On le sait: les émissions de CO2 des voitures particulières et des véhicules utilitaires devront être considérablement réduites dans les années à venir. Par contre, la manière dont les valeurs limites prescrites par la loi peuvent être respectées aussi rapidement reste un mystère pour de nombreux constructeurs. Même pour les acheteurs de voitures neuves, c’est difficile: le prix et le prestige passent encore avant les émissions. C’est pourquoi les voitures électriques à batterie, par exemple, n’ont de succès que lorsque l’Etat facilite leur achat à l’aide de primes et d’autres avantages.
Afin de réduire les émissions de CO2 de leurs flottes, les constructeurs automobiles ou les importateurs de véhicules disposent de nombreuses options, et les adaptations de l’offre de modèles sont évidentes. Les véhicules plus petits et légers, dont la puissance motrice est plus faible, produisent moins d’émissions. Il existe également un large éventail de concepts d’électrification – des semi-hybrides à l’efficacité optimisée aux puissantes hybrides rechargeables. Les véhicules purement électriques peuvent même se déplacer localement sans émissions si l’énergie motrice provient d’une batterie. Et les modèles équipés de piles à hydrogène émettent seulement de la vapeur d’eau.
Cependant, de nombreux concepts de propulsion hybride et pratiquement tous les concepts de propulsion électrique nécessitent une refonte en profondeur du véhicule. La plate-forme et le concept global doivent être adaptés à la forme de propulsion alternative. Cela offre de nombreux avantages, par exemple en matière d’espace ou de répartition du poids. Cependant, ces avantages sont coûteux d’un point de vue conceptuel. C’est pourquoi il existe également de bonnes raisons de développer des systèmes d’entraînement à faibles émissions ou à émissions nulles qui sont basés sur les systèmes existants et permettent donc de construire des véhicules à moindre coût.
Aujourd’hui, les moteurs à combustion ont atteint un haut degré de maturité. Au lieu de mettre ces groupes moteurs de côté, voire de les interdire prématurément, on pourrait les alimenter à l’aide de nouveaux combustibles synthétiques. Une conduite à faible taux d’émissions de CO2, voire neutre en CO2, est possible avec un véhicule à combustion si l’on utilise des carburants «Power to Gas» (PtG) et «Power to Liquid » (PtL). Le PtG et le PtL, également connus collectivement sous le nom de PtX, sont des sources d’énergie chimiques synthétiques produites à partir d’électricité et de CO2. Puisqu’ils fixent le CO2 lors de leur production, le gaz à effet de serre devient une matière première qui peut être transformée en hydrocarbures tels que l’essence, le diesel ou le gaz naturel avec de l’électricité produite à partir de sources renouvelables. Le CO2 peut provenir d’installations industrielles, de la biomasse ou de l’air.
Dès les années 2000, plusieurs constructeurs automobiles ont, avec les voitures polycarburants, promu des carburants qui sont devenus beaucoup plus respectueux du climat grâce à l’ajout d’éthanol. Cependant, ces «biocarburants» étaient en concurrence avec la production alimentaire et n’étaient donc pas politiquement corrects. On n’utilise désormais plus que des résidus végétaux pour la production des biocarburants de deuxième génération, mais la demande reste encore faible aujourd’hui.
Cependant, de nombreux concepts de propulsion hybride et pratiquement tous les concepts de propulsion électrique nécessitent une refonte en profondeur du véhicule. La plate-forme et le concept global doivent être adaptés à la forme de propulsion alternative. Cela offre de nombreux avantages, par exemple en matière d’espace ou de répartition du poids. Cependant, ces avantages sont coûteux d’un point de vue conceptuel. C’est pourquoi il existe également de bonnes raisons de développer des systèmes d’entraînement à faibles émissions ou à émissions nulles qui sont basés sur les systèmes existants et permettent donc de construire des véhicules à moindre coût.
