Décarbonisation de l'aviation : Technologies habilitantes pour un avenir à zéro émission

Résumé

La combustion du kérosène est l'un des principaux mécanismes par lesquels l'aviation contribue au changement climatique. On estime qu'elle est responsable de 2 à 3 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone (_CO2), sans tenir compte des effets de réchauffement supplémentaires dus aux traînées de condensation. Ces émissions pourraient tripler d'ici 2050, représentant potentiellement 25 % du_CO2 libéré dans l'atmosphère, alors que les émissions des autres secteurs diminuent. Alors que la demande de transport aérien de personnes et de marchandises continue d'augmenter, la décarbonisation de l'industrie aéronautique est à bien des égards le défi le plus difficile à relever pour le secteur des transports, en grande partie parce que les contraintes de poids et d'espace du transport aérien sont satisfaites de la manière la plus rentable en utilisant des combustibles fossiles à forte densité d'énergie. Malgré ce défi, les pays se sont engagés à réduire l'empreinte climatique de l'industrie aéronautique, la plupart des efforts déployés à ce jour étant axés sur l'augmentation de l'utilisation de carburants aéronautiques durables (SAF). Dans la pratique, les SAF désignent généralement des biocarburants dérivés d'huiles et de graisses usagées traitées à l'hydrogène, de sorte que le produit final est chimiquement identique au kérosène. Ces FAS d'origine biologique sont la seule alternative au kérosène qui soit entièrement disponible dans le commerce aujourd'hui. Leur impact sur le climat dépend de nombreux facteurs, mais, en théorie, certains FAS d'origine biologique peuvent permettre des réductions substantielles de_CO2. Par exemple, on estime que les méthodes de production typiques des esters et acides gras hydrotraités (HEFA), une forme courante de SAF, permettent de réduire les émissions de gaz à effet de serre de 50 à 65 % par rapport au carburéacteur conventionnel sur l'ensemble du cycle de vie. 

Toutefois, il est peu probable que l'on s'en remette exclusivement aux biocarburants pour atteindre les objectifs déclarés de décarbonisation à long terme, compte tenu des contraintes liées aux matières premières et des préoccupations en matière de durabilité liées à l'effet indirect de la production de biocarburants sur l'agriculture et l'utilisation des sols. Si l'on compare les projections relatives à l'offre de biocarburants durables à la croissance prévue de la demande d'énergie pour l'aviation au cours des prochaines décennies, on constate que, d'ici le milieu du siècle, la demande d'énergie pour l'aviation - estimée à 21,5 quadrillions de BTU (quads) - pourrait représenter le double de l'énergie disponible à partir de l'offre mondiale de biocarburants projetée. Ce déficit met en évidence la nécessité de développer d'autres technologies d'aviation à faible teneur en carbone ou sans carbone. Les principaux candidats sont les carburants synthétiques ou électroniques qui, comme les SAF, pourraient être utilisés pour remplacer le kérosène fossile, l'utilisation directe de l'hydrogène et de l'ammoniac comme carburants pour les avions, et les avions entièrement électriques. Ce rapport s'appuie sur la littérature et sur des entretiens avec les principaux acteurs du marché pour examiner en détail chacune de ces options de décarbonisation de l'aviation non fossile. 

Les carburants synthétiques sont des carburants hydrocarbonés généralement synthétisés à partir de gaz de synthèse, un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène. Les carburants synthétiques peuvent permettre des réductions substantielles de_CO2 en fonction de la source de_CO2 et de l'intensité de carbone de l'hydrogène utilisé pour les produire. Ils sont parfois appelés "e-carburants", si les carburants synthétiques utilisent de l'hydrogène provenant de processus électrolytiques. Plusieurs options bénéfiques pour le climat pour l'approvisionnement en_CO2 sont à l'étude, y compris le captage du_CO2 aux points d'émission tels que les centrales électriques, la gazéification de la biomasse des déchets, le captage direct du_CO2 de l'atmosphère dans l'air et le captage du carbone dans l'eau de mer. D'un point de vue technique, les options les plus abouties de ces sources de carbone impliquent le piégeage du carbone à des sources ponctuelles, tandis que les moins abouties utilisent le piégeage du carbone dans l'eau de mer. Le captage direct dans l'air (DAC) est probablement la technologie la plus facilement extensible, mais c'est aussi actuellement la plus coûteuse, entre 600 et 1 000 dollars par tonne métrique de_CO2 ^capturé1. Ce coût est nettement plus élevé que celui du captage ponctuel du_CO2, qui se situe entre 15 et 130 dollars par tonne métrique. À l'avenir, les coûts du CED devraient baisser, en particulier si l'on exploite les avantages de la co-localisation hors réseau avec les énergies renouvelables. Cela pourrait faire du CED, avec la gazéification des déchets de biomasse, l'une des sources de_CO2 les plus économiques et les plus bénéfiques pour le climat. Le captage du carbone dans l'eau de mer est une idée relativement nouvelle, mais elle pourrait être prometteuse, surtout si l'on considère que la concentration de_CO2 dans l'océan est 120 à 150 fois supérieure à sa concentration dans l'atmosphère. Toutefois, pour poursuivre cette option, il sera important de répondre aux préoccupations concernant les effets potentiels sur l'écologie des océans et de déterminer avec un haut degré de certitude la vitesse à laquelle l'océan réabsorbera le_CO2 de l'air.   

L'hydrogène propre avec peu ou pas d'émissions de carbone en amont est l'autre composant nécessaire pour synthétiser le carburant d'aviation. Du point de vue du climat, l'hydrogène produit par électrolyse de l'eau en utilisant des ressources électriques propres est probablement la meilleure option, mais l'hydrogène produit par reformage des combustibles fossiles avec capture du carbone jouera probablement aussi un rôle. Quoi qu'il en soit, l'hydrogène à faible teneur en carbone doit être produit à un prix compétitif. Les prévisions mondiales actuelles vont de 1 à 6 dollars par kilogramme (kg), avec des variations significatives des coûts de production entre des projets spécifiques et des zones géographiques en raison de différences dans les méthodes de production, les coûts d'investissement des énergies renouvelables, les coûts d'investissement des équipements, ainsi que les coûts d'exploitation et d'entretien.  

Une fois les deux composants obtenus, le_CO2 et l'hydrogène à faible teneur en carbone capturés peuvent être convertis en gaz de synthèse en vue d'une conversion Fischer-Tropsch ultérieure en hydrocarbures liquides, ou ils peuvent être synthétisés en alcool, tel que le méthanol, qui peut ensuite être converti en kérosène synthétique par le biais de la technologie de conversion de l'alcool en carburant aviation. Les estimations actuelles du coût du carburant synthétique varient de 1,50 à 4,50 dollars par gallon, soit deux à cinq fois le coût du kérosène traditionnel. Les prix devraient baisser à mesure que les coûts du_CO2 et de l'hydrogène diminuent et que le marché se développe. Cela dit, le coût élevé des carburants synthétiques aujourd'hui ne diminue pas l'importance de cette technologie. Comme les biocarburants, le kérosène synthétique, également appelé SAF synthétique, offre une solution immédiate - il peut être introduit lentement et mélangé directement au carburéacteur actuel, de sorte que le marché a le temps de se développer alors même que les émissions commencent à diminuer.  

Malgré les avantages potentiels des SAF synthétiques, des technologies aériennes sans carbone plus ambitieuses sont en cours de développement. L'hydrogène peut être utilisé pour propulser les avions, réduisant ainsi une part importante des émissions de l'aviation à un niveau proche de zéro, en fonction de l'origine de l'hydrogène. Cette option nécessite toutefois un développement important de l'infrastructure de l'hydrogène et implique des changements dans la conception des avions qui nécessiteraient un long processus de recertification ; en outre, les avions à plus long rayon d'action perdraient leurs sièges passagers au profit des réservoirs d'hydrogène. Jusqu'à présent, les efforts de développement de la technologie des aéronefs à hydrogène se sont concentrés sur les petits aéronefs destinés aux liaisons régionales.  

Une autre option sans carbone est le vol à l'ammoniac. L'ammoniac, un vecteur d'hydrogène, contient 49 % d'énergie en plus par volume que l'hydrogène liquide, ce qui signifie que les avions alimentés à l'ammoniac pourraient utiliser des configurations conventionnelles tout en parcourant des distances jusqu'à deux fois supérieures à celles des avions alimentés à l'hydrogène. Toutefois, la toxicité du carburant et, comme pour l'hydrogène, la nécessité d'une infrastructure spécialisée sont des inconvénients, la toxicité étant particulièrement préoccupante pour les avions de transport de passagers. L'ammoniac est prometteur, mais la technologie a environ 10 ans de retard sur l'hydrogène, ce qui signifie que sa contribution à la décarbonisation de l'aviation à l'horizon 2025-2050 sera probablement faible.   

De même, les avions entièrement électriques pourraient finir par jouer un rôle de niche, mais cette technologie ne devrait pas permettre de réduire de manière significative les émissions par rapport au transport aérien traditionnel. La principale raison est que des densités d'énergie de batterie d'environ 750 wattheures par kilogramme (Wh/kg) seraient nécessaires pour assurer des vols commerciaux sur des distances régionales. Cela représente trois à quatre fois la densité énergétique des batteries disponibles aujourd'hui. Même si la technologie des batteries progresse, l'hydrogène ou l'ammoniac resteront probablement la meilleure option. L'électricité en tant que source d'énergie pour le transport aérien est la solution la plus judicieuse pour les opérations intra-urbaines utilisant des avions électriques à décollage et atterrissage verticaux (eVTOL), une technologie qui pourrait contribuer à réduire le trafic de véhicules routiers si son marché se développe.  

La présente étude s'appuie sur des informations tirées d'une étude documentaire et d'entretiens avec des acteurs de l'industrie pour élaborer des scénarios permettant de réduire à zéro les émissions de l'aviation d'ici à 2050 en utilisant un mélange de quatre des carburants aéronautiques susmentionnés : bio-SAF, kérosène synthétique, hydrogène et ammoniac^.2 Pour étayer notre analyse, nous avons comparé nos résultats aux projections d'approvisionnement pour chaque carburant du scénario de réduction nette des émissions d'ici à 2050 (NZE) de l'Agence internationale de l'énergie (AIE). Aucune des quantités de combustibles requises dans nos scénarios n'a été autorisée à dépasser les projections d'approvisionnement du scénario NZE de l'AIE, à l'exception de l'ammoniac, pour lequel les projections de l'AIE ne tiennent compte que des utilisations existantes et de l'utilisation des combustibles marins. Pour l'hydrogène, nous utilisons les projections de la NZE de l'AIE concernant l'approvisionnement en hydrogène pour les transports uniquement, ce qui représente environ la moitié des projections de l'AIE pour l'approvisionnement total en hydrogène. L'approvisionnement en carburants synthétiques a été régi par les projections de l'AIE concernant le_CO2 disponible provenant uniquement des DAC.   

Compte tenu de ces contraintes et des connaissances acquises lors des entretiens, notre scénario de référence suppose que 90 % des matières premières disponibles pour les biocarburants sont destinées à la production de SAF. En outre, les avions fonctionnant à l'hydrogène sont censés couvrir 20 % des vols régionaux (moins de 750 miles, ou 1207 km), tandis que les avions fonctionnant à l'ammoniac sont censés couvrir 10 % des vols de moins de 1650 miles (2655 km). La demande restante est supposée être couverte par des carburants synthétiques. Avec ces hypothèses, le mélange de carburants de 2050 sur le marché de l'aviation se compose de 86 % de SAF bio et synthétiques, tandis que carburants à zéro émission de carbone représente les 14 % restants dans notre scénario de référence. La partie inférieure de la figure E.S.1. montre l'énergie nécessaire aux carburants pour l'aviation en pourcentage de l'offre totale prévue par l'AIE. 

Figure E.S.1 : Résultats pour le cas de base  

Comme indiqué sur la figure, les projections de l'AIE concernant l'ammoniac n'incluent pas la demande de l'aviation, ce qui signifie que la production mondiale d'ammoniac devrait augmenter de 19 % supplémentaires par rapport aux projections de l'AIE. Selon les estimations de l'AIE, l'ensemble du secteur des transports consommera 12,5 quads de carburant synthétique et 23,3 quads d'hydrogène en 2050. Dans notre scénario de référence, l'aviation représente respectivement 68,5 % et 81,7 % de la demande du secteur des transports pour ces deux carburants, alors que notre estimation de la demande d'hydrogène dans le scénario de référence comprend le carburant pour les vols directs à l'hydrogène, ainsi que l'hydrogène nécessaire comme matière première pour produire les trois autres carburants. Un scénario dans lequel le secteur de l'aviation utiliserait 81,7 % de tout l'hydrogène prévu pour les transports dans le scénario NZE de l'AIE pour 2050 (ou 40,3 % de l'offre totale d'hydrogène prévue) aurait des conséquences importantes et nécessiterait probablement des interventions spécifiques en matière de politique et de planification afin d'éviter des pénuries d'approvisionnement susceptibles d'augmenter les coûts dans l'ensemble de l'industrie. 

