La transformation des déchets en carburants pour l’aviation, sans émission de carbone, est plus proche que jamais.

Dans un nouveau document sur le carburant aviation durable (SAF) à faible teneur en carbone, des scientifiques américains envisagent d’utiliser des déchets alimentaires et d’autres déchets humides pour produire du kérosène.

Les avions se trouvent à un tournant dans la course à la réduction des émissions pour atténuer le changement climatique. Bien que le secteur aéronautique ne représente qu’une infime partie des émissions de gaz à effet de serre (GES) liées au transport aux États-Unis (9 %), il est difficile à décarboniser.

Alors que la demande de kérosène devrait doubler d’ici à 2050 et que les compagnies aériennes multiplient les promesses de réduction des émissions, les innovations en matière de carburants, de moteurs et de technologies émergentes sont essentielles pour combler le fossé qui nous sépare du zéro carbone.

Des vols à zéro émission de carbone grâce à ce carburant

Publié dans Proceedings of the National Academy of Sciences, l’article produit par des scientifiques du National Renewable Energy Laboratory (NREL) aux États-Unis, de l’université de Dayton, de l’université de Yale et du Oak Ridge National Laboratory décrit un processus de bio raffinage utilisant l’énergie inexploitée des déchets alimentaires et d’autres déchets humides pour produire des SAF à la fois compatibles avec les moteurs à réaction existants et capables de supporter des vols à zéro émission nette de carbone.

Cette démonstration par le NREL de la production de SAF à partir de déchets humides démontre le potentiel technique de flexibilité des matières premières dont l’industrie a besoin pour parvenir à décarboniser les carburants à grande échelle.

Dans la pratique, cela signifie que les émissions de GES générées par la combustion du kérosène sont « réduites à zéro » par les émissions de GES du cycle de vie supprimées ou détournées de l’atmosphère lors de la production du carburant, suggère le document.

Southwest Airlines le bon élève des Etats-Unis

Les grandes compagnies aériennes, dont Southwest Airlines, collaborent déjà avec le NREL et d’autres organisations dans le cadre du projet de démonstration de vol de déchets humides du ministère américain de l’Énergie.

À partir de 2019, Southwest a commencé à travailler avec le NREL dans le cadre de son engagement accru à intégrer des SAF commercialement viables dans son exploitation, lorsqu’elles sont disponibles.

Une utilisation possible dans 1 à 2 ans si tout est mis en place

Avec cette publication, faire passer de tels efforts de la démonstration à la réalité commerciale « est plus proche que jamais », déclare le NREL.

« Si notre méthode de raffinage est mise à l’échelle, il ne faudrait qu’un an ou deux aux compagnies aériennes comme Southwest pour obtenir les autorisations réglementaires dont elles ont besoin pour commencer à utiliser des déchets humides de SAF dans leurs vols commerciaux », a déclaré le scientifique du NREL Derek Vardon, auteur correspondant.

« Cela signifie que les vols à zéro carbone net sont à l’horizon plus tôt que certains auraient pu le penser. »

Zéro Carbone

La formule du NREL pour la SAF à partir de déchets humides est compatible avec les moteurs à réaction existants, ce qui en fait un candidat prometteur pour être rapidement approuvé par ASTM

Les réductions d’émissions de la SAF des chercheurs, une baisse de 165 % des émissions nettes de carbone par rapport à un jet fossile sont réalisables en ciblant l’énorme empreinte de gaz à effet de serre des déchets alimentaires, affirment-ils.

Chaque année, des millions de tonnes de déchets alimentaires sont jetés dans des décharges à travers le monde, indique le NREL. Une fois dans ces décharges, ils pourrissent et produisent du méthane, un gaz à effet de serre 20 fois plus puissant que le dioxyde de carbone.

L’élimination des déchets alimentaires en tant que source de méthane peut donc être un moyen très efficace de réduire les émissions des décharges, affirment les scientifiques.

Comment interrompre la production de méthane pour produire ce bio carburant ?

En ce qui concerne la production de carburant, ils indiquent que des recherches antérieures ont montré comment interrompre la production de méthane à l’aide de fermenteurs qui transforment l’énergie carbonée des déchets alimentaires et d’autres « déchets humides » organiques en acides gras volatils (AGV), qui peuvent être transformés en carburéacteur. Mais ces études, tout en prouvant que les AGV à partir de déchets humides sont possibles, n’ont pas documenté comment un tel carburant pourrait répondre aux exigences de l’ASTM International en matière de propriétés des carburants.

« Le respect des normes ASTM est obligatoire pour l’utilisation et le déploiement de nouveaux SAF par l’industrie », a déclaré Vardon. « Notre article montre que nous pouvons fabriquer des SAF qui répondent à ces normes, avec une analyse qui révèle comment raffiner les VFA pour que les compagnies aériennes puissent utiliser de grandes quantités de VFA-SAF sans sacrifier les performances. »

En utilisant un catalyseur pour ajouter du carbone aux molécules d’AGV, M. Vardon et les autres scientifiques ont montré comment construire de longues chaînes d’hydrocarbures paraffiniques riches en énergie qui sont essentiellement identiques, sur le plan chimique, à ceux contenus dans le kérosène classique, mais avec une fraction de l’empreinte carbone.

