Avec la diminution des ressources en pétrole et en combustibles fossiles dans le monde, la course pour trouver la prochaine grande solution énergétique est définitivement lancée. Il n'y a peut-être pas de solution miracle pour résoudre cette crise énergétique, ni de carburant parfait disponible à l'infini et qui ne pollue pas l'environnement. Mais une option, les carburants synthétiques - ou synfuels - offre certains avantages et certains inconvénients par rapport aux carburants fossiles conventionnels à base de pétrole. Le carburant synthétique est une catégorie de carburants qui comprend tout carburant "produit à partir de charbon, de gaz naturel ou de matières premières de biomasse par conversion chimique" [source :U.S. Energy Information Administration]. Ces types de carburants sont souvent appelés liquides Fischer-Tropsch, d'après le processus utilisé pour les créer. La catégorie des carburants synthétiques comprend également les carburants dérivés du brut synthétique, une substance similaire au pétrole brut qui est synthétisée à partir de ressources naturelles comme le bitume ou le schiste bitumineux [source :U.S. Energy Information Administration]. Chimiquement, les carburants de synthèse sont similaires à l'essence et aux carburants diesel que nous utilisons aujourd'hui et peuvent être utilisés dans les moteurs existants. Mais leur production nécessite des conversions chimiques complexes.
Les gouvernements nationaux et les sociétés énergétiques ont accordé plus d'attention aux carburants synthétiques ces dernières années, car la hausse des prix du pétrole et l'instabilité politique dans les pays producteurs de pétrole ont créé des incitations à rechercher des alternatives. Le principal avantage des carburants de synthèse est qu'ils peuvent être produits à partir de substances comme le charbon, le gaz naturel et même les déchets végétaux, qui sont largement disponibles. De nombreux carburants synthétiques brûlent également plus proprement que les carburants conventionnels. Mais il y a aussi des inconvénients. Bien qu'ils puissent brûler plus proprement, la production de carburants synthétiques cause souvent autant, sinon plus, de pollution que l'essence traditionnelle. Les carburants de synthèse restent toujours plus chers à produire que les carburants conventionnels, principalement parce que davantage de recherche, de développement et d'investissement sont nécessaires pour rendre la production économiquement viable.
Pour en savoir plus sur les différents types de carburants synthétiques actuellement fabriqués, continuez à lire.
ContenuLe pétrole extra-lourd est l'une des nombreuses sources de syncrude , un type de carburant synthétique qui ressemble beaucoup au pétrole brut. Le pétrole extra-lourd se produit naturellement et se forme lorsque le pétrole qui était autrefois enfoui profondément dans la Terre est exposé à des bactéries qui décomposent les hydrocarbures et modifient les propriétés physiques du pétrole. Le pétrole peut être récupéré par extraction à ciel ouvert ou collecte « in situ » (sur site). La collecte in situ consiste à acheminer de la vapeur ou du gaz chaud dans un puits pour décomposer le pétrole lourd et à collecter le fluide à travers un second puits. Les deux méthodes ont leurs limites. L'exploitation minière à ciel ouvert ne peut être utilisée que pour collecter du pétrole extra-lourd près de la surface. Il endommage également l'environnement en détruisant les forêts et les habitats des animaux, et les grandes quantités d'eau nécessaires doivent être éliminées comme des déchets après avoir été utilisées [source :Clark]. Les méthodes in situ nécessitent des recherches supplémentaires pour recueillir de grandes quantités de pétrole lourd.
Le processus de production de nombreux carburants synthétiques crée des produits plus ou moins prêts à être utilisés dans les moteurs et les véhicules. La production de syncrude, d'autre part, donne un pétrole brut synthétisé qui doit être raffiné davantage pour être vendu commercialement, tout comme le pétrole brut conventionnel. Dans son état naturel, le pétrole extra-lourd est fondamentalement un pétrole plus visqueux forme de brut. Si le brut coule comme de l'eau, alors le pétrole extra-lourd coule comme du miel. Pour obtenir le pétrole extra-lourd sous une forme utile, il est généralement exposé à la chaleur et aux gaz qui décomposent les hydrocarbures entre ceux qui peuvent être brûlés comme combustible et ceux qui ne le peuvent pas. Ceci est similaire au processus de raffinage du pétrole brut en carburants, mais plus coûteux et compliqué.