L'analyse des autres scénarios de combinaison de carburants met en évidence un autre problème : le recours accru à des carburants synthétiques relativement simples et faciles à intégrer pour répondre à la demande future de l'aviation nécessite la plus grande quantité d'hydrogène de tous les scénarios analysés - 3,18 quads d'hydrogène de plus que le scénario de base mentionné plus haut. En revanche, le scénario qui met l'accent sur le déploiement agressif d'avions à hydrogène est celui qui nécessite le moins d'hydrogène. Ce résultat peut-être surprenant illustre à la fois (1) la mesure dans laquelle la demande future d'hydrogène sera déterminée par son utilisation en tant qu'intrant nécessaire à la production de SAF synthétique et (2) l'avantage d'utiliser directement l'hydrogène en raison de son énergie spécifique élevée. En résumé, il existe des compromis entre la commodité d'une SAF synthétique prête à l'emploi, la capacité d'augmenter rapidement la production d'hydrogène à faible teneur en carbone et l'incertitude quant à la rapidité avec laquelle les vols directement propulsés par l'hydrogène pourraient se développer.  

Pour surmonter ces difficultés et promouvoir les outils et les technologies nécessaires à la décarbonisation de l'aviation, un large éventail de politiques est nécessaire. Un outil politique largement applicable est une norme sur les carburants propres, qui exigerait des réductions progressives de l'intensité en carbone de la gamme des carburants utilisés dans les transports. Une norme solide sur les carburants propres comprendrait : une trajectoire vers l'objectif zéro net d'ici le milieu du siècle, une comptabilité solide et complète des GES sur le cycle de vie, des garanties contre une dépendance excessive à l'égard de matières premières non durables, et une couverture multisectorielle avec des restrictions appropriées sur les échanges de crédits intersectoriels afin d'éviter des scénarios dans lesquels les compagnies aériennes achètent des crédits peu coûteux générés dans d'autres secteurs plutôt que d'investir dans le développement de carburants aéronautiques à faible teneur en carbone. Parmi les autres politiques utiles, citons les mandats ou les subventions à la production de SAF synthétiques, ainsi que les politiques conçues pour soutenir la production de SAF synthétiques en stimulant l'offre d'hydrogène respectueux du climat et de matières premières à base de carbone. Enfin, les gouvernements devraient envisager des politiques qui contribuent à accélérer la commercialisation complète des technologies essentielles nécessaires à la décarbonisation de l'aviation en investissant activement dans des initiatives de recherche et de développement. 

En résumé, l'offre prévue de biocarburants respectueux du climat n'est probablement pas suffisante pour répondre à l'ensemble des besoins énergétiques du secteur de l'aviation. D'autres types de vecteurs énergétiques devront être étudiés, développés et éventuellement déployés. Notre analyse montre que, même si de nombreux obstacles importants subsistent, le déficit potentiel de l'approvisionnement en énergie aéronautique à faible teneur en carbone dû aux problèmes de durabilité des biocarburants peut être géré à l'aide d'autres technologies habilitantes. La réalisation d'un tel avenir multicarburant nécessitera toutefois une quantité massive d'hydrogène à faible teneur en carbone, des réductions de coûts significatives et une innovation importante, sous l'impulsion de changements stratégiques majeurs dans le secteur de l'aviation et de politiques bien conçues pour créer les incitations adéquates. Cela dit, si elle est couronnée de succès, une approche multicarburants pourrait ouvrir la voie à la réalisation d'engagements ambitieux en matière de décarbonisation dans le secteur de l'aviation.

1. Introduction

La capacité de transporter des personnes et des marchandises sur de longues distances par voie aérienne est une caractéristique déterminante de l'ère moderne, et avec l'augmentation des revenus dans le monde entier, la demande de transport aérien n'a cessé de croître, avec des conséquences directes sur l'utilisation de l'énergie par l'aviation et sur les effets du changement climatique. Les avions, qui nécessitent des carburants à forte densité énergétique en raison de leur poids et de leurs contraintes d'espace, fonctionnent aujourd'hui presque exclusivement au kérosène, un carburant à forte intensité de carbone produit à partir du pétrole^.3 Les émissions de dioxyde de carbone (_CO2) provenant de la combustion du kérosène constituent donc un mécanisme important par lequel l'aviation contribue au réchauffement de la planète. En 2018, on estimait que les émissions directes des opérations aériennes représentaient environ 2,5 % des émissions mondiales de_CO2^.4 Alors que les émissions des autres secteurs commencent à diminuer, au rythme actuel, l'aviation pourrait représenter 25 % des émissions de_CO2 dans l'atmosphère d'ici 2050.

Les opérations aériennes ont également d'autres effets sur l'atmosphère terrestre. Généralement résumé par l'expression "effets autres _que le CO2", un réchauffement supplémentaire se produit lorsque les émissions des moteurs, telles que le carbone noir (suie), les aérosols sulfatés et les oxydes d'azote, se fixent à la vapeur d'eau atmosphérique, formant des cirrus et des traînées de condensation dans la stratosphère qui interagissent avec le méthane atmosphérique et l'ozone de la troposphère. L'incertitude est plus grande quant à ces impacts directs et indirects, mais des études récentes concluent que leur effet net de réchauffement est à peu près égal, voire supérieur, à la contribution des émissions de_CO2 des aéronefs.  

Plusieurs caractéristiques du secteur de l'aviation - notamment ses impacts climatiques multiformes, sa forte trajectoire de croissance prévue, sa demande de carburants à forte densité énergétique et son important stock d'équipements et d'infrastructures à longue durée de vie qui ont été optimisés pour un seul type de carburant - représentent un défi de taille pour la décarbonisation. Néanmoins, l'industrie a pris une série d'engagements ces dernières années pour réduire son empreinte climatique. L'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), un organe technique des Nations unies qui sert de forum mondial de politique et de normes pour l'industrie aéronautique, a adopté en 2010 la résolution A37-19 qui vise à améliorer de 2 % par an le rendement énergétique des carburants jusqu'en 2050 et à atteindre une croissance neutre en carbone à partir de 2020, en maintenant effectivement les émissions actuelles de l'aviation jusqu'au milieu du^siècle5. En 2021, l'Association du transport aérien international (IATA), qui représente 300 compagnies aériennes, a adopté une résolution appelant ses membres à parvenir à des émissions nettes de carbone nulles d'ici à 2050^{.6 L'} OACI lui a emboîté le pas en 2022, ses États membres convenant d'un objectif ambitieux actualisé d'émissions nettes de_CO2 nulles d'ici à 2050^.7 De nombreuses compagnies aériennes individuelles, dont beaucoup de grands transporteurs, ont pris des engagements tout aussi ambitieux. 

À ce jour, les efforts déployés pour commencer à tenir ces engagements se sont largement concentrés sur l'utilisation accrue de carburants aéronautiques durables (SAF), une désignation qui pourrait théoriquement englober une série d'alternatives respectueuses du climat au kérosène conventionnel utilisé comme carburant pour les avions à réaction. Cependant, aucune définition claire de ce qui est "durable" dans le contexte de l'aviation n'a été établie, et le terme SAF n'a jamais été appliqué de manière cohérente. Dans la pratique, les biocarburants destinés à l'aviation - plus précisément les graisses, les huiles usées et les huiles végétales qui ont été traitées à l'hydrogène pour pouvoir être mélangées au kérosène - sont la seule solution de remplacement du carburéacteur à base de pétrole qui soit pleinement disponible sur le marché aujourd'hui. Bien que l'on considère souvent que tout carburant d'origine biogène est durable par définition, la réalité est que les différents biocarburants varient considérablement en termes d'émissions de carbone tout au long de leur cycle de vie, ainsi qu'en termes d'avantages écologiques et sociaux. Ces impacts dépendent d'une multitude de facteurs, notamment les besoins en terre, en eau et en énergie associés aux différents types de matières premières, aux pratiques culturales et aux processus de production des carburants. Cela dit, du seul point de vue du climat, les réductions de carbone sur l'ensemble du cycle de vie obtenues en utilisant des biocarburants à base de déchets plutôt que des combustibles fossiles conventionnels peuvent être substantielles. D'autres options potentielles à faible ou zéro émission de carbone pour répondre aux besoins énergétiques du secteur de l'aviation, telles que les carburants synthétiques ou électroniques, les vols directement alimentés par l'hydrogène ou l'ammoniac, ou l'électrification, sont prometteuses mais ne sont pas encore disponibles sur le marché.  

En septembre 2022, Clean Air Task Force (CATF) a publié un rapport sur les défis et les opportunités de la décarbonisation pour le secteur de l'aviation qui reflète l'intérêt actuel pour les carburants alternatifs à base de biomasse. Le rapport a d'abord défini les arguments en faveur de la décarbonisation de l'aviation, notamment en estimant l'impact de l'aviation sur le climat en 2050, puis a examiné spécifiquement les contraintes liées à la production durable de biocarburants dans le contexte de ces projections de la demande future d'énergie pour l'aviation^.8 Il a conclu que les options basées sur la biomasse pour la décarbonisation de l'aviation ne seront probablement pas suffisantes. Les biocarburants joueront certainement un rôle, et leurs avantages en termes de compatibilité avec les avions et les infrastructures de ravitaillement existants sont importants, surtout à court terme. Mais les approvisionnements en SAF qui sont largement disponibles sur le marché aujourd'hui sont fondamentalement limités par les contraintes liées aux matières premières et à l'utilisation des terres, par la concurrence avec la production alimentaire et par les préoccupations écologiques qui limiteront en fin de compte la part des émissions de l'aviation qui peut être traitée par la seule utilisation des biocarburants.  

Ce document fait suite aux principales conclusions du rapport précédent de CATFet présente une analyse plus complète d'autres options non biocarburants pour le secteur de l'aviation, notamment les carburants liquides synthétiques qui peuvent être produits à partir de carbone capturé et d'hydrogène renouvelable, ainsi que d'autres carburants de substitution tels que l'hydrogène et l'ammoniac. Pour chacune de ces solutions, nous faisons le point sur les perspectives actuelles, en nous appuyant sur les conclusions de la littérature et sur des entretiens avec des dirigeants de l'industrie pour mettre en évidence les récents développements en matière de coûts et de technologies dans les domaines de la production de carburants synthétiques, du piégeage du carbone et de la production d'hydrogène à faible teneur en carbone. Les sections suivantes abordent brièvement les impacts climatiques autres _que le CO2 et examinent les scénarios de décarbonisation du secteur de l'aviation qui s'appuient sur différentes combinaisons de carburants à faible teneur en carbone et de carburants à base de carbone ( carburants à zéro émission de carbone). Nous présentons également des recommandations politiques pour soutenir le développement d'une gamme plus large de carburants aviation respectueux du climat. Enfin, bien qu'il s'agisse d'un sujet important, une évaluation rigoureuse de la question de savoir si, quand et dans quelle mesure le carbone capturé doit être séquestré de manière permanente ou utilisé pour fabriquer des carburants synthétiques est un sujet réservé pour des travaux futurs. 