Aujourd’hui, les moteurs à combustion ont atteint un haut degré de maturité. Au lieu de mettre ces groupes moteurs de côté, voire de les interdire prématurément, on pourrait les alimenter à l’aide de nouveaux combustibles synthétiques. Une conduite à faible taux d’émissions de CO2, voire neutre en CO2, est possible avec un véhicule à combustion si l’on utilise des carburants «Power to Gas» (PtG) et «Power to Liquid » (PtL). Le PtG et le PtL, également connus collectivement sous le nom de PtX, sont des sources d’énergie chimiques synthétiques produites à partir d’électricité et de CO2. Puisqu’ils fixent le CO2 lors de leur production, le gaz à effet de serre devient une matière première qui peut être transformée en hydrocarbures tels que l’essence, le diesel ou le gaz naturel avec de l’électricité produite à partir de sources renouvelables. Le CO2 peut provenir d’installations industrielles, de la biomasse ou de l’air.
Dès les années 2000, plusieurs constructeurs automobiles ont, avec les voitures polycarburants, promu des carburants qui sont devenus beaucoup plus respectueux du climat grâce à l’ajout d’éthanol. Cependant, ces «biocarburants» étaient en concurrence avec la production alimentaire et n’étaient donc pas politiquement corrects. On n’utilise désormais plus que des résidus végétaux pour la production des biocarburants de deuxième génération, mais la demande reste encore faible aujourd’hui.
Peut-on produire de l’e-carburant d’une manière économiquement viable?
Pour la production de carburants synthétiques, il existe plusieurs procédés, mais aucun n’est révolutionnaire. A l’aide d’électricité, idéalement issue de parcs éoliens, d’installations solaires ou de centrales hydroélectriques, l’eau est toujours séparée en hydrogène et en oxygène par électrolyse. Cet hydrogène (H2) peut être utilisé pour faire fonctionner des piles à combustible ou être converti en méthane (CH4) avec du CO2 lors de la méthanisation. Les moteurs à allumage commandé peuvent fonctionner au méthane, chimiquement équivalent au gaz naturel. Le rendement de la méthanisation se situe entre 80 et 90%.
Avec du H2 et du CO2, il est possible de produire du diesel, de l’essence ou du kérosène selon le procédé Fischer-Tropsch. Une troisième solution PtX passe par la synthèse du méthanol, qui permet de produire du méthanol, du DME (diméthyléther) ou de l’OME (oxyméthyléther). Les moteurs diesel peuvent fonctionner avec l’ajout de DME et d’OME. Comme les gaz d’échappement ne contiennent pas de particules de suie, on peut se limiter à la réduction des émissions d’oxydes d’azote (NOx) lors du post-traitement des gaz d’échappement. Avec les conversions Fischer-Tropsch et la synthèse du méthanol, le rendement est toutefois limité à environ 60%.
Les matières premières fossiles sont remplacées par la production synthétique de carburants. Cela permet de produire des carburants de haute qualité avec un bon indice d’octane, qui assurent une combustion optimale et des performances élevées du moteur ainsi que des émissions brutes de très bonne qualité, car ils ne contiennent ni composés aromatiques ni composés soufrés. Un autre avantage de cette solution est que le réseau de stations- service existant peut être utilisé sans modification. Cela signifie également que le passage à la pompe est aussi rapide que pour les carburants classiques.
Il y a quelques années,Audi amontré l’exemple avec la construction d’une usine de PtG à Werlte, dans le nord de l’Allemagne. De l’énergie éolienne et du CO2 y sont utilisés pour produire du méthane synthétique, qui peut être injecté dans le réseau de gaz naturel existant ou alimenter directement les véhicules roulant au GNC. Audi parle d’e-gaz. Audi et son partenaire Global Bioenergies ont également lancé récemment le premier essai de moteur à essence synthétique, appelée e-essence. Même le moteur diesel est censé être réhabilité grâce à l’e-diesel. Audi prévoit de construire pour cela une usine à Laufenburg, en Argovie.
