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Des carburants synthétiques faits à partir de l’air et de l’eau pour diminuer les GES plus rapidement qu’avec les VÉ?


Dernièrement, un interlocuteur me faisait part de sa crainte que l’électrification des transports prenne trop de temps à se réaliser alors que le réchauffement climatique et la pollution demandent des actions vigoureuses d’ici 15 ans. Il me faisait valoir qu’il faudrait peut-être penser utiliser les véhicules existants et les faire fonctionner avec des carburants synthétiques liquides faits à partir de l’air et de l’eau en utilisant de l’énergie renouvelable. Je lui ai répondu qu’on se devait d’évaluer l’efficacité énergétique des procédés ainsi que les coûts, ce que je fais dans le présent article.

Audi et le e-diesel de Sunfire

L’année dernière, le fabricant d’automobiles Audi annonçait qu’il travaillait sur un nouveau carburant synthétique fait à partir de l’air et de l’eau, le e-diesel, en collaboration avec la compagnie allemande Sunfire. L’usine pilote a produit ses premiers litres de e-diesel en avril 2015, à partir d’hydrogène et de CO2.

Le CO2 est récupéré dans l’air ambiant et à partir d’une usine de biométhane (le biométhane est le principal constituant du biogaz produit par la fermentation de déchets organiques, et dont il faut enlever le CO2 pour ne retenir que le méthane). Le CO2 de l’air est obtenu grâce à un procédé de filtration développé par la compagnie Climeworks. 90 % de l’énergie requise par ce processus de filtration est constitué d’énergie thermique à basse température (100 °C) qui peut être fournie notamment par le soleil,  tel qu’illustré schématiquement ci-dessous (illustration de Climeworks). Le 10 % de l’énergie qu’il manque pour la filtration du CO2 (ventilateurs et contrôles) est sous forme d’électricité issue d’énergies renouvelables.

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L’autre ingrédient pour la fabrication du carburant synthétique est l’hydrogène, que Sunfire produit par électrolyse de l’eau à haute température, avec une pile à combustible à oxyde solide réversible. L’électricité provient d’énergie renouvelable, sans GES. Sunfire prétend pouvoir atteindre 85 % d’efficacité avec leur système d’électrolyse. Ensuite, le CO2 et l’hydrogène entrent dans un réacteur qui produit du CO, de l’eau et de l’hydrogène, lesquels sont utilisés pour faire la synthèse des hydrocarbures afin d’obtenir ce qu’ils appellent le Blue Crude, l’équivalent du pétrole brut. Il suffit alors de raffiner ce Blue Crude pour obtenir du diesel synthétique ou de l’essence synthétique. Le procédé dans son ensemble est illustré ci-dessous (illustration de Audi).

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Sunfire prétend que l’efficacité globale de conversion de l’énergie renouvelable en énergie stockée dans le e-diesel est d’environ 70 %.

Consommation électrique 5 fois plus élevée qu’un VÉ

La première chose à faire pour analyser la pertinence des carburants synthétiques de ce genre est d’évaluer la consommation électrique requise pour parcourir la même distance qu’une voiture électrique équivalente. On sait qu’une voiture électrique comme la Leaf consomme autour de 18 kWh / 100 km. Par ailleurs une voiture diesel moyenne consomme typiquement 6 litres/100 km, et on sait que le contenu énergétique du carburant diesel est de 10 kWh/litre. On prenant l’efficacité déclarée de 70 % pour le procédé Sunfire, on aura donc besoin de 14,3 kWh /litre d’électricité issue d’énergie renouvelable. Ça nous fait donc, pour une consommation de 6 litres/100 km, 86 kWh/100 km pour le e-diesel.

On en conclut que la consommation électrique d’une voiture diesel roulant au e-diesel de Sunfire, serait 4,7 fois plus élevée. Et il y a bien des chances pour que ce soit 5 fois plus élevé en pratique.