2. Le rôle des biocarburants

Comme indiqué dans l'introduction, les biocarburants représentent la majeure partie de ce que l'on appelle aujourd'hui le carburant aviation durable (SAF). Le carburant aviation d'origine biologique a commencé à être utilisé en quantités significatives en 2016, la production mondiale augmentant rapidement, passant de moins de 10 millions de litres par an au départ à bien plus de 100 millions de litres en 2019^.9 Plus récemment, l'utilisation mondiale de SAF a encore augmenté, atteignant 300 millions de litres en 2022, selon les données publiées par l'Agence internationale de l'énergie (AIE)^.10 En tant que fraction de l'utilisation de carburéacteur conventionnel, la contribution du SAF reste toutefois faible - de l'ordre de 0,1 % sur la base d'une demande mondiale de carburéacteur estimée à 360 milliards de litres en 2022^.11  

Plusieurs facteurs expliquent l'accent mis sur les biocarburants en tant que voie privilégiée à court terme pour réduire les émissions de carbone de l'aviation. Tout d'abord, ces carburants sont déjà disponibles dans le commerce grâce à des chaînes d'approvisionnement bien rodées, dont la plupart utilisent des matières premières biogènes telles que les huiles de cuisson usagées, les graisses animales ou les huiles végétales. Grâce à un processus de conversion connu sous le nom d'esters et d'acides gras hydrotraités (HEFA), ces graisses et ces huiles sont traitées avec de l'hydrogène pour créer des carburants hydrocarbonés qui ont la même densité énergétique que le kérosène fossile et qui peuvent être facilement mélangés au carburéacteur conventionnel.^L 'utilisation de biocarburants à 100 % est techniquement possible et a fait l'objet de démonstrations sur différents moteurs lors de plusieurs vols au cours des cinq dernières années par GE Aerospace et d'^{autres13 ,} mais elle doit encore être entièrement validée pour toutes les spécifications techniques applicables aux carburéacteurs commerciaux, y compris la teneur en aromatiques et d'autres propriétés, avant d'être approuvée et utilisée à grande échelle.  

En tant que substitut direct du kérosène ne nécessitant aucune modification majeure de la conception des moteurs d'avion ou de l'infrastructure d'approvisionnement en carburant, le carburéacteur dérivé du HEFA présente des avantages importants par rapport à d'autres vecteurs énergétiques potentiels tels que l'hydrogène ou l'ammoniac, qui ont une densité énergétique bien plus faible et ne peuvent pas être facilement intégrés dans les systèmes de carburant existants. Et bien que le biocarburant destiné aux utilisations finales de l'aviation coûte actuellement plus cher que le carburéacteur classique - 1,80 dollar par litre de biocarburant contre 0,49 dollar par litre de carburéacteur classique - il s'agit du carburant à faible teneur en carbone le moins coûteux dont dispose aujourd'hui l'industrie^.14 À cette fin, de grands aéroports comme l'aéroport de San Francisco (SFO) reçoivent déjà des SAF dans leurs pipelines et s'emploient activement à les augmenter - SFO vise 20 % de SAF d'ici à 2030 - et cherchent également des moyens pour les aéroports de réduire le coût des SAF livrés. L'une des options envisagées consiste à utiliser des subventions gouvernementales ou d'autres mesures incitatives pour compenser le coût supplémentaire des achats de FAS au cours des prochaines années et accélérer l'utilisation de carburants plus propres.  

Toutefois, il est peu probable que l'on puisse s'appuyer exclusivement sur les biocarburants pour atteindre les objectifs de décarbonisation à long terme, pour les raisons soulignées dans le rapport 2022 de CATF(voir note de bas de page n° 8). L'un des problèmes est que les avantages des biocarburants en termes de réduction des émissions de carbone sont incertains et peuvent varier considérablement en fonction du choix des matières premières. L'offre de matières premières largement disponibles sur le marché aujourd'hui et pouvant être utilisées pour produire économiquement des carburants présentant des avantages environnementaux évidents - par exemple, des matières premières telles que les huiles et les graisses usagées - est intrinsèquement limitée. Face à ces limitations, le marché des biocarburants s'est appuyé sur des matières premières cultivées à la ferme, comme le maïs et le soja, mais la demande supplémentaire de cultures d'amidon et d'huile végétale à forte intensité foncière contribue directement et indirectement à des changements d'affectation des sols entraînant une réduction des émissions de carbone. D'autres facteurs viendront encore limiter l'offre de biocarburants, notamment les méthodes et les sources d'énergie utilisées pour produire de l'hydrogène, un intrant nécessaire à la transformation des matières biogènes en carburant utilisable par les aéronefs.  

En partant d'une moyenne mondiale pondérée en fonction du volume de 88,7 grammes d'_{équivalent CO2} par mégajoule (_gCO2e/MJ) pour le carburéacteur^{classique15 ,} les modèles d'émissions sur le cycle de vie indiquent que les SAF permettent généralement de réduire les émissions de_{CO2e sur}le cycle de vie de 25 % à 85 %. En comparaison, les réductions modélisées des émissions de cycle de vie des carburants HEFA se situent dans une fourchette de 50 à 65 %^.16 Il s'agit d'une fourchette importante avec des émissions résiduelles considérables qu'il faudrait traiter pour atteindre pleinement l'objectif net zéro^.17 Pour aider à limiter la définition, le SAF Grand Challenge du gouvernement américain et son crédit d'impôt pour la production de SAF fixent la barre de ce qui peut être considéré comme un carburant aéronautique durable à une réduction minimale de 50 % des émissions de_{CO2e sur}le cycle de vie par rapport au carburant conventionnel^.18  

Il existe d'autres méthodes pour produire des SAF à partir d'autres matières premières biogènes, dont certaines sont actuellement utilisées pour produire des carburants pour véhicules tels que le biodiesel. Par exemple, en employant des méthodes de fermentation avancées avec des cultures sucrières, telles que le maïs, il est possible de créer du carburéacteur avec de l'alcool comme intermédiaire, ou via un nouveau processus tel que la valorisation catalytique des huiles de lignine^.19 Une autre option est la synthèse Fischer-Tropsch des déchets solides municipaux et des matières premières de la biomasse lignocellulosique, telles que les résidus forestiers et agricoles ou le panic érigé et le miscanthus. Toutefois, ces voies impliquent des coûts plus élevés et ne sont pas encore aussi mûres que l'HEFA. En outre, la concurrence avec d'autres utilisations des sols, les préoccupations écologiques, ainsi que l'ampleur et le rythme du déploiement et de l'innovation en matière de matières premières et de technologies pourraient en fin de compte limiter leur potentiel. 

CATFLe rapport 2022 de la Commission européenne sur la décarbonisation de l'aviation a comparé les niveaux actuels de production de biocarburants aux projections de la demande d'énergie pour l'aviation au cours des prochaines décennies. En 2019, la demande énergétique du secteur de l'aviation a atteint un niveau historique d'environ 14 quadrillions de Btu (quads). Cette même année, la production mondiale de tous les types de biocarburants destinés au transport s'est élevée à environ 3,65 quads. Le transport aérien et la demande d'énergie associée ont fortement diminué pendant les années pandémiques de 2020 et 2021, mais ont depuis rebondi : selon l'AIE, la demande mondiale d'énergie dans le secteur de l'aviation en 2022 était de 10,8 quadrillions de BTU. L'utilisation mondiale de biocarburants pour les transports a quant à elle continué de croître, atteignant 4,08 quads en 2022 selon l'AIE. Toutefois, seule une très petite partie de la production actuelle de biocarburants est destinée à l'aviation - la grande majorité est constituée d'éthanol et de biodiesel, qui sont principalement destinés aux véhicules légers et lourds, respectivement.   

En somme, pour remplacer de manière substantielle le carburéacteur classique, la production mondiale de biocarburants devrait être multipliée au moins par deux ou trois, et une part beaucoup plus importante de la production devrait être affectée au secteur de l'aviation. La poursuite de la croissance de la demande globale d'énergie pour l'aviation dans les années à venir ajouterait au défi de la mise à l'échelle, nécessitant une nouvelle expansion de l'offre de biocarburants pour suivre le rythme et pouvant exacerber les problèmes de durabilité connexes, en fonction du rythme de développement des biocarburants avancés et de la technologie des matières premières. Les contraintes liées aux matières premières limiteront également les possibilités de réduction des coûts à l'avenir et les biocarburants pourraient devenir plus chers au fil du temps si les cultures destinées à la production de carburant pour l'aviation entrent en concurrence avec d'autres utilisations des sols^.20 Les estimations actuelles suggèrent que la demande mondiale d'énergie pour l'aviation au milieu du siècle pourrait être jusqu'à 50 % plus élevée que le total de 2019 d'environ 14 quads : plus précisément, les estimations de la demande future prises en compte dans l'analyse 2022 de CATFsont de 15,9 quads en 2030, 18,8 quads en 2040, et 21,5 quads en 2050. Ces estimations sont utilisées comme base pour l'analyse du scénario multi-carburants plus loin dans ce rapport.  

L'industrie aéronautique elle-même reconnaît que les SAF actuelles ne seront pas suffisantes. Dans son plan "Fly Net Zero", par exemple, l'IATA prévoit que les SAF permettront de réaliser 65 % des réductions de_CO2 nécessaires pour amener le secteur de l'aviation à un niveau net zéro, le reste provenant d'une combinaison de nouvelles technologies et d'améliorations des infrastructures et des^{opérations21.}  

Cela ne veut pas dire que la poursuite du déploiement de SAF d'origine biogène commercialement viables et la recherche et le développement de SAF d'origine biogène non commercialement démontrés n'auront aucun rôle à jouer dans la décarbonisation de l'aviation. Des conversations récentes avec un fabricant de cellules d'avion, il ressort clairement que l'industrie considère les SAF d'origine biologique comme la technologie la plus critique pour respecter ses engagements en matière de décarbonisation. Le sentiment est que ce dont on a besoin maintenant, c'est d'une SAF à grande échelle. Ce point de vue a été partagé lors d'une discussion avec World Energy, l'un des principaux fournisseurs de SAF. World Energy pense, comme de nombreux acteurs du secteur, que le HEFA n'est qu'une solution partielle, mais affirme que la mise à l'échelle de la technologie HEFA actuelle est nécessaire au développement de l'infrastructure SAF dans l'ensemble de l'écosystème. Selon World Energy, la poursuite de l'amélioration du processus HEFA bien connu et l'augmentation de son efficacité aideront l'industrie à se préparer à la transition éventuelle vers de nouvelles technologies telles que les carburants synthétiques vers le milieu du siècle. Dans cette optique, World Energy prévoit d'augmenter la production de SAF à 25 000 barils par jour, en investissant 5 milliards de dollars sur le marché par le biais d'usines en Californie et au Texas. La société estime qu'un soutien public continu, le développement technologique, des fournisseurs à long terme, une confiance accrue dans le suivi et la vérification des matières premières parallèlement à l'augmentation de l'offre, une plus grande volonté de payer un supplément pour les FAS et un financement privé sont quelques-uns des éléments nécessaires à l'expansion des FAS et à l'augmentation de la part de marché des FAS par rapport au carburéacteur conventionnel, de sorte que l'aviation puisse commencer à se décarboniser. World Energy s'attend à ce que l'augmentation de la production soit absorbée par la demande qui devrait se matérialiser dans un avenir proche. Airbus, par exemple, vise des mélanges de SAF à 20 % d'ici à la fin de 2024 et à 30 % d'ici à 2030. Ce mouvement s'inscrit dans un contexte où les avionneurs envisagent de renouveler leur flotte en visant une augmentation d'environ 25 % de l'efficacité énergétique des aéronefs. 

Ensemble, ces perspectives illustrent le point de vue de l'industrie sur l'état des options à faible émission de carbone, tout en mettant plus clairement en évidence l'ampleur du défi que représente la décarbonisation de l'aviation. Elles conduisent à la conclusion inéluctable qu'un éventail plus large de stratégies et d'outils sera nécessaire pour respecter les engagements actuels en matière de climat.  

3. Approvisionnement en carbone et production d'hydrogène à faible teneur en carbone

Le terme de carburant synthétique est généralement utilisé pour désigner les carburants hydrocarbonés produits par une série de réactions chimiques à partir de gaz de synthèse - un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène qui peut être dérivé d'une variété de matières premières contenant du carbone. Dans le cadre de ce document, nous utilisons le terme de carburant synthétique ou de SAF synthétique pour désigner les carburants liquides pour l'aviation qui sont fabriqués à partir de_CO2 et d'hydrogène ou de gaz de synthèse. Parfois appelés électrocarburants ou e-carburants, ou étiquetés power-to-liquids dans certaines études, les carburants synthétiques peuvent offrir des avantages substantiels en termes de réduction des émissions de carbone par rapport aux carburants aéronautiques conventionnels, en fonction de la source de carbone et de l'intensité de carbone de l'hydrogène nécessaires comme matières premières.   

Les considérations technologiques relatives à la fourniture d'intrants tels que le_CO2 capturé, le gaz de synthèse dérivé de la biomasse et l'hydrogène à faible teneur en carbone sont des facteurs clés dans l'évaluation de la viabilité potentielle du carburéacteur synthétique en tant qu'option de décarbonisation pour le secteur de l'aviation. Ces technologies existent à un large éventail de niveaux de maturité technologique (TRL) et leurs coûts dépendent fortement de l'échelle, de la disponibilité des matières premières et de la demande du marché. La technologie la plus établie pour l'approvisionnement en_CO2 est le captage ponctuel du carbone, qui commence tout juste à atteindre l'échelle commerciale, tandis que le captage du carbone en mer vient tout juste d'être démontré. Le captage direct de l'air (CDA) et la gazéification de la biomasse se situent au milieu du spectre des technologies prêtes à l'emploi, mais, selon toute vraisemblance, toutes ces techniques pourraient être nécessaires pour stimuler le développement du marché des matières premières du_CO2. L'intensité en carbone et le coût de l'hydrogène constituent un autre facteur clé de l'accessibilité financière et du taux d'adoption probable des carburants synthétiques pour l'aviation.  