Production de gaz-liquides carburants (ou GTL ) implique un processus de conversion du gaz naturel en carburants liquides à base de pétrole. Contrairement aux syncrudes, les produits GTL sont plus proches de l'étape finale de la production. Ils n'ont pas besoin d'être traités par une raffinerie avant d'être utilisés comme combustible. La méthode la plus largement utilisée pour convertir le gaz en combustibles liquides est le procédé Fischer-Tropsch (synthèse F-T) [source :U.S. Energy Information Administration]. Dans ce processus, le gaz naturel est combiné avec de l'air, puis introduit dans une chambre avec un catalyseur, généralement un composé contenant du cobalt ou du fer. Le catalyseur , avec une grande quantité de chaleur et de pression, déclenche une réaction chimique qui forme des chaînes d'hydrocarbures . Ensuite, le gaz est condensé en liquide. Selon les catalyseurs ajoutés, différentes structures d'hydrocarbures sont créées. La synthèse F-T peut produire des carburants diesel, du naphta (qui peut être transformé en essence) et des lubrifiants industriels [source :U.S. Energy Information Administration].
Le procédé GTL en particulier a été principalement utilisé pour produire des carburants diesel, bien qu'il puisse également produire du naphta. Le GTL, comme les autres carburants Fischer-Tropsch, produit moins d'émissions lorsqu'il est brûlé [source :U.S. Environmental Protection Agency]. Le processus de séparation chimique crée un carburant plus pur, car les impuretés peuvent être facilement filtrées. Un autre avantage est que les réactions chimiques impliquées dans la conversion du gaz en liquide créent de l'électricité, de la vapeur et de l'eau comme sous-produits. Ces ressources peuvent soit être réinjectées dans la production pour réduire les coûts et l'impact environnemental, soit vendues sur le marché commercial pour rendre le processus plus rentable.
Huile de schiste est une autre forme de syncrude produit à partir de marlstone , une roche naturelle communément appelée schiste bitumineux . Marlstone est riche en un matériau appelé kérogène , une matière organique qui se transforme naturellement en pétrole brut lorsqu'elle est exposée à une chaleur et une pression extrêmes. Ce changement se produit généralement sur des millions d'années, mais les méthodes industrielles peuvent reproduire le processus et convertir le kérogène du schiste bitumineux en syncrude [source :U.S. Department of the Interior]. La production d'huile de schiste est largement théorique à ce stade et n'a pas été produite à grande échelle. Le schiste bitumineux peut être soumis à la pyrolyse , l'introduction de chaleur et l'élimination de l'oxygène, qui sépare le kérogène du reste de la roche et le convertit en un liquide qui peut ensuite être raffiné en syncrude [source :U.S. Department of the Interior].
Le schiste bitumineux est extrêmement abondant. En fait, les dépôts de la Formation de Green River , une région qui s'étend à travers certaines parties du Colorado, de l'Utah et du Wyoming, pourrait contenir suffisamment de schiste bitumineux pour produire 800 milliards à 1,8 billion de barils, selon les estimations de divers scientifiques [source :U.S. Department of the Interior]. Pour mettre ces chiffres en perspective, si l'estimation la plus basse était exacte, la formation pourrait répondre aux besoins en pétrole des États-Unis pendant 100 ans aux niveaux d'utilisation actuels [source :U.S. Department of the Interior]. Cependant, il existe de sérieux inconvénients environnementaux. La production d'huile de schiste laisse derrière elle de grandes quantités de stériles et utilise d'énormes quantités d'eau. De plus, jusqu'à ce que les technologies soient développées et affinées, le processus est extrêmement coûteux – beaucoup plus cher par baril que la production de pétrole brut [source :U.S. Energy Information Administration].
