Rapport CAS Technologies competitives - D'Dline 2020

Rapport CAS Technologies competitives - D'Dline 2020 Rapport CAS Technologies competitives - D'Dline 2020

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Des technologies compétitives au service du développement durable Contenu énergétique massique (pouvoir calorifique inférieur, MJ/kg) Contenu énergétique volumique (pouvoir calorifique inférieur, MJ/I) Masse volumique (a) (kg/I) Biogaz (gaz combustible produit à partir de biomasse et/ou de la fraction biodégradable des déchets, purifié jusqu’à obtention d’une qualité équivalente à celle du 50 - - gaz naturel et utilisé comme biocarburant, ou gaz produit à partir de bois) Essence – supercarburant sans plomb 43 32 0,744 Gazole 43 36 0,837 (a) La masse volumique est déduite du ratio (contenu énergétique volumique/contenu énergétique massique). (b) Les esters méthyliques d’acides gras (EMAG) comprennent les esters méthyliques d’huiles végétales (EMHV), les esters méthyliques de graisses animales (EMHA) et les esters méthyliques d’huiles usagées (végétales ou animales) (EMHU). (c) Le biogazole de synthèse comprend le gazole filière Ficher-Tropsch (hydrocarbure synthétique ou mélange d’hydrocarbures synthétiques produits à partir de biomasse) et les huiles végétales hydrotraitées (huile végétale ayant subi un traitement thermochimique à l’hydrogène). Source : Annexe I de l’arrêté du 1 er décembre 2011 (JORF n° 0296 du 22 décembre 2011, texte n° 56) Les PCI des huiles végétales et des esters méthyliques sont relativement satisfaisants (entre 37 et 38 MJ/kg) mais leurs caractéristiques à froid sont affectées. Celui du bioéthanol (27 MJ/kg) est inférieur d’environ 35 % à celui de l’essence. Le PCI de l’ETBE est quant à lui de l’ordre de 36 MJ/kg 1 . Enfin, les carburants formulés pour l’aéronautique doivent répondre à un ensemble de spécifications très strictes, notamment en termes de contenu énergétique (voir encadré), de stabilité et de tenue au froid. Or, la constitution du parc aéronautique, associée au taux de renouvellement des avions, conduit à n’envisager de solutions alternatives que sous forme de liquides parfaitement miscibles dans les jet fuels conventionnels : c’est la stratégie « drop in fuel ». En conséquence, les solutions vers lesquelles il faudra s’orienter seront celles conduisant à des hydrocarbures, c’est-à-dire des huiles végétales hydrogénées, ou encore des produits de deuxième génération comme le BTL. La production d’alcanes à partir d’autres bases telles que les alcools est aussi au stade de la recherche. PCI des carburants dans l’aéronautique Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) est une dimension importante pour les carburants utilisés dans l’aéronautique car il impacte directement le rayon d’action de l’aéronef. Un carburant doit avoir un PCI supérieur à 42,8 MJ/kg pour être considéré comme potentiellement utilisable dans l’aéronautique. Or les biocarburants de première génération de la filière sucre (bioéthanol) ont un PCI de 27 MJ/kg, soit environ 40 % inférieur à celui du jet fuel. Celui des biocarburants de la filière huile (huiles végétales et EMHV) se situe entre 37 et 38 MJ/kg, ce qui les éloigne moins des (1) IFPEN (2009), « Aéronautique et carburants alternatifs », Le point sur…, 5 p. ; Kuentzmann P. (2011), « Carburants alternatifs aéronautiques », Présentation, Conférence CNAM, 22 mars. Centre d’analyse stratégique - 152 - Août 2012 www.strategie.gouv.fr

Carburants alternatifs d’origine biomassique et fossile cibles du jet fuel mais leurs caractéristiques à froid sont inadaptées. L’hydrogénation des huiles végétales permet, quant à elle, d’accroître leur PCI d’environ 20 % (PCI final de 44 MJ/kg), ce qui les rend équivalentes en termes de pouvoir calorifique au kérosène. Concernant la deuxième génération, le kérosène Fischer-Tropsch, dont le procédé de production nécessite de l’hydrogène pour ajuster le gaz de synthèse 1 , a un PCI d’environ 44 MJ/kg, ce qui le rend également intéressant pour l’aéronautique. Source : IFP ( 2009), « Aéronautique et carburants alternatifs », Le point sur…, 5 p. La valorisation carburant du biogaz (gaz naturel véhicule) est une voie encore peu exploitée en France 2 , alors que la Suède, l’Allemagne, l’Autriche ou la Suisse ont déjà plusieurs sites de production industriels. Dans les conditions actuelles en France, ce carburant est limité aux flottes captives d’entreprises et de collectivités locales, les infrastructures n’étant pas adaptées à la flotte de véhicules particuliers. Un développement à plus grande échelle avec une offre de distribution pour le grand public passerait par la création d’un réseau de stations suffisamment développé. 1.2. Les carburants alternatifs d’origine fossile Selon les scénarios de l’AIE (AIE, 2011), la production de diesel et kérosène issus de charbon (CTL) ou gaz naturel (GTL) pourrait passer de 0,3 à 1,8 million de barils par jour à l’horizon 2035, ce qui ferait un complément significatif en distillats moyens 3 . Les carburants alternatifs d’origine fossile considérés ici couvrent les carburants de synthèse à partir de charbon ou de gaz naturel. La conversion du charbon et du gaz naturel en carburant liquide À partir de charbon, deux voies de conversion en carburant liquide sont possibles : − voie indirecte : gazéification (sur lit fixe mais surtout sur lit fluidisé et flux entraîné) puis conversion du gaz de synthèse en carburant par synthèse Fischer-Tropsch 4 ; − voie directe : liquéfaction en lit bouillonnant. Le gaz naturel est en revanche converti en carburant liquide uniquement par voie indirecte : il est d’abord transformé en gaz de synthèse par vaporeformage, ATR (Auto-Thermal Reforming) ou POx (oxydation partielle), ce dernier est ensuite converti en carburant par synthèse Fischer-Tropsch. (1) Le gaz de synthèse, ou syngaz, est un mélange gazeux qui contient essentiellement et en proportions variables en fonction de la matière première employée pour le produire, du monoxyde de carbone, de l’oxygène et, un peu de dioxyde de carbone. Le gaz de synthèse s’obtient de différentes façons : par gazéification de la biomasse (voie thermochimique de conversion de la biomasse en biocarburant liquide, ou « Biomass-to-Liquids ») ; par gazéification du charbon (« Coalto-Liquids ») ; par vaporeformage du gaz naturel (« Gas-to-Liquids »). (2) Quatre sites exploitent le biogaz en tant que carburant : CVO de Lille, site de Claye-Souilly, station d’épuration de Marquette-lez-Lille et décharge de Trifyl. (3) La demande de produits pétrolier, biocarburants non compris, est estimée à 99 millions de barils d’ici à 2035 et la production de pétrole brut conventionnel est estimée à 68 millions de barils par jour à la même échéance. (4) D’autres synthèses existent comme le méthanol mais elles sont moins adaptées aux besoins du marché en termes de produits liquides en sortie. Centre d’analyse stratégique - 153 - Août 2012 www.strategie.gouv.fr