Il est clair que les acteurs de l'industrie qui cherchent à participer au marché florissant du carbone en tant que matière première pour les carburants devront prendre en compte de nombreux éléments, y compris la question de savoir s'il est préférable de séquestrer le carbone capturé. L'évaluation rigoureuse des avantages et des coûts de la séquestration par rapport à l'utilisation, y compris l'utilisation comme matière première pour la production de combustibles, ne fait pas partie du champ d'application de ce travail. Il s'agit toutefois d'un sujet important, qui doit être analysé de manière plus approfondie afin d'éclairer les discussions politiques futures.  

3.1 Captage ponctuel du carbone

L'une des options pour fournir du_CO2 pour la production de carburants synthétiques est de le capturer à partir de grandes sources ponctuelles telles que les centrales électriques ou les installations industrielles. Les technologies les plus abouties sur le plan commercial utilisent des produits chimiques absorbants, des sorbants ou une membrane pour séparer le_CO2 des autres composants présents dans le flux de gaz d'échappement après la combustion. Les systèmes chimiques utilisent des alcanolamines liquides ou de l'ammoniac pour se lier au_CO2. Dans ces systèmes, les gaz de combustion sont d'abord "nettoyés" avec une solution d'amine, puis la solution d'amine_{chargée de CO2} passe dans un régénérateur où la chaleur (sous forme de vapeur) est appliquée pour libérer le_CO2. Ce processus permet généralement de capturer 85 à 90 % du_CO2 présent dans les gaz de combustion. Les systèmes qui utilisent des sorbants solides ou une membrane pour séparer le_CO2 des autres gaz de combustion offrent des avantages potentiels en termes de réduction de la manipulation de produits chimiques dangereux et de tolérance potentiellement plus élevée aux impuretés, mais les systèmes à membrane, en particulier, sont encore peu avancés sur le plan technologique. 

Quelle que soit la méthode de séparation utilisée, les systèmes de capture du_CO2 ont besoin d'énergie pour fonctionner. Les systèmes absorbants ont besoin d'énergie pour pousser les gaz de combustion à travers une colonne ou une membrane absorbante, tandis que les systèmes à base d'amines ont besoin d'énergie pour extraire le_CO2 une fois qu'il a été capturé, afin que le solvant chimique puisse être réutilisé. Plus les besoins énergétiques du système de capture sont élevés, plus son fonctionnement sera coûteux. Comme la production de carburéacteur synthétique exigera des volumes importants de_{CO2 de} haute pureté, cette exigence, parmi d'autres considérations, jouera un rôle dans le choix du système de capture optimal pour la source d'émissions utilisée.  

Les émissions associées au captage ponctuel sont un autre élément à prendre en considération, car l'obtention de_CO2 par cette méthode et son utilisation comme matière première pour la production de combustibles synthétiques s'apparentent à un recyclage du carbone. Le processus ne sera jamais net-zéro, mais le fait d'utiliser le carbone plus d'une fois avant qu'il ne soit libéré dans l'atmosphère se traduit par un bénéfice net pour le climat. Des acteurs du secteur comme ETFuels partagent ce point de vue ; dans une interview accordée à CATF, l'entreprise a indiqué que l'utilisation de carbone extrait d'une source ponctuelle non biogénique réduit les émissions nettes d'au moins 50 % et devrait donc être autorisée dans le cadre des politiques relatives aux carburants à faible teneur en carbone. ETFuels a également souligné que si la capture de sources ponctuelles est moins bénéfique pour le climat que le fait d'éviter complètement les combustibles à base de carbone, elle est en fin de compte toujours utile, tant que les sources de carbone qui encouragent l'extraction de combustibles fossiles supplémentaires, telles que les refineries de pétrole, de gaz naturel et de charbon, sont évitées au profit de sources de processus inévitables, telles que les cimenteries et les aciéries, afin d'empêcher le développement d'incitations perverses en faveur des combustibles fossiles. Enfin, l'entreprise a noté que l'analyse du cycle de vie (ACV) sera délicate, mais qu'il est important de la réaliser correctement. HIF Global, une autre entreprise spécialisée dans les biocarburants, s'est fait l'écho de ce point de vue, en déclarant que l'attention étroite portée par de nombreux décideurs politiques à l'utilisation de_CO2 d'origine biogénique n'est pas la bonne chose à faire. HIF Global estime que le_CO2 n'est que la colle qui rend l'hydrogène propre plus utile. En tant que telles, les sources ponctuelles raisonnables de_CO2 sont des matières premières valables tant que l'ACV est rigoureuse et prend correctement en compte ces sources de carbone "moins vertes". CATF estime également qu'il est essentiel d'obtenir le_CO2 le moins cher possible au cours des premières étapes du développement du marché. Une fois qu'un marché est établi et que les prix commencent à baisser en raison de l'échelle, les politiques peuvent être conçues pour être plus strictes en ce qui concerne l'intensité de carbone de la matière première^.22  

Le coût relativement faible du piégeage ponctuel du carbone est son principal avantage par rapport à d'autres méthodes de piégeage plus récentes. Les estimations de la littérature vont de 15 dollars par tonne métrique de_CO2 à 130 dollars par tonne métrique, en fonction d'une série de facteurs, notamment la source d'émissions, la concentration de_CO2 dans les gaz de combustion, la technologie de piégeage utilisée et d'autres^variables23. Selon l'AIE, les coûts de piégeage pour les sources ayant une faible concentration de_CO2 dans les gaz de combustion - notamment les centrales électriques et les aciéries ou cimenteries - vont de 40 à 120 dollars par tonne métrique ; les coûts de piégeage sont moins élevés pour les installations qui émettent un flux de_CO2 plus concentré, comme les usines de bioéthanol, d'ammoniac et de traitement du gaz^naturel24.  

Des recherches sont en cours dans de nombreux domaines afin d'améliorer les performances et de réduire le coût des systèmes de capture du_CO2. Les domaines qui font l'objet d'une recherche active comprennent les systèmes avancés de sorbants et de solvants qui ont une plus grande capacité d'absorption, des besoins énergétiques de régénération plus faibles, une plus grande tolérance aux impuretés et d'autres avantages. Des travaux de R&D sont également en cours pour mettre au point des membranes améliorées, moins coûteuses, plus durables, plus perméables et plus sélectives pour le_CO2, et plus tolérantes aux contaminants. D'autres domaines potentiellement prometteurs pour le progrès technologique comprennent les systèmes hybrides qui combinent plus d'une technologie de capture et de nouveaux concepts tels que la séparation cryogénique et les membranes électrochimiques^.25    

3.2 Gazéification de la biomasse

La biomasse, en tant qu'alternative au_CO2 capturé, peut également fournir le carbone nécessaire à la production de carburants liquides synthétiques respectueux du climat. Dans cette voie, une matière première de biomasse est gazéifiée pour produire du gaz de synthèse qui peut ensuite être converti par Fischer-Tropsch en carburéacteur synthétique prêt à l'emploi. Les principales étapes du processus de gazéification sont présentées à la figure 1. 

En bref, la gazéification de la biomasse implique d'abord la récolte, le prétraitement (par exemple, le déchiquetage ou le broyage) et le séchage de la matière première de la biomasse, une étape de pyrolyse, au cours de laquelle la biomasse est soumise à une température élevée en l'absence d'oxygène pour produire des gaz d'hydrocarbures ("goudron") et de la biomasse carbonisée (charbon de bois) ;) et enfin, une étape de gazéification, dans laquelle une séquence de réactions d'oxydation et de réduction (généralement réalisée en brûlant d'abord les produits de la pyrolyse dans l'air à haute température, puis en faisant passer du_CO2 et de la vapeur sur un lit de charbon de bois très chaud) est utilisée pour convertir une fraction importante des gaz de goudron et du charbon de bois en_H2 et en CO. Comme le processus de gazéification génère des sous-produits et des contaminants, notamment des particules, des oxydes de soufre, des oxydes d'azote et des hydrocarbures tels que le goudron, le gaz de synthèse doit généralement subir une dernière étape d'épuration avant de pouvoir être utilisé pour synthétiser un combustible hydrocarboné liquide ou à d'autres fins. Ce processus est souvent personnalisé par les entreprises pour répondre à leurs besoins spécifiques, y compris l'utilisation directe du_{CO2 produit} plus tôt dans le processus de gazéification pour la synthèse de l'alcool.  

Figure 1 : La gazéification de la biomasse ^expliquée26  

La gazéification de la biomasse suscite actuellement de l'intérêt en tant qu'alternative ou complément potentiel à la production d'e-carburant à partir du_CO2 capturé. Les coûts des procédés de gazéification de la biomasse utilisés aujourd'hui dans les raffineries varient considérablement, les coûts de production de combustibles liquides (y compris l'éthanol, le méthanol et les carburants F-T) allant de 2 023 à 36 200 dollars par tonne métrique^.27 Les exemples les plus bas concernent la synthèse de l'éthanol et du méthanol, et bien que les détails de ces procédés soient sans aucun doute différents, ces voies de production sont similaires à celles prévues pour les projets à l'échelle commerciale de HIF Global au Chili, en Uruguay et en Tasmanie. Selon HIF Global, chacune de ces usines utilisera la biomasse résiduelle des forêts avoisinantes comme source de carbone durable pour produire des carburants synthétiques. Ensemble, elles représentent une capacité combinée de plus de 1,5 gigawatt (GW) d'électrolyseurs et produiront plus d'un million de tonnes métriques par an de méthanol synthétique. HIF Global a également l'intention de commencer la construction d'une usine plus importante au Texas en 2024. Cette installation prévoit une capacité d'électrolyse de 1,8 GW et une production attendue de 1,4 million de tonnes de méthanol synthétique. Le méthanol synthétique peut être converti en carburant d'aviation grâce à la technologie "alcohol-to-jet". 

Ces types de projets reflètent l'optimisme selon lequel la gazéification de la biomasse pourrait être une option intéressante à court terme pour la production de carburant aviation respectueux du climat, en particulier dans les endroits où la biomasse à faible coût ou les matières premières de déchets sont disponibles à proximité d'intrants énergétiques à faible coût et à faible teneur en carbone. Les recherches en cours portent notamment sur l'amélioration des procédés et les technologies de gazéification qui augmentent le rendement en gaz de synthèse tout en réduisant la demande d'énergie du système et les exigences en matière d'épuration du gaz de synthèse. En outre, le type de biomasse gazéifiée a une incidence sur l'intensité carbonique du combustible obtenu, de sorte qu'une évaluation du devenir de la matière première de la biomasse - c'est-à-dire ce qu'il serait advenu de la matière première si elle n'avait pas été collectée pour la production de combustible - doit être réalisée dans le cadre de l'évaluation des GES sur l'ensemble du cycle de vie. Par exemple, l'intensité carbonique des SAF fabriqués à partir de carbone dérivé d'un résidu agricole tel que la canne de maïs sera probablement relativement faible, car si la canne de maïs n'avait pas été collectée pour la production de carburant, une partie au moins se serait décomposée et aurait libéré du carbone dans l'atmosphère. Si le carbone a été obtenu en récoltant et en gazéifiant un arbre encore en croissance, l'intensité de carbone de la SAF résultante pourrait être relativement élevée, car l'arbre aurait pu continuer à absorber et à stocker du carbone pendant des années. Enfin, comme pour le captage ponctuel du carbone, la comptabilisation des émissions sera délicate et certaines parties du processus de gazéification ne sont pas facilement électrifiées. Il sera important de bien régler les détails pour que des solutions bénéfiques pour le climat puissent voir le jour.

3.3 Captage direct du carbone dans l'air

Contrairement au captage ponctuel du carbone, les technologies de captage direct de l'air (CDA) éliminent le_CO2 de l'air ambiant. Cette approche présente l'avantage de pouvoir être mise en œuvre n'importe où : les installations de CDA étant autonomes, leur fonctionnement n'a pas besoin d'être intégré à celui d'une autre installation industrielle. La technologie est donc très évolutive, ce qui a été souligné lors des discussions avec l'University College London (UCL). Le dioxyde de carbone est toutefois moins concentré dans l'atmosphère que dans les gaz d'échappement d'une source de combustion. Le défi technico-économique de la technologie DAC consiste donc à mettre au point des méthodes permettant d'extraire des quantités significatives de_CO2 d'une source diluée, de manière rentable et efficace sur le plan énergétique.  

