Les discussions sur l'indépendance énergétique, les énergies renouvelables et les dangers des émissions de carbone sont devenues une part importante du discours politique aux États-Unis. Tout le monde, du président au type qui tient la pancarte "Pas de guerre pour le pétrole" lors d'une manifestation publique, semble intéressé par les moyens de trouver des alternatives aux combustibles fossiles. Mais tous les substituts ne sont pas créés égaux. Certains sont meilleurs pour l'environnement; certains ne le sont pas. Certaines sont des sources d'énergie renouvelables; certains ne le sont pas. Carburants synthétiques , alias carburants de synthèse , ne sont qu'une des nombreuses solutions sur la table pour résoudre la crise énergétique qui se développe.
Dans ce cas, cependant, le terme "synthétique" peut être trompeur. Cela ne signifie pas nécessairement que les carburants ne sont pas naturels ou artificiels. L'Energy Information Administration des États-Unis définit un carburant synthétique comme tout carburant "produit à partir de charbon, de gaz naturel ou de biomasse matières premières par conversion chimique » [source :US Energy Information Administration]. Cette conversion crée des substances qui sont chimiquement identiques au pétrole brut ou aux carburants transformés, mais qui ont été synthétisées par des moyens artificiels. Le pétrole brut conventionnel est naturellement présent dans l'environnement et est utilisé pour produire une variété de carburants comme l'essence et le diesel. Les matières premières de carburant synthétique, les matières premières utilisées pour fabriquer les carburants de synthèse, doivent être soumises à des changements chimiques et physiques intenses pour être utilisables comme pétrole brut ou carburant transformé.
L'histoire des carburants de synthèse remonte plus loin que vous ne le pensez, bien que la recherche et le développement aient culminé ces dernières années. Les carburants de synthèse ont été étudiés pour la première fois en Allemagne en 1923, lorsque deux scientifiques ont mis au point un processus appelé la réaction de Fischer-Tropsch . Le processus, qu'ils ont nommé pour eux-mêmes, consiste à convertir le gaz en combustibles liquides. Bien qu'il existe des alternatives au procédé Fischer-Tropsch, il s'agit de la méthode la plus testée et la plus largement utilisée pour créer des carburants de synthèse aujourd'hui.
Historiquement, les carburants de synthèse ont d'abord été largement utilisés pour alimenter les véhicules militaires pendant la Seconde Guerre mondiale en Allemagne. Les réserves de pétrole limitées parmi les puissances de l'Axe ont fait des options synthétiques une alternative nécessaire [source :Becker]. Dans les années 1970, les carburants de synthèse ont fait l'objet de nombreuses recherches aux États-Unis au milieu de pénuries de pétrole généralisées. Cette recherche a finalement chuté, mais a connu un autre pic récemment, car les préoccupations concernant l'indépendance énergétique et la durabilité sont devenues des sujets de discussion politiques importants. D'autres pays ont davantage utilisé les carburants de synthèse. Par exemple, en Afrique du Sud, les carburants de synthèse fabriqués à partir de charbon et de gaz naturel occupent une place importante dans l'économie pétrolière depuis 30 ans.
Pour en savoir plus sur les différents types de carburants de synthèse et sur la façon dont chacun est produit, lisez la suite.
Pour comprendre comment diverses matières premières peuvent être converties en carburants synthétiques liquides, vous devez d'abord comprendre le fonctionnement du carburant. Le pétrole et les produits comme l'essence à base de pétrole sont constitués de longues chaînes de molécules organiques appelées hydrocarbures (car ils contiennent de l'hydrogène et du carbone). Lorsque ces hydrocarbures sont brûlés, ils se décomposent et libèrent de l'énergie, qui est utilisée pour alimenter les moteurs des voitures, des camions, des avions, etc. La plupart des matières organiques, y compris le pétrole, le charbon, le gaz naturel, les déchets végétaux et les eaux usées, contiennent des hydrocarbures. Les moteurs d'aujourd'hui ont été conçus pour fonctionner avec des carburants dérivés du pétrole comme l'essence. Pour que les carburants synthétiques fonctionnent dans ces moteurs, leurs hydrocarbures doivent être restructurés afin qu'ils ressemblent aux hydrocarbures présents dans le pétrole et les produits pétroliers.
Il existe essentiellement deux catégories de carburants synthétiques, les pétroles bruts synthétiques (synchronisation ) et liquides Fischer-Tropsch .La première catégorie comprend les matières premières et les procédés utilisés pour produire du syncrude , ou du pétrole brut synthétique. Le pétrole brut synthétique peut être utilisé aux mêmes fins que le pétrole brut conventionnel. Il est utilisé comme matière première. Comme le pétrole brut conventionnel, le brut de synthèse doit être raffiné et traité pour fabriquer les différentes formes de carburants commerciaux à base de pétrole comme le diesel, l'essence et le kérosène.
