi-carburant dans les ports et en assurant l’approvisionnement continu en carburant durable.
• Les compagnies aériennes et maritimes sont au centre de la transition, reliant les activités en amont aux consommateurs finaux. En commercialisant des options d’expédition et de voyage durables, ils peuvent initier l’adoption de technologies et les carburants à faible teneur en carbone et apporter des progrès coordonnés entre tous les acteurs. De plus, en adoptant des mesures d’efficacité opérationnelle dans leurs activités, ils peuvent réaliser d’importantes économies et réduire les émissions immédiatement à court terme.