Figure 2 : Schéma d'un système de solvant liquide ^DAC28  

Un schéma illustrant l'approche de base est présenté à la figure 2. Comme pour le captage ponctuel du carbone, la plupart des conceptions actuelles reposent sur un solvant liquide ou un sorbant solide qui absorbe sélectivement le_{CO2 lorsqu'il} est exposé à l'air ambiant. Comme les systèmes DAC doivent déplacer des volumes d'air beaucoup plus importants pour capturer une quantité significative de_CO2, ils comprennent généralement de grands réseaux de ventilateurs. Dans certains cas, le_CO2 réagit avec une solution liquide pour produire un solide qui libère du_CO2 pur lorsqu'il est chauffé ; dans d'autres cas, le filtre ou le sorbant est directement chauffé pour produire un flux concentré de_CO2. Comme pour la capture de sources ponctuelles et la gazéification de la biomasse, les besoins en énergie pour faire fonctionner le système DAC sont un élément important à prendre en compte.  

Divers systèmes DAC ont été proposés et plus d'une douzaine d'installations pilotes et de démonstration ont été construites aux États-Unis, au Canada et en Europe au cours de la dernière décennie. Les trois plus grandes entreprises actuellement actives dans le domaine du CAD sont Global Thermostat, basée aux États-Unis et disposant d'installations pilotes en Californie et en Alabama ; Carbon Engineering, basée au Canada et disposant d'une installation pilote en Colombie-Britannique ; et Climeworks, basée en Suisse et disposant d'installations en Islande, en Suisse et en Italie^.29 Actuellement, deux installations commerciales de CAD sont en service : la première, développée par Climeworks, est située en Islande et fonctionne depuis 2021 ; la seconde, située en Californie et développée par Heirloom Carbon Technologies, a été mise en service en 2023. Les deux installations utilisent des énergies renouvelables (géothermiques dans le cas de l'usine de Climeworks), emploient un sorbant solide (oxyde de calcium, dans le cas de la technologie de Heirloom) et sont conçues pour capturer le_CO2 à l'échelle de milliers de tonnes métriques par an. Plus précisément, l'usine Climeworks, située à l'extérieur de Reykjavik en Islande, capture environ 4 000 tonnes de_CO2 par an ; l'usine Heirloom, située à Tracy, en Californie, est conçue pour capturer environ 1 000 tonnes par an^.30  

La première usine de Carbon Engineering devrait entrer en service en 2025. Lors d'un entretien avec CATF, les représentants de l'entreprise ont souligné que la première usine devrait capturer 0,5 million de tonnes métriques par an et qu'une deuxième usine, qui sera construite au Texas, devrait capturer jusqu'à 1 million de tonnes métriques par an. Carbon Engineering prévoit d'utiliser des procédés commerciaux déjà développés et de les assembler afin d'améliorer rapidement l'efficacité énergétique tout en mettant en service les premières usines. Avec ces installations, comme avec d'autres prévues à l'avenir, l'accent est mis sur la recherche de sources d'énergie renouvelables, supplémentaires et à faible teneur en carbone - un défi difficile qui est partiellement atténué par la souplesse d'implantation de la technologie DAC. Essentiellement, Carbon Engineering recherche des sites où le vent et l'énergie solaire sont abondants et où l'on ne se préoccupe guère des utilisations concurrentes des terres qui pourraient limiter le développement des CED. HIF Global est une autre entreprise qui soutient fortement la technologie DAC. Elle a conclu un accord de collaboration avec Baker Hughes pour le développement et l'essai d'unités DAC aux États-Unis. HIF Global prévoit également d'installer une unité DAC de démonstration dans son usine de Haru Oni en utilisant une technologie développée par Porsche et MAN. 

Il est essentiel de mettre l'accent sur la colocalisation, les processus éprouvés, l'efficacité énergétique et les partenariats solides, comme cela a été souligné dans certaines de nos conversations, au fur et à mesure que le marché des CED se développe - sinon, les coûts élevés pourraient freiner le développement. Si l'on s'écarte des cas spécifiques évoqués ci-dessus, les estimations des coûts des systèmes de CED actuellement disponibles dans la littérature vont de 600 à plus de 1 000 dollars par tonne métrique de_CO2, ce qui est nettement plus élevé que le coût du captage ponctuel et d'autres options d'atténuation des effets du changement^climatique31. Bien que la fourchette de coûts actuelle de l'AIE pour les systèmes DAC sans stockage, basée sur une évaluation de 2019, soit plus optimiste (de 134 à 342 dollars par tonne métrique), il est probable que les coûts devront encore baisser : 100 dollars par tonne métrique est souvent cité comme un objectif de coût approximatif pour justifier le déploiement des systèmes DAC à plus grande^échelle32.  

La rapidité avec laquelle le marché du_CO2 capturé est susceptible de décoller fait toutefois l'objet d'un débat. Certaines entreprises qui développent actuellement la technologie DAC, comme Carbon Engineering, affirment qu'elles s'attendent à des réductions de coûts significatives grâce à la reproduction et à la mise à l'échelle, tandis que les défenseurs de cette technologie soulignent que les récents investissements des entreprises et des gouvernements dans la technologie DAC sont des motifs d'optimisme quant à la trajectoire future de cette technologie^.33 L'expansion du marché des carburants électroniques devrait également accroître la demande de_CO2, stimuler les investissements et, à terme, réduire les prix. D'autres analystes avertissent toutefois que les niveaux actuels de soutien restent insuffisants pour permettre les percées technologiques nécessaires à une baisse spectaculaire des coûts. Une évaluation récente de BCG, par exemple, avertit que le DAC risque de ne pas atteindre son potentiel en raison du "soutien comparativement faible des gouvernements et d'autres acteurs" pour faire baisser la courbe des coûts ; selon cette évaluation, il sera essentiel que les coûts du DAC tombent à 150 $/tonne métrique ou moins si l'on veut qu'il soit largement déployé d'ici à^205034.  

3.4 Capture du carbone dans l'océan

Un autre concept, plus récent, d'approvisionnement en_CO2 pour la production de carburants synthétiques consiste à capter le_CO2 de l'eau de mer. Les océans, dont on estime qu'ils ont absorbé environ 25 % des émissions anthropiques de_CO2 fossile depuis le début de l'ère^{industrielle35,} constituent le plus grand réservoir de carbone au monde, et la concentration de_CO2 dans l'eau des océans est environ 120 à 150 fois supérieure à la concentration de_CO2 dans l'atmosphère.  

Des voies électrochimiques ont été proposées pour éliminer le_CO2 de l'eau de mer et font actuellement l'objet d'études. En termes simples, ces voies utilisent l'électricité pour réarranger les molécules d'eau et de sel dans l'eau de mer en solutions acides et basiques. Le_CO2 gazeux peut ensuite être extrait du flux acide par électrodéionisation ou électrodialyse. Un tel système pourrait être conçu pour restituer à l'océan une eau légèrement plus basique et_{appauvrie en CO2}, ce qui permettrait de lutter contre l'acidification des océans et de renforcer la capacité de l'océan à absorber le_CO2 de l'atmosphère, ce qui aurait d'autres effets bénéfiques sur le climat. La figure 3 illustre une vision d'un système complet de capture de l'océan.  

Figure 3 : ^Élimination électrochimique du dioxyde de carbone dans les océans36 

En dépit de ces avantages théoriques, les voies d'élimination du_CO2 dans les océans sont confrontées à des problèmes de coût et de technologie. En outre, à l'échelle du captage du_CO2 nécessaire à la production de masse de carburants synthétiques, les impacts sur l'écologie des océans et les exigences en matière d'infrastructures associées pourraient susciter des préoccupations importantes. Comme dans le cas du DAC, les processus électrochimiques impliqués consomment beaucoup d'énergie ; en outre, la nécessité de pomper, de traiter et de refroidir de grandes quantités d'eau de mer entraîne d'autres pénalités importantes en termes d'énergie et de coûts. Les coûts exacts sont inconnus, mais les premières estimations suggèrent qu'ils pourraient dépasser 100 dollars par tonne métrique de_CO2 pour certains systèmes prototypes. En outre, la vérification scientifique de la capacité de l'océan à réabsorber une quantité équivalente de_CO2 est toujours en cours. On s'attend actuellement à ce que la majeure partie du_CO2 extrait de l'océan soit réabsorbée dans l'air au bout de 1 à 2 ans et que le reste prenne encore 5 à 10 ans, mais cela doit encore être confirmé de manière définitive. 

Ces questions sans réponse et ces inconvénients apparents sont mis en balance avec le fait que la technologie devrait être évolutive (étant donné la vaste surface disponible pour l'interface avec les systèmes de capture), qu'elle peut être combinée avec l'éolien en mer pour atténuer les problèmes énergétiques et que, contrairement au DAC, elle n'entrera pas en concurrence avec d'autres utilisations pour l'occupation des sols. Tous ces points, avantages et inconvénients, ont été soulignés lors de la conversation entre CATFet World Energy. Des travaux sont en cours pour relever les défis de la capture des océans, et les efforts pour développer les technologies nécessaires se poursuivent par le biais de projets de démonstration relativement modestes. Captura, une entreprise qui cherche à extraire le_CO2 de l'eau de mer sans rejeter d'additifs ou de sous-produits dans l'océan, en est un exemple^.37 Le premier projet pilote de Captura en 2022 a permis de capturer 1 tonne métrique de_CO2 par an. Un système de 100 tonnes métriques par an a ensuite été installé dans le port de Los Angeles en 2023 et il est prévu de passer prochainement à 1 000 tonnes métriques par an. En résumé, le captage du carbone de l'eau de mer est un concept relativement nouveau, mais en fonction des résultats de la R&D future, il pourrait jouer un rôle dans l'approvisionnement en_CO2 pour les carburants synthétiques destinés à l'aviation, entre autres efforts de décarbonisation^. 

3.5 Production d'hydrogène à faible teneur en carbone

L'hydrogène est un intrant essentiel pour toutes les filières de production de carburants aéronautiques durables - il est même nécessaire pour produire les types de bio-SAF qui sont déjà disponibles dans le commerce. Pour que les carburants synthétiques pour l'aviation soient considérés comme peu ou pas carbonés, l'hydrogène utilisé pour les produire doit également avoir des émissions de gaz à effet de serre faibles ou nulles en amont. Cette discussion porte principalement sur l'hydrogène produit par électrolyse de l'eau en utilisant de l'électricité provenant de ressources renouvelables, c'est-à-dire ce que l'on appelle généralement l'hydrogène "vert". Toutefois, nous présentons également une brève analyse des estimations de coûts pour l'hydrogène "bleu", c'est-à-dire l'hydrogène produit à l'aide de méthodes conventionnelles à partir de matières premières fossiles (généralement le gaz naturel), avec capture du carbone. L'hydrogène bleu à faible teneur en carbone est susceptible de jouer un rôle en tant qu'option de transition, en particulier dans les premières phases de la décarbonisation, lorsque les demandes concurrentes d'électricité renouvelable pourraient limiter la capacité des producteurs à fournir de l'hydrogène vert électrolytique. Ce point a été repris dans certaines des interviews de CATF, où l'importance d'avoir des options de production alors que le marché est encore naissant a été soulignée, en particulier compte tenu du coût actuel et du risque technologique associé à l'électrolyse.  

Plus généralement, l'hydrogène en tant que matière première n'est pas un concept nouveau ; en fait, l'hydrogène est déjà produit et utilisé à grande échelle dans diverses applications industrielles, notamment pour le raffinage du pétrole, la production d'ammoniac pour les engrais et la production de méthanol^.39 En 2020, la production mondiale d'hydrogène atteindra 90 millions de tonnes métriques, selon l'AIE.⁴⁰ Cependant, seule une petite partie de la production actuelle d'hydrogène peut être considérée comme étant à faible teneur en carbone. Selon l'AIE, la production par électrolyse représente environ 2 % de l'approvisionnement mondial en hydrogène à l'heure actuelle, tandis que l'électrolyse utilisant de l'électricité renouvelable représente une part encore plus faible : de l'ordre d'un dixième de pour cent de l'approvisionnement mondial en hydrogène^.41  

Au lieu de cela, la quasi-totalité de la production d'hydrogène utilise aujourd'hui des matières premières fossiles et est relativement gourmande en carbone. Au niveau mondial, environ 59 millions de tonnes d'hydrogène sont produites chaque année à partir du gaz naturel, en utilisant le reformage du méthane à la vapeur. Vingt millions de tonnes supplémentaires par an sont produites à partir du charbon, par gazéification (principalement en Chine), le reste de la production mondiale provenant du pétrole et de l'électricité. Environ 16 % de la production mondiale d'hydrogène en 2022 est constituée d'hydrogène dérivé, qui est le plus souvent consommé sur place. En fait, on estime que les méthodes actuelles de production d'hydrogène représentent 6 % de la consommation mondiale de gaz naturel, tout en générant près de 900 millions de tonnes métriques d'émissions de_CO2 par^an42.  