« La filière SAF du NREL à partir de déchets alimentaires est un candidat très prometteur pour l’évaluation ASTM International D4054 Fast Track », a déclaré Josh Heyne, professeur associé d’ingénierie mécanique et aérospatiale à l’université de Dayton, qui est expert principal des essais ASTM SAF.

« Les échantillons de carburant que nous avons testés ont des compositions très prometteuses, et la capacité du NREL à adapter ces compositions est très favorable à l’approbation. »

Réduire les émissions des gaz à effets de serre

L’utilisation de quantités plus élevées de SAF dans les moteurs à réaction nécessite plus de temps pour être approuvée, mais cela peut également permettre des réductions beaucoup plus importantes des émissions nettes, affirment les scientifiques. Afin d’obtenir l’approbation de l’ASTM pour des mélanges plus élevés, le document décrit une étape supplémentaire pour produire des molécules plus complexes appelées iso-paraffines, qui peuvent avoir des structures chimiques ramifiées uniques.

Avec davantage d’essais, les SAF fabriqués à partir d’une combinaison d’iso-paraffines renouvelables et de paraffines à chaîne droite pourraient être mélangés au kérosène conventionnel dans des concentrations plus élevées, jusqu’à 70 %.

« Étant donné que le mélange de SAF aurait une empreinte carbone inférieure de 165 % à celle du jet fossile, ce mélange est suffisamment élevé pour décarboniser les vols », a expliqué M. Vardon.

Le résultat est un processus de raffinage du carburant qui offre aux compagnies aériennes une victoire rapide sur la réduction des émissions à court terme avec de plus petits volumes de SAF, tout en fournissant un plan à long terme pour des mélanges de SAF plus élevés qui permettent des réductions d’émissions plus importantes.

« Le développement de nouvelles technologies de production de SAF pour convertir des matières premières qui s’étendent au-delà des graisses, des huiles et des huiles est essentiel pour la croissance future de notre industrie », a déclaré Bryan Sherbacow, directeur commercial de World Energy, une société mondiale de biocarburants qui exploite la première raffinerie de SAF au monde, établie en Californie en 2016.

« Cette démonstration par le NREL de la production de SAF à partir de déchets humides démontre le potentiel technique de flexibilité des matières premières dont l’industrie a besoin pour parvenir à la décarbonisation des carburants à l’échelle. »

Vol commercial

Atteindre la flexibilité des charges d’alimentation à l’échelle n’est pas une mince affaire, selon le NREL. Il faut pour cela une équipe multidisciplinaire de scientifiques, d’analystes et d’experts industriels de premier plan, qui travaillent tous à partir de leur coin du puzzle pour soutenir un projet convaincant de vol commercial avec la SAF. Pendant que certains affinent la chimie des catalyseurs pour la valorisation des AGV, d’autres testent les propriétés des carburants en laboratoire. D’autres encore analysent les aspects économiques de l’augmentation de la production industrielle.

Mais les acteurs les plus importants à la table sont peut-être les compagnies aériennes commerciales elles-mêmes, selon le NREL. Plusieurs grandes compagnies aériennes se sont déjà engagées à utiliser des SAF dans leurs avions et redoublent d’efforts pour trouver de nouvelles voies vers des SAF à faible teneur en carbone afin d’atteindre leurs objectifs environnementaux.

La compagnie américaine Southwest Airlines, par exemple, collabore avec le NREL sur la mise à l’échelle du SAF à partir de déchets humides et fournit des informations à l’industrie sur la façon dont le carburant pourrait être utilisé et fourni dans des régions des États-Unis.

Notre filière SAF n’est pas une solution miracle… mais en tant que pièce du puzzle, elle pourrait apporter une contribution significative à une industrie notoirement difficile à décarboniser.

En décrivant une voie pour produire du SAF à plus grande échelle, cette nouvelle recherche pourrait permettre à la compagnie aérienne d’adopter plus largement ce carburant et de réduire les émissions de ses activités.

« Nous sommes ravis de nous associer au NREL alors que nous poursuivons notre voyage pour faire du SAF commercialement viable une réalité et une partie de l’avenir de Southwest », a déclaré Michael AuBuchon, directeur principal de la gestion de la chaîne d’approvisionnement en carburant chez Southwest.

« Il est indéniable que le rôle de la SAF dans la réduction des émissions dans l’ensemble de l’industrie et chez Southwest sera important. Les recherches du NREL pourraient permettre de changer la donne en rendant la SAF rentable, ce qui conduirait à son déploiement à plus grande échelle. »

« Notre route SAF n’est pas une solution miracle », a ajouté M. Vardon, « mais en tant que pièce du puzzle, elle pourrait faire une entaille significative dans une industrie notoirement difficile à décarboniser. »

L’équipe d’analyse du NREL a montré que les déchets humides, y compris les déchets alimentaires, ont un contenu énergétique suffisant pour couvrir environ 20 % de la consommation aux Etats-Unis de carburéacteur. Imaginez à l’échelle mondiale.

Le carburant étant l’une des principales sources d’émissions de gaz à effet de serre dans le secteur de l’aviation, la SAF à faible teneur en carbone produite à partir de déchets humides peu coûteux pourrait bien être ce qu’il faut pour que la décarbonisation prenne de l’ampleur.

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