Les trois sources les plus populaires de brut de synthèse sont le pétrole extra-lourd , schiste bitumineux et sables bitumineux . Chacun de ces matériaux se produit naturellement, tout comme le pétrole conventionnel, mais ils ont des propriétés physiques et des quantités d'impuretés différentes. Par exemple, le schiste bitumineux est une roche et les sables bitumineux sont un mélange goudronneux de sable et de la substance contenant du pétrole bitume . Ces matières premières de syncrude sont exposées à divers niveaux de chaleur, de pression et de manipulation physique pour produire une substance avec le même arrangement d'hydrocarbures que le pétrole brut naturel.
Le traitement des matières premières de syncrude a tendance à nuire à l'environnement. Puisqu'ils nécessitent plus de traitement que le pétrole brut, ils créent plus de CO2 émissions et autres polluants [source :U.S. Department of the Interior]. De plus, la collecte des matières premières implique souvent des pratiques environnementales néfastes comme l'exploitation à ciel ouvert. L'un des avantages des carburants de synthèse comme alternative au pétrole est que le monde contient d'importantes réserves inexploitées de pétrole extra-lourd, de schiste bitumineux et de sables bitumineux. Bien sûr, comme le pétrole, ces ressources ne sont pas durables. Eux aussi finiront par s'épuiser.
Lisez la suite pour en savoir plus sur la production des carburants de synthèse Fischer-Tropsch.
Le deuxième type de carburants synthétiques, communément appelés liquides Fischer-Tropsch, utilise des matières premières qui peuvent être converties directement en carburants liquides commercialement viables, en sautant essentiellement l'étape de syncrude. Les matières premières les plus couramment utilisées pour produire des combustibles de synthèse Fischer-Tropsch comprennent le gaz naturel , charbon et biomasse (végétaux et déchets végétaux). Dans la synthèse F-T, la matière première est soumise à une chaleur très élevée (1 900 degrés Fahrenheit (1 037,7 degrés Celsius) ou plus) et à une pression pour produire un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène appelé gaz de synthèse (ou gaz de synthèse ) [source :Van Bibber]. Cette étape du processus rend les carburants liquides Fischer-Tropsch beaucoup plus propres que les carburants produits à partir de brut ou de syncrude. Les impuretés telles que les métaux lourds peuvent être facilement éliminées du gazéifieur une fois le gaz de synthèse filtré. Les gaz comme le carbone et le soufre peuvent être filtrés afin qu'ils ne deviennent pas des polluants lorsque le carburant brûle.
Ensuite, le gaz de synthèse est condensé sous forme liquide. De nouveau soumis à une chaleur et une pression élevées, un catalyseur est introduit dans le procédé, généralement un composé contenant du fer ou du cobalt. Le catalyseur déclenche une réaction chimique entre l'hydrogène et le monoxyde de carbone, créant de longues chaînes d'hydrocarbures. Différents catalyseurs peuvent produire différentes structures d'hydrocarbures. Ces hydrocarbures sont ensuite refroidis et condensés sous forme liquide, puis filtrés. Outre les formes synthétiques de carburant diesel ou d'essence, la synthèse Fischer-Tropsch peut produire des lubrifiants industriels, du kérosène et d'autres produits.
Par rapport aux produits syncrude, les liquides Fischer-Tropsch brûlent beaucoup plus proprement. Ces carburants de synthèse n'émettent presque pas de particules, contiennent moins d'oxyde d'azote que les carburants traditionnels et moins d'émissions de monoxyde de carbone [source :U.S. Environmental Protection Agency]. Bien entendu, les carburants de synthèse qui utilisent des ressources renouvelables comme matière première (comme la biomasse) sont meilleurs pour l'environnement à long terme que ceux qui utilisent des combustibles fossiles comme matière première.
Le gouvernement américain a un intérêt direct dans les carburants de synthèse, car il a un accès abondant à des matières premières telles que le charbon, le gaz naturel et les déchets végétaux. En prenant en compte une seule variété de combustible de synthèse, on estime à 1,3 gigatonne la biomasse inutilisée aux États-Unis qui pourrait être utilisée pour produire des combustibles de synthèse [source :Coal-to-Liquids Coalition]. Ainsi, l'armée américaine et d'autres agences gouvernementales ont poussé à la recherche sur les carburants de synthèse ces dernières années. D'autres pays comme la Chine et l'Allemagne ont également récemment investi dans l'exploration de la technologie des combustibles synthétiques [Source :U.S. Energy Information Administration]. Bien que la technologie des carburants synthétiques soit prometteuse, elle coûte beaucoup plus cher à produire que l'essence à partir du pétrole. Ainsi, il ne remplacera probablement pas le pétrole à moins que les prix du pétrole n'augmentent considérablement.