Un autre exemple est celui du constructeur allemand de voitures de sport Gumpert, qui équipe sa dernière voiture électrique haute performance, appelée Nathalie, d’une batterie et d’une pile à combustible. L’hydrogène nécessaire à la pile à combustible est extrait du méthanol à l’aide d’un reformeur. Le méthanol peut être produit synthétiquement comme l’e-essence ou l’e-diesel.
La question reste de savoir si les carburants synthétiques pour voitures particulières peuvent être produits d’une manière économiquement viable. L’inconvénient est le rendement tout au long de la chaîne du processus «électricité – gaz – combustible liquide». Ces étapes exigent une quantité relativement importante d’énergie; en outre, il est essentiel que l’électricité soit produite à partir de sources renouvelables et qu’une grande quantité d’eau soit disponible. Selon les estimations actuelles, les nouveaux carburants sont donc moins adaptés à une utilisation à grande échelle dans les voitures particulières, mais devraient représenter une alternative intéressante pour les véhicules utilitaires lourds, les navires et les avions – où les batteries lourdes et volumineuses ne sont pas adaptées à la propulsion électrique.
Avec du H2 et du CO2, il est possible de produire du diesel, de l’essence ou du kérosène selon le procédé Fischer-Tropsch. Une troisième solution PtX passe par la synthèse du méthanol, qui permet de produire du méthanol, du DME (diméthyléther) ou de l’OME (oxyméthyléther). Les moteurs diesel peuvent fonctionner avec l’ajout de DME et d’OME. Comme les gaz d’échappement ne contiennent pas de particules de suie, on peut se limiter à la réduction des émissions d’oxydes d’azote (NOx) lors du post-traitement des gaz d’échappement. Avec les conversions Fischer-Tropsch et la synthèse du méthanol, le rendement est toutefois limité à environ 60%.
Les matières premières fossiles sont remplacées par la production synthétique de carburants. Cela permet de produire des carburants de haute qualité avec un bon indice d’octane, qui assurent une combustion optimale et des performances élevées du moteur ainsi que des émissions brutes de très bonne qualité, car ils ne contiennent ni composés aromatiques ni composés soufrés. Un autre avantage de cette solution est que le réseau de stations- service existant peut être utilisé sans modification. Cela signifie également que le passage à la pompe est aussi rapide que pour les carburants classiques.
Il y a quelques années,Audi amontré l’exemple avec la construction d’une usine de PtG à Werlte, dans le nord de l’Allemagne. De l’énergie éolienne et du CO2 y sont utilisés pour produire du méthane synthétique, qui peut être injecté dans le réseau de gaz naturel existant ou alimenter directement les véhicules roulant au GNC. Audi parle d’e-gaz. Audi et son partenaire Global Bioenergies ont également lancé récemment le premier essai de moteur à essence synthétique, appelée e-essence. Même le moteur diesel est censé être réhabilité grâce à l’e-diesel. Audi prévoit de construire pour cela une usine à Laufenburg, en Argovie.
Un autre exemple est celui du constructeur allemand de voitures de sport Gumpert, qui équipe sa dernière voiture électrique haute performance, appelée Nathalie, d’une batterie et d’une pile à combustible. L’hydrogène nécessaire à la pile à combustible est extrait du méthanol à l’aide d’un reformeur. Le méthanol peut être produit synthétiquement comme l’e-essence ou l’e-diesel.
La question reste de savoir si les carburants synthétiques pour voitures particulières peuvent être produits d’une manière économiquement viable. L’inconvénient est le rendement tout au long de la chaîne du processus «électricité – gaz – combustible liquide». Ces étapes exigent une quantité relativement importante d’énergie; en outre, il est essentiel que l’électricité soit produite à partir de sources renouvelables et qu’une grande quantité d’eau soit disponible. Selon les estimations actuelles, les nouveaux carburants sont donc moins adaptés à une utilisation à grande échelle dans les voitures particulières, mais devraient représenter une alternative intéressante pour les véhicules utilitaires lourds, les navires et les avions – où les batteries lourdes et volumineuses ne sont pas adaptées à la propulsion électrique.