Pour réaliser ce que cela signifie, il faut savoir combien d’électricité on a besoin pour électrifier les transports, et multiplier cette quantité par 5. Dans mes conférences je montre les besoins supplémentaires en électricité dans différents États/provinces/pays, pour une électrification à 80 % de tous les véhicules routiers sur les différents territoires. La méthode de calcul est très bien expliquée dans mon livre Rouler sans pétrole (Éditions MultiMondes, 2008, pages 127 à 132). Voici ma diapo illustrant ces données essentielles.

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Maintenant, imaginez qu’il faille multiplier ces besoins par 5 parce qu’on veut produire des carburants synthétiques du type e-diesel. Il faudrait augmenter la production d’électricité de la Californie de 170 %, celle des Etats-Unis dans son ensemble de 130 % et celle de la France de 95 %!

C’est déjà extrêmement difficile d’augmenter le pourcentage d’énergie renouvelable des réseaux électriques, s’il faut en plus doubler la production électrique on arrive à un non sens, et on reporte encore plus loin dans le temps l’élimination des centrales électriques thermiques et nucléaires.

Et il ne faut pas oublier qu’aux États-Unis, par exemple, le secteur de la production électrique émet plus de GES que le secteur des transports. Par conséquent, vouloir réduire les GES émis par les véhicules routiers en transférant le fardeau sur les réseaux électriques c’est comme déshabiller Pierre pour habiller Paul. On n’avance pas réellement, au contraire.

Émissions de GES 3 fois plus élevées que les véhicules utilisant les carburants pétroliers aux Etats-Unis, au Japon et en Allemagne  

Pour que les carburants synthétiques faits à partir de l’air et de l’eau aient un minimum de sens, il faut bien sûr utiliser des centrales électriques qui n’émettent pas de CO2. Au Québec ça va, mais partout ailleurs dans le monde ce n’est pas évident présentement.

Prenons les Etats-Unis, les émissions de CO2 équivalent produites par l’ensemble du parc de centrales électriques se chiffrent présentement à 0,5 kg CO2/kWh pour l’électricité générée, et c’est bien pire en Chine et en Inde. Je vous réfère à l’article suivant qui porte en graphique les «émissions électriques» des pays les plus pollueurs (voir ici).

Vous y constaterez que le Québec est le champion des faibles émissions et que le Canada se classe très bien sous ce rapport. L’Inde émet 0,85 kg CO2/kWh et la Chine 0,76 kg CO2/kWh d’électricité produite. Les centrales au Japon et en Allemagne émettent sensiblement les mêmes quantités de CO2 qu’aux Etats-Unis, c.-à-d. 0,5 kg CO2/kWh.

Faisons un petit calcul pour ces trois pays (Etats-Unis, Japon, Allemagne).

Tout d’abord, une voiture consommant du carburant diesel pétrolier à raison de 6 litres/100 km émet, lors de la combustion du carburant 2,64 kg CO2/litre. En multipliant par 6 litres/100 km, on obtient 15,8 kg CO2/100 km.

Pour une voiture qui consomme du e-diesel, on ne tient pas compte de la combustion dans le moteur, car le CO2 émis provenait de l’atmosphère d’où on l’a tiré. Mais, il faut tenir compte du CO2 émis par les centrales électriques, si elles ne fonctionnent pas à l’énergie renouvelable sans GES. Nous avons vu dans la section précédente que pour une voiture qui consomme 6 litres/100 km, on a besoin de 86 kWh/100 km d’énergie électrique pour produire le e-diesel. Puisqu’aux Etats-Unis, au Japon et en Allemagne, les centrales émettent 0,5 kg CO2/kWh, on aura donc des émissions de 43 kg/100 km pour une voiture utilisant le e-diesel. C’est pratiquement 3 fois plus que pour le diesel pétrolier!

Un prix autour de 2 $ le litre

La compagnie Sunfire mentionne dans leur vidéo de promotion un prix de 1 € à 1,5 € le litre pour leur e-diesel, selon le coût de l’électricité, ce qui se traduirait ici par un prix avoisinant 2 $ le litre fort probablement. La vidéo YouTube de Sunfire est ici .

Sachant qu’on a besoin de 14,3 kWh d’électricité par litre de e-diesel, à 7¢ le kWh ça fait déjà 1$ d’électricité/litre. Et là, il faut ajouter toute la quincaillerie pour l’usine de production et son amortissement, les frais d’opération, d’administration et de distribution, le profit et les taxes. Donc on devrait être aux alentours de 2$ et plus.