En revanche, la production d'hydrogène par électrolyse - c'est-à-dire en faisant passer un courant électrique dans l'eau pour séparer les atomes d'hydrogène des atomes d'oxygène - peut être associée à de très faibles émissions de carbone, à condition que l'électricité utilisée soit générée par des sources non émettrices telles que les énergies renouvelables ou le nucléaire. La figure 4 illustre de manière schématique les étapes de la production d'hydrogène par électrolyse. Contrairement au piégeage du carbone, pour lequel bon nombre des technologies et processus sous-jacents en sont encore aux premiers stades du développement commercial, l'électrolyse de l'eau est relativement bien développée et comprise. Il existe des problèmes de mise à l'échelle, mais les obstacles les plus importants à l'expansion de la production d'hydrogène vert pour servir le marché des carburants synthétiques sont d'ordre économique et liés à l'accès à des sources d'électricité renouvelables à faible coût.  

Figure 4 : Schéma d'un ^{électrolyseur} au niveau du système43 

En 2021, par exemple, le coût nivelé de la production d'hydrogène à partir de gaz naturel dans différentes parties du monde allait de 0,50 $ par kilogramme (kg) à 1,70 $ par kg, selon l'AIE. En revanche, les coûts actuels de la production d'hydrogène par électrolyse à partir d'énergies renouvelables varient entre 3 et 6 dollars par^kg44. 

Une analyse récente de CATF est moins optimiste^.45 Elle constate qu'il est très peu probable que les coûts de production moyens de l'hydrogène propre tombent en dessous de 3 $/kg dans un avenir prévisible, en grande partie parce qu'il est peu probable que les prix de l'électricité propre ferme tombent en dessous de 40 $ par mégawatt-heure (MWh). Cela dit, les coûts de production varieront considérablement d'un projet à l'autre et d'une zone géographique à l'autre en raison de nombreux facteurs, notamment les coûts d'investissement des énergies renouvelables, le coût du capital et les coûts d'exploitation et de maintenance.  

Une usine d'hydrogène vert développée par World Energy à Terre-Neuve est un exemple de la manière dont une géographie avantageuse peut être exploitée pour réduire les coûts de production. Lors de conversations avec CATF, World Energy a indiqué que son usine de Terre-Neuve utilisera 3 GW d'énergie éolienne pour alimenter des électrolyseurs destinés à la production d'hydrogène et, à terme, d'ammoniac. L'objectif de l'entreprise est de réduire l'intensité en carbone de l'hydrogène dont elle a besoin pour améliorer le bio-SAF, mais la démonstration du potentiel de mise à l'échelle de l'hydrogène vert aura une large applicabilité indépendamment de cela. World Energy est d'avis qu'en fin de compte, il y aura des moyens d'augmenter la production d'hydrogène vert et que l'approvisionnement en_CO2 rentable est probablement le plus grand défi pour les carburants synthétiques s'ils doivent remplacer le bio-SAF à l'avenir. Les discussions avec HIF Global ont mis en évidence un autre problème : la demande globale d'hydrogène. HIF Global serait heureuse de vendre l'hydrogène qu'elle produit, mais elle a souligné la difficulté de transporter l'hydrogène et d'identifier les marchés qui sont mûrs pour des utilisations directes de l'hydrogène. Selon l'entreprise, le marché de l'utilisation directe reste immature et, même si les dispositions de la loi américaine sur la réduction de l'inflation relatives à l'hydrogène seront utiles à cet égard, l'accès à une électricité propre et bon marché est la priorité la plus importante à court terme pour la croissance du marché de l'hydrogène vert. 

L'hydrogène peut également être produit à faible teneur en carbone à partir du gaz naturel si les émissions de_CO2 provenant des méthodes de production conventionnelles, telles que le reformage du méthane à la vapeur, sont capturées sur le site de l'usine et séquestrées sous terre ou maintenues hors de l'atmosphère d'une autre manière. En outre, pour être à faible teneur en carbone, l'hydrogène produit à partir de combustibles fossiles doit minimiser toutes les émissions de méthane et de_CO2 en amont de la chaîne d'approvisionnement en combustibles fossiles, y compris les fuites de méthane provenant de la production et du transport du gaz naturel. Le fonctionnement des systèmes de capture du carbone augmente toutefois la demande globale d'énergie de l'usine et donc les coûts. C'est pourquoi la production d'hydrogène bleu n'est pas encore réalisée à l'échelle commerciale dans le monde. L'AIE estime que l'ajout du piégeage du carbone augmente les coûts de production de l'hydrogène bleu d'environ 1 à 2 dollars par^kg46.   

Une analyse plus récente des options d'importation d'hydrogène en Europe, commandée par CATF, a examiné les coûts de production de l'hydrogène bleu dans différentes parties du^monde47. Elle a estimé que les coûts de production de l'hydrogène bleu pouvaient aller de 0,68 $ par kg à 2,45 $ par kg, en fonction du lieu d'exportation et du volume de production d'hydrogène modélisé. Ces estimations comprennent les coûts d'investissement et d'exploitation de l'usine, en supposant que la production d'hydrogène utilise le reformage auto-thermique (ATR) avec le gaz naturel comme matière première, ce qui permet des taux élevés de capture du carbone (>97%) à un coût inférieur à celui des systèmes conventionnels de reformage du méthane à la vapeur ; des intrants électriques entièrement renouvelables ; la capture du carbone avant combustion à 97% sur le site de l'usine ; et un coût fixe de 20 dollars par tonne métrique pour la séquestration du_CO2. L'extrémité inférieure de cette fourchette de coûts (0,68 $/kg) correspond à une production en grande quantité avec du gaz naturel à bas prix, tandis que l'extrémité supérieure (2,45 $/kg) correspond à une production en petite quantité avec du gaz naturel beaucoup plus cher^.48 En gros, ces estimations de coûts - qui couvrent une gamme d'hypothèses d'intrants des plus favorables aux moins favorables pour la production d'hydrogène bleu - sont cohérentes avec la fourchette de 1 à 2 $ par kg de l'AIE. 

Enfin, le coût de l'hydrogène livré à une installation de production de combustibles synthétiques comprendra probablement des frais de transport et de stockage. L'hydrogène étant par nature difficile à manipuler en grandes quantités, ces coûts pourraient être importants, de l'ordre de 0,05 à 0,15 $/kg pour le stockage de l'hydrogène dans des cavernes de sel et de 0,20 à 0,50 $/kg pour le transport de l'hydrogène par^{pipeline49 ,} les coûts les plus élevés étant à prévoir si l'hydrogène provient d'un fournisseur éloigné. La faible densité volumétrique de l'hydrogène signifie qu'il doit être compacté, par compression et/ou réfrigération, pour être transporté ou stocké efficacement en grandes quantités. Une fois comprimé, l'hydrogène gazeux peut être transporté de manière économique par pipeline ; il peut également être liquéfié ou converti en un "transporteur" chimique qui peut être expédié sur de longues distances lorsque le transport par pipeline n'est pas possible. World Energy a identifié un moyen de résoudre temporairement ce problème. L'entreprise plaide en faveur d'un système de comptabilisation et de réclamation dans lequel une entité paie la prime de production tandis qu'une autre entité, plus proche de la production, utilise l'hydrogène propre à la place de l'hydrogène gris d'origine fossile. World Energy considère qu'une intervention de ce type est essentielle dans les premiers temps pour montrer aux investisseurs que l'hydrogène à faible teneur en carbone suscite de l'intérêt et contribuer ainsi à mobiliser des capitaux pour de futures usines de production. Toutefois, pour être efficace, un système de comptabilisation et de déclaration de l'hydrogène devrait inclure une comptabilisation rigoureuse des émissions de gaz à effet de serre pour la production d'hydrogène. D'autres, comme HIF Global, étudient la possibilité de regrouper la production d'hydrogène et la production de carburants synthétiques sur le même site, ce qui permettrait d'expédier de manière économique des barils de carburant liquide de façon traditionnelle, plutôt que d'avoir à transporter l'hydrogène.  

4. Le rôle des carburants synthétiques

En tant que carburant de substitution qui peut directement remplacer le kérosène, le rôle des carburéacteurs synthétiques est particulièrement intéressant car il offre bon nombre des avantages des biocarburants sans les contraintes liées aux matières premières et les préoccupations en matière de durabilité qui s'appliquent à la production conventionnelle de biocarburants à grande échelle. Compte tenu de l'incertitude quant aux incidences à long terme des biocarburants sur l'utilisation des sols, les carburants synthétiques fabriqués à partir de carbone capturé et d'hydrogène à faible teneur en carbone peuvent également avoir des effets bénéfiques plus importants et plus fiables sur le climat. Les avantages réels en termes d'émissions dépendent des détails du processus de production, et tout carburant obtenu devrait être validé par une analyse rigoureuse du cycle de vie. Mais contrairement au bio-SAF, cette option permettrait, dans le meilleur des cas (c'est-à-dire lorsque le carburant est synthétisé à partir d'hydrogène propre et de_CO2 extrait de l'air, avec des énergies renouvelables utilisées tout au long du processus), une aviation durable à zéro émission. Cependant, la production de carburant synthétique respectueuse du climat s'accompagne de ses propres défis. Tout d'abord, le processus nécessite d'importants besoins énergétiques en amont, notamment des apports significatifs d'électricité et de chaleur pour produire de l'hydrogène et faire fonctionner les systèmes de capture du carbone. L'état de préparation de la technologie est un autre problème : si les méthodes sous-jacentes telles que l'électrolyse de l'eau et la synthèse Fischer-Tropsch (F-T) sont bien comprises, certains des systèmes et technologies nécessaires à la production de carburants synthétiques sans carbone doivent encore faire l'objet d'une démonstration et d'une commercialisation à l'échelle.  

4.1 Les voies de la production de carburants synthétiques

Deux voies principales pour la production de carburéacteur synthétique respectueux du climat sont activement explorées à l'heure actuelle. La première consiste à convertir le_CO2 en monoxyde de carbone (CO) et en eau (_H2O) par une réaction inverse de transfert eau-gaz, puis à utiliser le F-T pour synthétiser par catalyse du carburéacteur à partir du CO et de l'hydrogène (_H2). Les sources de_CO2 respectueuses du climat pour cette voie, discutées en détail dans le chapitre précédent, pourraient inclure le_CO2 capturé à partir d'une grande source industrielle ponctuelle, directement à partir de l'atmosphère, ou à partir de l'eau de mer. Une autre option potentiellement respectueuse du climat, qui ne repose pas sur le_CO2 capturé, consiste à gazéifier les déchets ou les matières premières de la biomasse pour produire du gaz de synthèse, qui peut ensuite être converti par F-T en carburéacteur synthétique. L'application directe du procédé F-T, qui est bien compris et qui a fait ses preuves depuis des décennies dans la production de carburants liquides à base d'hydrocarbures pour toute une série d'applications, est un avantage potentiel de cette voie. Le procédé F-T a également été le premier à être certifié pour la production de carburants pour l'aviation de type "drop-in".  

Une deuxième voie, qui implique la conversion de l'alcool en carburéacteur et qui ne nécessite pas de F-T, est également intéressante. Dans cette filière, un alcool (tel que l'éthanol ou le méthanol) est produit à l'aide d'une technique connue sous le nom d'hydrogénation du_CO2. Cet alcool est ensuite déshydraté et transformé en hydrocarbures à longue chaîne plus complexes à l'aide de catalyseurs dans le cadre d'un processus appelé oligomérisation. Les hydrocarbures à longue chaîne obtenus par oligomérisation peuvent ensuite être transformés en carburéacteur synthétique. Une variante de cette voie qui comprend la production de méthanol (_CH3OH) en tant qu'étape intermédiaire est actuellement étudiée par plusieurs entreprises.  