Les sables bitumineux, ou sables bitumineux, sont la troisième source de carburants synthétiques classés comme brut de synthèse. Un mélange d'eau, d'argile, de sable et d'une substance appelée bitume , les sables bitumineux sont d'origine naturelle. Le bitume est une substance huileuse très épaisse qui a la consistance d'un Jell-O très collant à température ambiante. Il contient beaucoup plus d'impuretés que le pétrole brut conventionnel, notamment du soufre, de l'azote et des métaux lourds qui doivent être éliminés avant que le bitume puisse être utilisé comme carburant [source :U.S. Energy Information Administration]. Les sables sont généralement recueillis par une exploitation à ciel ouvert. La récupération in situ est également possible en injectant de la vapeur ou des produits chimiques pour briser les sables. Mais la collecte in situ consomme d'énormes quantités d'eau et d'électricité et est également moins rentable.
Pour transformer les sables bitumineux en un état où ils peuvent être vendus comme brut de synthèse, ils sont lavés à l'eau chaude pour séparer le bitume de l'argile et du sable. Le bitume est ensuite soumis à d'énormes quantités de chaleur et de pression, et du gaz naturel est introduit. Cela convertit les hydrocarbures contenus dans le matériau en une forme qui est plus facilement brûlée comme carburant [source :U.S. Department of the Interior]. Les quantités massives d'eau et d'électricité nécessaires pour transformer les sables bitumineux des gisements souterrains profonds en combustibles utilisables en font un combustible controversé en raison de son impact sur l'environnement. Les effets néfastes sur l'environnement de l'extraction à ciel ouvert et de l'évacuation des eaux usées ont suscité de nombreuses controverses au Canada, où la plupart des sables bitumineux du monde sont actuellement exploités [source :Kunzig].
Comme GTL, coal-to-liquids Les carburants (CTL) sont produits en isolant les hydrocarbures des carburants fossiles existants et en les convertissant en une forme de carburant synthétique pouvant être utilisé dans les moteurs des véhicules existants. Les fabricants utilisent deux méthodes pour effectuer cette conversion. Le premier, la liquéfaction indirecte du charbon (ICL), utilise le même processus Fischer-Tropsch que les carburants gaz-liquides. Bien sûr, le traitement nécessite une étape supplémentaire pour convertir le charbon solide en un gaz pouvant alimenter la réaction F-T. Le charbon solide est broyé, puis exposé à une température et une pression élevées, ainsi qu'à de la vapeur et de l'oxygène, qui réagissent avec le charbon pour produire du gaz de synthèse. Ce gaz de synthèse, un mélange de monoxyde de carbone, d'hydrogène et d'autres gaz, est ensuite utilisé dans la réaction Fischer-Tropsch pour créer des carburants liquides. Dans la liquéfaction directe du charbon (DCL), le charbon est pulvérisé, puis exposé à de l'hydrogène et à des niveaux élevés de chaleur et de pression pour produire du brut de synthèse liquide qui peut être raffiné. Cette deuxième méthode n'est pas aussi largement utilisée que l'ICL.
Les carburants du charbon aux liquides peuvent être plus respectueux de l'environnement, car ils brûlent plus proprement que l'essence ou le diesel conventionnels. Les sous-produits de la fabrication des CTL, notamment l'eau, l'électricité et les métaux, peuvent être vendus pour compenser les coûts de traitement des CTL et rendre le processus plus durable. Mais il y a aussi de sérieux inconvénients environnementaux. La production de CTL consomme d'énormes quantités d'eau avant d'en créer. Il libère également des émissions de dioxyde de carbone et de grandes quantités de déchets solides appelés "scories", c'est-à-dire ce qui reste du charbon après l'extraction de tous ses produits chimiques utilisables [source :Van Bibber].