Conclusion

Faire des carburants à partir de l’air et de l’eau en utilisant des énergies renouvelables, ça semble à priori génial. Mais, comme on dit, le diable est dans les détails.

Il faut toujours viser l’efficacité énergétique, et consommer 5 fois plus d’électricité pour rouler la même distance qu’une voiture électrique, avec une voiture diesel dont le carburant synthétique est fabriqué à partir de l’électricité ce n’est pas de l’efficacité énergétique. Ça prend cinq éoliennes au lieu d’une seule ou cinq fois plus de panneaux solaires, ce qui implique une ponction plus grande sur nos ressources naturelles pour les produire.

Le but visé de réduire les GES plus rapidement est louable. Mais, en utilisant les véhicules existants et du carburant synthétique plutôt qu’en misant sur les véhicules électriques, on entre dans un cauchemar énergétique où on déshabille Pierre pour habiller Paul, en reportant le fardeau de la réduction des GES sur les centrales électriques, et en repoussant dans le temps l’élimination des centrales thermiques utilisant les carburants fossiles.

Et si on veut démarrer la production de carburant synthétique très rapidement pour avoir un impact important à court terme sur les GES émis par les véhicules, on doit composer avec les réseaux électriques existants, qui eux émettent des GES. J’ai démontré que présentement, aux États-Unis, au Japon et en Allemagne, les GES émis par des véhicules roulants avec du carburant synthétique (faits à partir d’air, d’eau et d’électricité) seraient 3 fois plus élevés qu’avec le même véhicule consommant du carburant pétrolier, dû aux émissions des centrales électriques actuelles. En Inde les GES seraient plus de 5 fois plus élevés, et en Chine plus de 4 fois plus élevés!

Sans compter que le prix de l’électricité est de 4 à 6 fois moins cher que le prix des carburants pétroliers pour parcourir une même distance avec un véhicule électrique (VÉ), alors que les carburants synthétiques du type Sunfire vont se vendre autour de 2 $ le litre vs 1,10 $ présentement au Québec pour les carburants pétroliers. Et dans 8 ans environ, les voitures électriques vont être sensiblement au même prix qu’une voiture à essence à l’achat. Donc le coût d’un VÉ réparti par km parcouru va être bien moindre qu’avec des carburants synthétiques, surtout que l’entretien est bien moins cher pour un VÉ.

On en revient encore à l’électrification des transports comme la meilleure filière. Mais, assurément, il faut faire bouger les choses pour accélérer la pénétration des VÉ. Une loi zéro émission ce n’est pas assez, ça prend un bonus-malus costaud, comme en France ou en Norvège. Ça prend également une grosse campagne d’éducation et de sensibilisation. Il faut inverser rapidement la tendance lourde des gens d’acheter plus de véhicules et plus de VUS, de plus en plus gros et énergivores.

Mais surtout, il faut augmenter de beaucoup et rapidement les transports collectifs, le covoiturage et l’autopartage, de même que les transports actifs. Et n’oublions pas les scooters électriques et les vélos à assistance électrique, pour arriver au travail détendu et non en sueur.

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Pierre Langlois

Pierre Langlois

Dans le cadre d’une entente nouée avec le physicien Pierre Langlois ,Éco-Énergie à Montréal et Roulezelectrique ont obtenu le privilège de vous présenter le contenu intégral des infolettres qu’il publie sur une base régulière. Mentionnons que Pierre Langlois est consultant en mobilité durable, auteur et conférencier. Il est d’ailleurs l’auteur du livre Rouler Sans Pétrole, publié aux Éditions MultiMondes. On a pu l’apercevoir au petit écran dans des reportages consacrés aux hybrides rechargeables et aux batteries et voitures électriques, à l’émission Découverte, entre autres, où il a témoigné en tant qu’expert. Il a également siégé sur le comité aviseur responsable d’appuyer Daniel Breton dans le développement de la politique d’électrification des transports du Québec. Un gros merci à lui.
Pierre Langlois

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