À l'heure actuelle, les entreprises présentes sur le marché naissant des carburants synthétiques sont encore confrontées à de nombreux défis commerciaux et techniques, et toute solution en matière de processus de production devra être judicieuse de ces deux points de vue. Dans le cas d'ETFuels, l'effort d'identification d'un processus économiquement viable a conduit ETFuels à se concentrer sur une seule chaîne de valeur en utilisant un modèle d'énergie renouvelable hors réseau. C'est pourquoi l'entreprise se concentre actuellement sur la production d'e-méthanol via l'hydrogénation du_CO2 plutôt que sur la synthèse SAF directe avec Fischer-Tropsch. ETFuels est d'avis que le méthanol constitue une bonne affaire en raison du modèle hors réseau qui permet de réduire les coûts et de la polyvalence du méthanol synthétique à faible teneur en carbone, qui permet d'accéder à de multiples marchés d'écoulement. En outre, d'un point de vue technique, le processus de synthèse est plus modulaire et plus flexible. Cela permet de maintenir les coûts d'investissement à un niveau bas et d'assurer l'évolutivité. Enfin, la production de méthanol comporte moins de risques techniques que celle de F-T du point de vue de la synthèse et de la purification des carburants, car elle nécessite moins de chaleur industrielle et ne produit pas beaucoup de produits non-SAF. ETFuels estime que la F-T pourrait avoir un sens à l'avenir, mais pour l'instant, l'entreprise privilégie la voie du méthanol.   

HIF Global se concentre sur la même voie pour un grand nombre des mêmes raisons. L'entreprise souligne que la F-T manque de flexibilité car elle nécessite un facteur de capacité de la matière première proche de 100 %. En revanche, avec l'hydrogénation du_CO2 pour produire du méthanol, l'énergie utilisée peut être augmentée ou diminuée, ce qui correspond bien aux fluctuations inhérentes aux énergies renouvelables. La dépendance à l'égard de la F-T obligerait probablement le producteur de carburants à acheter de l'électricité du réseau ou à acheter de nombreuses batteries pour le stockage de l'énergie sur place, deux options très coûteuses qui réduiraient les avantages en termes de coûts de l'implantation d'une raffinerie dans un lieu hors réseau, choisi à dessein. En outre, la réaction inverse de conversion eau-gaz n'a pas été démontrée à grande échelle à ce jour, mais elle est néanmoins nécessaire pour la F-T, ce qui ajoute un risque technique. HIF Global note également le problème de la génération de produits multiples dans le processus F-T qui nécessitent ensuite un traitement, un^craquage50 et une valorisation. Carbon Engineering a choisi de se concentrer sur la mise à l'échelle du DAC par rapport aux e-carburants dérivés du F-T, compte tenu de l'état général des composants technologiques clés (déplacement inverse des gaz de l'eau, production d'hydrogène à faible teneur en carbone) nécessaires à la production d'e-carburants aujourd'hui. L'entreprise reconnaît qu'à l'avenir, la combinaison du_CO2 capturé dans l'atmosphère avec de l'hydrogène propre à faible coût pourrait faire partie de la voie à suivre pour décarboniser des secteurs difficiles à abattre comme l'aviation.  

Que l'analyse de rentabilité du processus F-T commence à se justifier ou que les entreprises continuent à utiliser le méthanol comme intermédiaire, les e-carburants qui en résulteront s'accompagneront d'exigences en matière d'infrastructure qu'il faudra gérer. Ces exigences dépendent de l'emplacement, mais si la raffinerie de carburant synthétique ne peut pas être située à proximité d'une source de_CO2, le_CO2 devra être acheminé vers la raffinerie par pipeline ou, comme ETFuels l'a mentionné, par camion ou par chemin de fer. Des infrastructures seront également nécessaires du côté des aéroports. SFO, par exemple, s'est fixé pour objectif de réduire sa consommation d'énergie et d'éliminer toutes les sources d'énergie à forte intensité de carbone sur site d'ici à 2030. Dans le cadre de cette initiative, SFO prévoit d'augmenter son utilisation de SAF pour atteindre l'objectif californien d'un mélange de 20 % d'ici la fin de la décennie. En 2018, SFO a réalisé une étude d'infrastructure, de chaîne d'approvisionnement et de faisabilité, ce qui lui a permis de recevoir en continu des SAF par pipeline à partir de 2019. Bien que les FAS soient des carburants prêts à l'emploi qui peuvent être reçus, distribués et chargés dans les avions sans aucune modification de l'infrastructure aéroportuaire actuelle, SFO devra mieux comprendre la logistique nécessaire pour relier les FAS de leur point de production aux installations aéroportuaires. L'arrivée sur le marché de fournisseurs de SAF nouveaux et diversifiés pourrait nécessiter le développement de nouveaux nœuds de transport pour relier les SAF aux pipelines existants ou à l'infrastructure de l'aéroport. 

Bien que le bio-SAF soit le carburant aviation le plus avancé disponible aujourd'hui et que des accords d'approvisionnement en bio-SAF aient déjà été conclus avec de nombreux acteurs du secteur, l'UCL note que les coûts pourraient augmenter à l'avenir si la demande de SAF dépasse la quantité que les matières premières moins chères peuvent supporter à la capacité prévue, ce qui obligerait le marché à se tourner vers les carburants synthétiques. D'après les informations recueillies lors des discussions de CATFavec les participants de l'industrie, le marché naissant des carburants synthétiques et des technologies connexes doit s'imposer au cours des prochaines décennies afin qu'une option de carburant à faible teneur en carbone, prête à être mélangée et intégrée soit disponible et puisse s'adapter à la demande de l'industrie aéronautique.  

4.2 Estimation des coûts du carburéacteur synthétique à faible teneur en carbone ou à teneur nulle en carbone

La production de carburants synthétiques est actuellement coûteuse - beaucoup plus que la production de carburéacteur traditionnel ou de bio-SAF. Une analyse récente de Bergero et al.⁵¹ estime le coût de la production de carburéacteur synthétique à environ 2,60 dollars par litre, en supposant que le coût de l'hydrogène électrolytique est de 4,50 dollars par kg et que le coût du_CO2capturé est de 250 dollars par tonne métrique. L'étude note qu'un coût de production de 2,60 $ par litre est plus de trois fois supérieur au coût moyen mondial du carburéacteur fossile en 2022. Selon les auteurs, leurs estimations sont globalement cohérentes avec d'autres études récentes qui font état de coûts de carburant synthétique allant de 1,30 à 4,70 dollars par litre. Bergero et al. soulignent également que les économies d'échelle et l'apprentissage par la pratique pourraient réduire considérablement les coûts des électrolyseurs et de la capture du carbone à l'avenir, ce qui rendrait les carburants synthétiques plus compétitifs. 

Une autre étude récente, réalisée par Gössling et Humpe, aboutit à des estimations similaires pour le coût actuel de la production d'e-carburants : 2,53 à 2,63 dollars par litre, selon que l'électricité est fournie par l'énergie solaire ou par l'énergie éolienne terrestre, respectivement, avec seulement une baisse modeste des coûts - dans une fourchette de 2,20 à 2,38 dollars par litre - prévue pour 2050. Les baisses de coût résultent principalement d'une réduction de la quantité d'électricité nécessaire pour produire les e-carburants, de 32 kWh/litre en 2025 à 20 kWh/litre en 2050^.52   

Les estimations d'une analyse de l'AIE pour 2024 sur les options de carburants synthétiques pour la décarbonisation du secteur des transports sont également largement cohérentes avec les résultats de Bergero et al. et de Gössling et Humpe^.53 Plus précisément, l'AIE estime que le coût de production du kérosène synthétique aujourd'hui devrait se situer entre 2,50 et 4,20 dollars par^{litre54 ,} la limite inférieure représentant un cas optimisé d'usine à grande échelle située sur un site ayant accès à des ressources éoliennes et solaires photovoltaïques (PV) de haute qualité et à fort facteur de capacité, ainsi qu'à des matières premières biogènes à faible coût, tandis que la limite supérieure correspond à des conditions non optimisées.  

D'autres estimations de coûts peuvent être trouvées dans la littérature. Par exemple, une analyse de la Royal Society du Royaume-Uni estime le coût du carburant synthétique pour avion entre 3,47 et 4,52 dollars par litre, selon que les apports de_CO2 nécessaires sont fournis par le captage ponctuel du carbone ou par le DAC, plus coûteux^.55 Une autre étude explorant la faisabilité de l'ajout de la production de carburant synthétique dans une usine existante de production combinée de chaleur et d'électricité (PCCE) alimentée par la biomasse à Östersund, en Suède, aboutit en revanche à des estimations de coûts nettement inférieures : environ 1,5 $/litre, avec des coûts très légèrement (3 %) plus élevés pour le processus de transformation de l'alcool en carburéacteur par rapport au processus F-T.⁵⁶ Les résultats suédois reflètent l'importance d'une colocalisation intentionnelle des matières premières et de l'énergie renouvelable pour minimiser les coûts alors que le marché est encore naissant, un point qui a été soulevé lors de plusieurs entretiens. Sur le site suédois, le_CO2 est fourni par la mise en œuvre d'un captage à base d'amines dans une centrale de cogénération existante qui fonctionne principalement à partir de biomasse ligneuse ; en outre, la centrale de cogénération offre des possibilités d'intégration énergétique qui améliorent l'efficacité thermique globale du^processus57. Cet avantage est essentiel car l'analyse suédoise, en accord avec d'autres études de coûts, montre que les coûts globaux de production des biocarburants sont dominés par le coût de l'électricité renouvelable, qui est nécessaire en grandes quantités pour la production d'hydrogène par électrolyse et pour alimenter d'autres étapes du processus de synthèse des carburants.  

L'exemple suédois et les exemples tirés des entretiens menés par CATFavec des entreprises actives dans ce domaine illustrent un point plus général important : les meilleures opportunités à court terme pour la production de carburants synthétiques, en termes de minimisation des coûts et de maximisation des avantages pour l'environnement, sont susceptibles d'exister sur des sites qui offrent une combinaison d'avantages, notamment une abondance de ressources énergétiques renouvelables, un accès à des matières premières à faible coût et la possibilité de maximiser l'efficacité en intégrant la production d'e-carburants à des systèmes destinés à répondre à d'autres besoins énergétiques ou industriels.  

Enfin, la plupart des études estiment que les coûts de production des carburants synthétiques devraient diminuer à l'avenir grâce à l'amélioration de l'efficacité des processus et à la réduction des coûts de capture du carbone et de production d'électricité sans carbone. L'étude de l'AIE de 2024 mentionnée plus haut, par exemple, estime qu'une réduction supplémentaire de 60 % du coût de l'électrolyseur et de 25 % du coût de l'électricité renouvelable permettrait de ramener les coûts de production du kérosène synthétique à 1,75 $ par litre, ce qui représente encore plus du triple du coût du carburéacteur conventionnel, mais est à peu près compétitif par rapport au bio-SAF actuellement disponible. De même, une analyse réalisée par Martin et al. estime que le coût des carburants électroniques pour l'aviation pourrait baisser de 68 % d'ici à²⁰⁵⁰⁵⁸. Traduisant l'augmentation du coût des carburants en une mesure du coût nivelé pour le transport, cette analyse constate que l'utilisation de carburants électroniques pourrait augmenter le coût du transport aérien d'un facteur de 2,0 à 2,6 actuellement, pour tomber à un facteur de 1,5 à 1,7 en 2050.  

Tableau 1. Estimation des coûts de production des SAF synthétiques : résultats d'une sélection d'études. Le coût moyen actuel du carburéacteur conventionnel d'origine fossile est de 0,49 $ par litre.

L'étude	Coût actuel ($/litre)	Coût prévu ($/litre)	Notes, hypothèses clés
AIE (2024)	$2.50 - $4.20	1,75 $ (d'ici 2030)	Les coûts actuels correspondent à des conditions optimisées et non optimisées. Les coûts futurs supposent une réduction de 60 % du coût de l'électrolyseur et de 20 % du coût de l'électricité renouvelable.
Bergero et al (2023)	$2.60	s/o	Hypothèse d'un coût de 4,50 $/kg pour leH2 électrolytique et de 0,25 $/kg pour leCO2 capturé.
Gössling & Humpe (2023)	$2.53 - $2.63	2,20 $ - 2,38 $ (d'ici 2050)	La fourchette du coût actuel reflète la différence entre le coût de l'électricité pour l'éolien en mer et le photovoltaïque à terre. Le coût futur projeté est basé sur la réduction de l'exigence d'électricité renouvelable de 32 kWh/litre à 20 kWh/litre.
Société royale du Royaume-Uni (2023)	$3.47 - $4.52	s/o	La fourchette reflète la différence de coût entre l'approvisionnement enCO2 au moyen du captage ponctuel du carbone et le CED (plus coûteux).
Centrale de cogénération Östersund, Suède (2021)	$1.50 - $1.55	s/o	L'usine est située dans un endroit optimal où l'énergie renouvelable est abondante et où se trouve une source deCO2.

