E-Fuel - des carburants fabriqués de manière synthétique

L’électrification des ensembles motopropulseurs avance rapidement. En parallèle, les émissions de gaz à effet de serre du grand parc des véhicules équipés de moteurs à combustion aussi devraient être réduites. Pour ce faire, de nombreuses solutions sont possibles. Elles ont été démontrées lors du 43 ème Symposium internationale des moteurs (Internationales Wiener Motorensymposium).

Alors que les nouvelles immatriculations de véhicules sur le marché européen montrent une tendance à la hausse rapide des véhicules électriques et hybrides rechargeables, dans le monde entier, environ 1,4 milliards de véhicules roulent toujours avec un moteur à combustion. Et ils ne sont pas près de disparaître. Bien au contraire : en raison de l'augmentation de la population dans les pays où l'électromobilité n'est pas encore répandue, ce nombre pourrait atteindre près de deux milliards de véhicules. Autour de 27'000 avions et 90'000 navires sont également propulsés par des carburants traditionnels. Jusqu’à présent, aucune alternative technique convaincante n’existe pour la propulsion de ces moyens de transport. De plus, rien qu’en Europe, environ 20 millions de chauffages sont alimentés par des carburants traditionnels, liquides ou sous forme de gaz.

Afin d’atteindre les objectifs environnementaux ambitieux, les nombreux véhicules à moteur à combustion doivent être remplacés le plus rapidement possible par des carburants synthétiques
Afin d’atteindre les objectifs environnementaux ambitieux, les nombreux véhicules à moteur à combustion doivent être remplacés le plus rapidement possible par des carburants synthétiques

Carburants de substitution propres

Certes, avec l'introduction prochaine de la législation UE7 sur les gaz d'échappement, les moteurs à combustion nouvellement immatriculés devront encore être beaucoup moins polluants. Mais au niveau global, ces optimisations n’auront qu’un effet relativement faible sur l’environnement. L’introduction de nouveaux carburants pourrait jouer un rôle bien plus important dans la réduction du gaz à effet de serre au niveau global. De cette façon, les véhicules existants pourraient rouler prochainement et de manière complète en émettant beaucoup moins de CO 2.

Des carburants fabriqués de manière synthétique les plus divers pourraient être utilisés par mélange ou en remplacement total des composés hydrocarbures conventionnels et apporteraient des avantages substantiels. e-Fuel Alliance , un groupement d'intérêt pour la production industrielle de combustibles et carburants synthétiques issus d'énergies renouvelables, estime à 60 millions de tonnes les économies en CO 2 qui pourraient être réalisées d’ici 2030 par un mélange de cinq pourcent d’e-fuel seulement. Cela équivaudrait à une suppression de 40 millions de voitures sur la route.

Les synfuels sont également attendus par les propriétaires de voitures anciennes : à l'Empa à Dübendorf, une série d'essais teste la compatibilité de ces carburants dans les moteurs anciens
Les synfuels sont également attendus par les propriétaires de voitures anciennes : à l'Empa à Dübendorf, une série d'essais teste la compatibilité de ces carburants dans les moteurs anciens

Élite de chercheurs à Vienne

Au symposium des moteurs à Vienne, Martin Härtl, directeur des systèmes de propulsion mobiles durables à l'Université technique de Munich, expliquait que le transport « se voit face à un défi particulier, car il repose encore à plus de 90% sur des énergies fossiles issues du pétrole et du gaz naturel. » L'hydrogène, le e-fuel chimiquement le plus simple, et le méthane (CH4, gaz naturel), une source d'énergie répandue dans le monde entier disposant d'une bonne infrastructure, pourraient être complétés par des e-fuels aux propriétés spécifiques pour une utilisation optimale des différents moteurs à combustion. On pourrait ainsi atteindre des rendements thermodynamiques élevés et les émissions critiques telles que les particules et les oxydes d'azote pourraient être éliminées très facilement au moyen de systèmes connus de traitement des gaz d'échappement.

Selon Härtl, le fait que ces « batteries chimiques » pèseront beaucoup moins lourd que les batteries électriques plaide en faveur de l’utilisation de carburants fabriqués de manière synthétique, car « l'air pour la combustion est déjà présent là où il est utilisé ». Härtl soulignait que le mauvais rendement global de la production de carburants synthétiques serait négligeable si on tenait compte de l’énorme apport d’énergie du soleil. Après tout, notre astre central fournit tous les jours bien plus que les besoins annuels au niveau mondial.

Lors du sommet des développeurs de moteurs à la Hofburg de Vienne, Karl Dums de Porsche AG précise : « Pour que le carburant à base de méthanol produit par le procédé Fischer-Tropsch soit conforme à la norme actuelle et puisse être utilisé directement, ses propriétés doivent encore être améliorées par l'ajout de composants de mélange. À l’heure actuelle, ces mélanges sont encore fabriqués avec des matières premières fossiles et végétales. La diversité des modes de production de ces composants représente un défi considérable. C’est pourquoi le but de Porsche et de son partenaire Siemens Energy est de produire tous les composants des carburants sur la base de méthanol. Outre de l'e-méthanol et de l'e-essence, la nouvelle unité de production au Chili fournira également de l'e-kérosène. Car après tout, il ne s’agit pas que de carburants synthétiques pour la consommation de véhicules, mais généralement de l’importation en Europe d’une énergie régénérative plutôt que fossile, car « à l'avenir aussi, l'Europe ne pourra pas être entièrement autosuffisante en matière d'énergies renouvelables ».

Lors du Symposium international des moteurs de Vienne de cette année, tout était (presque) entièrement consacré à l'hydrogène et aux e-fuels
Lors du Symposium international des moteurs de Vienne de cette année, tout était (presque) entièrement consacré à l'hydrogène et aux e-fuels
L'hydrogène (H2) et le dioxyde de carbone (CO2) permettent de produire les carburants synthétiques les plus divers
L'hydrogène (H2) et le dioxyde de carbone (CO2) permettent de produire les carburants synthétiques les plus divers

Base de biomasse

Les biocarburants sont des carburants liquides ou gazeux, produits à partir de biomasse, comme l’éthanol, le biodiesel ou le biogaz. En deuxième génération, ils ne seront fabriqués plus qu’à partir de déchets végétaux et, de plus en plus, de cultures d'algues. Le carburant méthanol (M100) est déjà normé et peut être transformé en essence ainsi qu’en OME ( Oxymethylenether ) ou en DME ( Dimethylenether ) pour moteurs diesel. De plus, le méthanol peut être utilisé comme stockage intermédiaire dans les véhicules à pile à combustible. L'ammoniac, respectueux du climat, peut également être utilisé comme carburant pour les moteurs à combustion ou dans les piles à combustible . Ses avantages sont l’état physique liquide à faible refroidissement, respectivement la basse pression à température ambiante. Cependant, les applications pratiques sont encore au stade d’essai en laboratoire.

Pour diesel et carburants à base d’essence

Alors que pour les véhicules diesel, des solutions de substitution appropriées telles que R33 ou HVO100 existent pour remplacer les carburants fossiles, on dispose de plus en plus d’approches pour la production de carburants à base d’essence biosourcés. Le méthanol en tant que composant de mélange est proposé pour les moteurs à essence en raison de son indice d'octane élevé, car il permet donc l'utilisation de composants à faible indice d'octane comme l'essence brute. « Par conséquent, l’E20 est considéré comme la prochaine étape à franchir pour les moteurs à essence » indiquait Wolfgang Warnecke, ingénieur en chef de Shell, lors du symposium de Vienne.

Texte : Stephan Hauri
Images : empa/amag/zVg

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