Les carburants charbon-liquides et gaz-liquides sont produits en manipulant les hydrocarbures des combustibles fossiles non pétroliers afin qu'ils soient chimiquement similaires aux hydrocarbures du pétrole et de l'essence. Biomasse en liquides les carburants fonctionnent selon la même théorie, sauf que les hydrocarbures proviennent de matières organiques fraîchement mortes, et non de matières organiques qui ont été décomposées et comprimées pendant des millions d'années. BTL les combustibles peuvent être fabriqués à partir de bois, de récoltes, de paille et de céréales. L'avantage du BTL est qu'il peut être fabriqué à partir de parties de ces plantes qui ne sont pas utiles pour l'alimentation ou la fabrication.
Le processus de production est similaire à d'autres carburants de synthèse :le gaz de synthèse est utilisé pour démarrer une réaction Fischer-Tropsch qui produit finalement des carburants liquides. La biomasse est brûlée dans un environnement pauvre en oxygène pour produire du gaz de synthèse, une étape qui nécessite moins d'énergie que les autres carburants de synthèse. Mais il faut des quantités relativement importantes de matière première de biomasse (la matière première qui est synthétisée) pour fabriquer du carburant. Cinq tonnes (environ 4,5 tonnes métriques) de matière première (ou environ 3 acres ou 1,2 hectare de cultures) équivalent à 1 tonne (0,9 tonne métrique) de BTL fabriqué [source :U.S. Energy Information Administration]. BTL coûte également beaucoup plus cher à produire que CTL ou GTL. La biomasse prend beaucoup plus d'espace que les autres matières premières de combustibles de synthèse, de sorte qu'elle coûte plus cher à stocker et à transporter. Le BTL n'est pas aussi répandu que d'autres formes de carburants de synthèse, ce qui signifie que les entreprises devraient investir beaucoup d'argent pour que les programmes BTL soient opérationnels. Malgré son coût, le BTL pourrait être plus respectueux de l'environnement à long terme, car les plantes cultivées pour produire le carburant pourraient annuler une partie de son CO2 émissions.
Pour les mêmes raisons que les plantes et les déchets végétaux peuvent être utilisés pour fabriquer des matières premières pour la production de combustibles de synthèse, les déchets solides peuvent également alimenter le processus. Les déchets solides utilisables comprennent les vieux pneus, les eaux usées et les déchets provenant des décharges [source :Speight]. Tant qu'il contient de la matière organique (et des niveaux élevés de carbone), il peut être utilisé pour créer une certaine forme de carburant. Les déchets utilisés comme matière première subissent le même processus que les autres matières premières de combustible de synthèse. Il est brûlé dans des conditions spéciales pour produire du gaz de synthèse, qui passe ensuite par le procédé Fischer-Tropsch pour être synthétisé en carburant liquide. Comme alternative, le gaz que les décharges émettent naturellement lors de la décomposition des déchets peut être utilisé pour produire du carburant synthétique.
Encore au stade théorique, le concept de carburant dérivé du CO atmosphérique2 a été développé par des scientifiques des laboratoires nationaux de Los Alamos. Dans ce processus, de grandes quantités d'air contenant des polluants de dioxyde de carbone seraient exposées au carbonate de potassium liquide. Le CO2 dans l'air se combine avec le carbonate de potassium, tandis que les autres composants de l'air ne le font pas. Le CO2 peut ensuite être séparé du composé de potassium en appliquant de l'électricité. Une fois que le CO2 est séparé, il est converti en gaz de synthèse puis en carburants liquides selon les méthodes utilisées pour créer d'autres carburants de synthèse [source :Martin]. Les scientifiques d'autres laboratoires et institutions ont convenu que le processus fonctionne, en théorie. Cependant, le principal obstacle est que le processus d'isolement du CO2 de l'air et sa conversion en gaz de synthèse nécessite d'énormes quantités d'énergie [source :Martin]. Les scientifiques de Los Alamos suggèrent l'énergie nucléaire comme la meilleure option [source :Martin]. Il faudra également d'énormes investissements en capital pour faire passer le concept de la théorie à l'exécution. Du bon côté, l'ensemble du processus est théoriquement neutre en carbone. Elle produirait autant de carbone qu'elle en consommerait.
