Les règles de l'UE pourraient rendre les carburants d'aviation non fossiles inutilement coûteux et gourmands en énergie

L'année dernière, des règles ont été introduites pour imposer un mélange minimum de 2 % de carburant aviation durable dans les aéroports de l'UE. Cette exigence augmentera progressivement pour atteindre au moins 70 % d'ici à 2050. D'ici là, la moitié du carburant aviation durable devra être composée d'une catégorie connue sous le nom de RFNBO (Renewable Fuel of Non-Biological) : Renewable Fuel of Non-Biological Origin (carburant renouvelable d'origine non biologique). Il s'agit de carburants synthétiques, également connus sous le nom d'électrocarburants, produits à partir d'hydrogène renouvelable et de dioxyde de carbone capturé.

Des chercheurs de l'université de technologie de Chalmers démontrent aujourd'hui que les règles relatives aux RFNBO favorisent un "détour" dans la production de carburants synthétiques, ce qui risque d'augmenter à la fois les coûts et la consommation d'énergie.

"Les réglementations influencent non seulement les investissements de l'industrie dans la technologie, mais aussi les priorités en matière de recherche et de développement. Au lieu d'orienter l'innovation vers les solutions les plus efficaces, nous risquons de nous enfermer dans des méthodes de production moins économes en ressources", explique Henrik Thunman, professeur de technologie énergétique à Chalmers et coauteur de l'article scientifique.

Des milliers de nouvelles usines seront nécessaires à l'échelle mondiale pour répondre à la demande croissante de carburants durables pour l'aviation dans les décennies à venir. Cela nécessitera des investissements très importants dans des installations ayant une longue durée de vie.

De grandes différences entre les filières alternatives pour un même produit utilisant la même matière première

L'équipe de recherche de Chalmers a étudié la production de méthanol synthétique, qui est un exemple de molécule combustible pouvant être convertie en carburant d'aviation durable. Il s'agit d'un cas représentatif pour l'analyse de l'impact des différentes voies de production sur l'utilisation des ressources dans la production de ces molécules de carburant.

Ces molécules riches en énergie peuvent être produites en combinant des atomes de carbone et de l'hydrogène dans des processus chimiques. Dans cette étude, les chercheurs ont comparé trois filières de production de méthanol dans lesquelles les atomes de carbone proviennent de la biomasse - ce que l'on appelle le carbone biogénique. Deux de ces méthodes sont basées sur la combustion de la biomasse, où le dioxyde de carbone est capturé dans les gaz de combustion, puis mélangé à de l'hydrogène produit séparément à l'aide d'électricité. La troisième est basée sur la gazéification, où la biomasse chauffée est convertie directement en gaz de synthèse, qui contient à la fois du carbone et de l'hydrogène.

Les trois voies de production sont techniquement réalisables, et la matière première et le produit final peuvent être identiques. Toutefois, elles diffèrent nettement en termes de consommation d'énergie, de coût et de demande d'électricité.

La filière de production directe est désavantagée par la réglementation de l'UE

"La voie de la gazéification s'est avérée être l'option la plus efficace en termes de ressources dans notre analyse, avec des coûts de production jusqu'à 46 % inférieurs et une demande d'électricité de 30 % inférieure à celle des deux alternatives basées sur la combustion. Cette différence montre à quel point les pertes d'énergie peuvent être importantes lorsque la biomasse est d'abord brûlée pour produire du dioxyde de carbone, qui est ensuite transformé en molécules de carburant en utilisant de grandes quantités d'électricité et d'hydrogène", explique Johanna Beiron, chercheuse en théorie des ressources physiques à Chalmers et première auteure de l'article.

Malgré cela, le cadre réglementaire de l'UE favorise beaucoup plus la combustion que la gazéification. La catégorie RFNBO, qui devrait passer de près de zéro aujourd'hui à 35 % de l'ensemble du carburant d'aviation dans l'UE d'ici 2050, comprend tous les carburants issus de la combustion, mais exclut environ la moitié des carburants produits par gazéification.

En effet, les carburants RFNBO ne peuvent pas être produits en utilisant de l'énergie et des atomes de carbone provenant directement de la biomasse, comme c'est largement le cas dans la production par gazéification. En revanche, il est permis d'utiliser des atomes de carbone provenant de la biomasse dans les voies de combustion, à condition de capturer le dioxyde de carbone formé lorsque la biomasse est utilisée à d'autres fins énergétiques. Un exemple est la combustion de matériaux résiduels provenant de l'industrie forestière dans des centrales de production combinée de chaleur et d'électricité.

Mais ces matières résiduelles peuvent être utilisées de manière plus efficace en termes de ressources grâce à la gazéification.

"L'une des solutions de remplacement basées sur la combustion que nous avons analysées était le processus des centrales de production combinée de chaleur et d'électricité", explique Johanna Beiron. "Son coût et son efficacité énergétique sont inférieurs à ceux de la gazéification, même si l'on tient compte de l'électricité supplémentaire nécessaire pour remplacer, par exemple, le chauffage urbain que le processus de combustion peut apporter.

La réglementation risque d'aller à l'encontre de ses propres objectifs

L'un des objectifs de la classification RFNBO est de stimuler la production d'électricité renouvelable pour la production d'hydrogène vert et de réduire la dépendance à l'égard de la biomasse, qui est une ressource limitée.

Mais les atomes de carbone nécessaires à la fabrication de carburant synthétique pour l'aviation doivent bien venir de quelque part. La biomasse devrait être la source de carbone sans fossile la moins coûteuse pour la production de RFNBO, et les chercheurs s'attendent à ce que le cadre réglementaire actuel entraîne une très forte demande de dioxyde de carbone provenant de la combustion de la biomasse. Au lieu de réduire les besoins en biomasse, la réglementation de l'UE risque d'entraîner une utilisation moins efficace de la ressource limitée qu'est la biomasse.

"Le cadre réglementaire ne tient pas suffisamment compte de l'efficacité avec laquelle les différents systèmes utilisent l'énergie et les ressources", explique Henrik Thunman. "L'étude met donc en évidence un problème structurel dans la politique énergétique et industrielle de l'UE : la réglementation risque d'aller à l'encontre de ses propres objectifs lorsque les définitions des carburants durables ne sont pas alignées sur les principes énergétiques fondamentaux ou sur les ambitions plus larges de l'Union en matière d'efficacité des ressources.

Une réglementation adaptée pourrait être nécessaire pour permettre une transition efficace

Les chercheurs espèrent que leurs résultats contribueront à une meilleure connaissance des technologies et des systèmes disponibles.

"Il est surprenant que les règles de l'UE ne prévoient pas d'incitations plus claires en faveur des alternatives les plus efficaces", déclare Johanna Beiron. "Le cadre réglementaire actuel risque d'entraîner un verrouillage des systèmes énergétiques basés sur la combustion, même s'il existe déjà des procédés techniquement matures qui permettraient de réduire à la fois la consommation d'énergie et les coûts, comme la gazéification et l'électrification du chauffage urbain.

"Notre étude montre que certaines parties du cadre réglementaire doivent probablement être ajustées si l'UE veut atteindre ses objectifs à long terme", déclare Henrik Thunman. "Une meilleure coordination est nécessaire entre les objectifs climatiques, l'efficacité des ressources et la faisabilité industrielle afin de répondre à l'incertitude qui existe actuellement. Cette incertitude rend difficile la prise de décisions rationnelles en matière d'investissement pour l'expansion à grande échelle des carburants durables pour l'aviation dans les années à venir."