Des technologies compétitives au service du développement durable<br />

Contenu énergétique<br />

massique (pouvoir<br />

calorifique inférieur,<br />

MJ/kg)<br />

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volumique (pouvoir<br />

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MJ/I)<br />

Masse<br />

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Biogaz (gaz combustible produit à<br />

partir de biomasse et/ou de la<br />

fraction biodégradable des<br />

déchets, purifié jusqu’à obtention<br />

d’une qualité équivalente à celle du<br />

50 - -<br />

gaz naturel et utilisé comme<br />

biocarburant, ou gaz produit à<br />

partir de bois)<br />

Essence – supercarburant sans<br />

plomb<br />

43 32 0,744<br />

Gazole 43 36 0,837<br />

(a) La masse volumique est déduite du ratio (contenu énergétique volumique/contenu énergétique massique).<br />

(b) Les esters méthyliques d’acides gras (EMAG) comprennent les esters méthyliques d’huiles végétales<br />

(EMHV), les esters méthyliques de graisses animales (EMHA) et les esters méthyliques d’huiles usagées<br />

(végétales ou animales) (EMHU).<br />

(c) Le biogazole de synthèse comprend le gazole filière Ficher-Tropsch (hydrocarbure synthétique ou<br />

mélange d’hydrocarbures synthétiques produits à partir de biomasse) et les huiles végétales<br />

hydrotraitées (huile végétale ayant subi un traitement thermochimique à l’hydrogène).<br />

Source : Annexe I de l’arrêté du 1 er décembre 2011 (JORF n° 0296 du 22 décembre 2011, texte n° 56)<br />

Les PCI des huiles végétales et des esters méthyliques sont relativement satisfaisants<br />

(entre 37 et 38 MJ/kg) mais leurs caractéristiques à froid sont affectées. Celui du<br />

bioéthanol (27 MJ/kg) est inférieur d’environ 35 % à celui de l’essence. Le PCI de<br />

l’ETBE est quant à lui de l’ordre de 36 MJ/kg 1 .<br />

Enfin, les carburants formulés pour l’aéronautique doivent répondre à un<br />

ensemble de spécifications très strictes, notamment en termes de contenu<br />

énergétique (voir encadré), de stabilité et de tenue au froid. Or, la constitution du parc<br />

aéronautique, associée au taux de renouvellement des avions, conduit à n’envisager<br />

de solutions alternatives que sous forme de liquides parfaitement miscibles dans les<br />

jet fuels conventionnels : c’est la stratégie « drop in fuel ». En conséquence, les<br />

solutions vers lesquelles il faudra s’orienter seront celles conduisant à des<br />

hydrocarbures, c’est-à-dire des huiles végétales hydrogénées, ou encore des<br />

produits de deuxième génération comme le BTL. La production d’alcanes à partir<br />

d’autres bases telles que les alcools est aussi au stade de la recherche.<br />

PCI des carburants dans l’aéronautique<br />

Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) est une dimension importante pour les carburants<br />

utilisés dans l’aéronautique car il impacte directement le rayon d’action de l’aéronef. Un<br />

carburant doit avoir un PCI supérieur à 42,8 MJ/kg pour être considéré comme<br />

potentiellement utilisable dans l’aéronautique.<br />

Or les biocarburants de première génération de la filière sucre (bioéthanol) ont un PCI de<br />

27 MJ/kg, soit environ 40 % inférieur à celui du jet fuel. Celui des biocarburants de la filière<br />

huile (huiles végétales et EMHV) se situe entre 37 et 38 MJ/kg, ce qui les éloigne moins des<br />

(1) IFPEN (2009), « Aéronautique et carburants alternatifs », Le point sur…, 5 p. ; Kuentzmann P.<br />

(2011), « Carburants alternatifs aéronautiques », Présentation, Conférence CNAM, 22 mars.<br />

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