Ce résumé des conditions actuelles du marché et de la technologie pour les carburants synthétiques ne signifie pas que ces carburants n'auront pas d'avenir dans l'aviation en raison de leur coût élevé. En théorie, la production de carburants synthétiques est extrêmement évolutive, elle permet une grande souplesse d'implantation puisque les usines peuvent être situées là où les ressources renouvelables sont abondantes, et elle pourrait coûter moins cher que la production de biocarburants en 2050 - tout en offrant les avantages d'une solution prête à l'emploi. Ce dernier point est essentiel, car les fabricants de cellules d'avion se lancent aujourd'hui à corps perdu dans la production de biocarburants, sachant qu'à l'approche du milieu du siècle, les flottes compteront probablement plus de 40 000 avions qui devront être capables de fonctionner avec des carburants propres. La possibilité de passer en douceur aux SAF synthétiques, une fois la technologie développée, les marchés établis et les prix plus raisonnables, est l'un des moyens possibles pour l'aviation de continuer à prospérer dans un avenir à consommation nette zéro.    

5. Au-delà des carburants à base de carbone : hydrogène, ammoniac, batteries et effets _non liés au CO2

Les exigences en matière de poids au décollage et de densité énergétique ont naturellement conduit à se concentrer sur les carburants hydrocarbonés non fossiles, synthétiques ou biogènes en tant que solutions potentielles pour la décarbonisation de l'aviation. Outre le fait que le système mondial complexe nécessaire pour alimenter les avions en carburant Jet A dérivé du kérosène est déjà en place, les plus gros avions sur les routes internationales n'ont guère d'autre choix que de s'appuyer sur ces carburants dans un avenir prévisible. Les carburants contenant du carbone peuvent être produits d'une manière plus bénéfique pour le climat, comme nous l'avons expliqué dans les chapitres précédents, mais cela ne doit pas empêcher la recherche d'options pour une décarbonisation plus poussée lorsque cela est possible. Plus précisément, il existe des types d'avions et des itinéraires pour lesquels les carburants alternatifs, carburants à zéro émission de carbone comme l'hydrogène et l'ammoniac, ainsi que les avions à batterie, peuvent réduire les émissions de_CO2 de l'aviation de manière plus significative que les SAF à base biologique ou les carburants synthétiques. En effet, le carbone qui, autrement, ferait partie des processus naturels ou serait intentionnellement séquestré, est libéré lors de la combustion des FAS biogéniques ou synthétiques. L'impact d'un carburant sur le climat dépendra toujours à la fois de ses émissions de gaz d'échappement et des spécificités du processus utilisé pour produire le carburant, tel que déterminé par une analyse rigoureuse du cycle de vie qui prend en compte tous les polluants ; en général, cependant, on s'attend à un avantage plus important en termes d'émissions avec les carburants non basés sur le carbone. Tirer parti de cet avantage dans les segments appropriés de l'espace aérien tout en comprenant les effets des transports aériens sur le climat, qui ne sont _pas liés au CO2, pourrait permettre de mieux cibler les stratégies visant à atteindre l'objectif d'un impact net nul de l'aviation d'ici le milieu du siècle.   

5.1 Avions à hydrogène

L'idée de l'aviation à hydrogène n'est pas nouvelle. Des exemples d'applications militaires remontent aux années 1950. En fait, le gouvernement américain a demandé à la National Aeronautics and Space Administration (NASA), à Lockheed Martin et à d'autres de mener des recherches approfondies sur un avion théorique de 400 passagers alimenté à l'hydrogène et d'une autonomie de 8851 km (5500 miles) pendant la crise pétrolière des années 1970^.59 La taille et l'autonomie de l'avion à hydrogène visé par ces premières recherches sont tout aussi importantes que les dates auxquelles ces recherches ont commencé. Non seulement la technologie des avions à hydrogène est étudiée depuis des décennies, mais au moins une partie de l'attention s'est portée sur les avions capables d'effectuer des vols internationaux. En théorie, l'hydrogène à faible teneur en carbone peut alimenter des applications aéronautiques pour un très large segment du marché, réduisant une part importante des émissions à un niveau proche de zéro. En outre, un avion à hydrogène présente certains avantages en termes de conception, notamment la possibilité d'améliorer l'efficacité de la répartition du poids en optimisant la disposition des réservoirs d'hydrogène. Cependant, toute modification de la conception nécessiterait un long processus de recertification des aéronefs, et les nouveaux avions perdraient des sièges passagers au profit des réservoirs d'hydrogène, une question qui devient particulièrement problématique pour les vols plus longs qui sont déjà associés à des prix de billets plus élevés. Par conséquent, l'intérêt plus récent pour l'hydrogène en tant que carburant aéronautique potentiel s'est concentré sur les petits aéronefs et les drones, dans l'optique de la faisabilité d'alimenter à l'avenir des avions à couloir unique pour des itinéraires régionaux.  

Les avis de l'industrie sur le dossier commercial de l'avion à hydrogène sont quelque peu partagés. ETFuels ne pense pas que les technologies directement basées sur l'hydrogène puissent fonctionner pour les applications aéronautiques et cite la distribution de l'hydrogène, le stockage, l'infrastructure de ravitaillement, ainsi que le manque de maturité technologique en général comme des problèmes majeurs. HIF Global n'exclut pas totalement les avions à hydrogène, mais prévoit que la certification sera très difficile, surtout si l'on considère les essais, la sécurité et les défis logistiques qui devront être relevés. 

La solution à court terme semble être de commencer à petite échelle. Récemment, Honeywell Aerospace s'est associé au National Renewable Energy Laboratory (NREL) pour étudier la possibilité de convertir certains drones électriques à l'^{hydrogène61,} dans le but d'augmenter l'autonomie tout en éliminant le bruit excessif, les vibrations et les émissions des drones à longue portée actuels qui utilisent des moteurs à combustion. ZeroAvia et Universal Hydrogen voient plus grand. ZeroAvia a effectué un vol d'essai de 10 minutes d'un avion à hydrogène de 19 places au début de 2023, et Universal Hydrogen envisage de concevoir un avion turbopropulsé à hydrogène pour des applications de 50 places. Les deux entreprises utilisent des piles à combustible, qui convertissent chimiquement l'hydrogène en électricité utilisée pour alimenter les moteurs de l'avion, et visent actuellement des vols de quelques centaines de kilomètres. Elles prévoient d'augmenter la taille des piles à combustible pour qu'elles puissent alimenter des avions de 100 à 150 places (comme le Boeing 737) et d'étudier la combustion de l'^{hydrogène62.} 

Le programme ZEROe d'Airbus est encore plus ambitieux : il vise à commercialiser le premier avion commercial à hydrogène au monde d'ici 2035. Airbus vise un rayon d'action de plus de 2 000 milles nautiques avec une variété de conceptions allant d'un avion à ailes mixtes (BWB) qui utiliserait la combustion de l'hydrogène pour les longs trajets, à une conception de turbopropulseur à pile à hydrogène entièrement électrique pour les distances plus courtes. La société utilise son avion A380 comme banc d'essai pour la combustion de l'hydrogène, tout en testant séparément des piles à combustible de grande puissance en laboratoire à 1,2 mégawatt, un niveau de puissance similaire aux exigences des moteurs au décollage. Airbus estime que l'utilisation d'hydrogène électrolytique produit à partir d'électricité renouvelable, soit directement, soit comme intrant dans les carburants synthétiques, peut réduire les émissions totales de_{CO2 du} secteur de l'aviation jusqu'à 50^%63.  

Si l'expérience du vol à l'hydrogène semble très similaire du point de vue du passager, les avions à hydrogène diffèrent des avions actuels sur plusieurs aspects techniques essentiels. La différence la plus importante se situe au niveau des propriétés du carburant, résumées dans le tableau 2. Par rapport au carburant Jet A, l'hydrogène est beaucoup plus dense en poids, mais beaucoup moins dense en volume. En fait, l'énergie spécifique de l'hydrogène, ou contenu énergétique par kilogramme de carburant, est trois fois supérieure à celle du kérosène. Mais l'hydrogène contient, au mieux, quatre fois moins d'énergie par litre. L'hydrogène utilisé comme carburant pour l'aviation doit être stocké sous forme liquide, ce qui implique de le conserver très froid (c'est-à-dire en dessous de son point d'ébullition de -253,15℃) dans de grands réservoirs, plutôt que sous forme de gaz comprimé, comparativement plus facile à manipuler, dont la densité d'énergie volumétrique est encore plus faible. Pour cette raison, l'hydrogène gazeux ne sera utile que pour les très petits avions ou les applications de drones, ainsi que, potentiellement, pour d'autres segments du secteur des transports. En outre, les réservoirs d'hydrogène liquide doivent être cylindriques pour supporter les charges de pression, ce qui empêche le stockage dans les ailes. Cela nécessitera des changements dans les sièges des passagers, y compris la suppression de certains sièges pour faire de la place pour les réservoirs dans le fuselage. Enfin, les ailes des avions à hydrogène devront être fabriquées dans des matériaux plus résistants pour compenser la perte de carburant qui, dans la structure de l'aile des avions conventionnels, agit comme un raidisseur pour éviter la flexion au décollage. Cela ajoute du poids.    

Tableau 2 : Propriétés du carburant Jet A, de l'hydrogène liquide et de l'hydrogène gazeux 

	Jet A (Kérosène)	Hydrogène liquide	Hydrogène gazeux comprimé
Énergie spécifique (MJ/kg)	43.2	120	120
Densité énergétique (MJ/litre)	34.9	8.5	4.8
Température de stockage (℃)	Ambiant	-253.15	Ambiant
Pression de stockage (bar)	Ambiant	2	700

La conception des réservoirs d'hydrogène est également très importante. Comme l'illustre la figure 5, les réservoirs d'hydrogène devraient être de grande taille : leur nombre, leur emplacement, la quantité d'isolation nécessaire pour maintenir le carburant à des températures cryogéniques et le système de gestion de l'ullage, ou gaz d'ébullition qui s'accumule pendant le vol, sont donc tous des éléments critiques. Chacun de ces choix affecte le poids et donc l'énergie nécessaire au décollage, un paramètre clé de la conception.  

Adler et Martins ont étudié l'effet du poids gravimétrique du réservoir, ou le poids relatif du carburant par rapport au poids du réservoir, en fonction de la longueur du vol. Une valeur de 100 % correspond à un cas théorique où le poids du réservoir est nul. En faisant fonctionner leur modèle, ils ont constaté qu'une efficacité du réservoir de 55 % est le seuil : en dessous de ce seuil (c'est-à-dire lorsque les réservoirs sont lourds), voler sur de longues distances avec de l'hydrogène nécessite beaucoup plus d'énergie que voler avec du kérosène^.64 Au-dessus de ce seuil, ou pour des réservoirs très légers, moins d'énergie, comparée au kérosène, est nécessaire pour voler sur de longues distances en raison de l'énergie spécifique supérieure de l'hydrogène. 

Figure 5 : Représentation par Airbus d'un avion à hydrogène avec ^réservoirs visibles65

Il convient également de noter que la courbe pour les distances de vol régionales est pratiquement plate, ce qui dissocie effectivement le poids du réservoir des performances pour ce segment de marché. Si l'on considère qu'à ce jour, une efficacité gravimétrique très élevée des réservoirs n'a été obtenue que dans des applications aérospatiales, comme sur la navette spatiale (efficacité des réservoirs ~80%)^{66 ,} il est logique qu'en l'absence d'une percée technique dans les matériaux des réservoirs convenant à des applications plus courantes, les aéronefs à hydrogène soient largement limités aux itinéraires régionaux. Une autre option est une conception de type BWB, ou aile volante, mais outre le fait qu'elle impose des changements majeurs dans l'infrastructure des aéroports, l'avantage de cette approche pour les applications de l'hydrogène par rapport aux conceptions traditionnelles de tubes et d'ailes pourrait être relativement faible - de l'ordre de quelques pour cent seulement de changement dans l'efficacité^{énergétique67}.  

Il convient également de mentionner les défis techniques associés à la combustion d'un carburant 100 % hydrogène dans un moteur d'avion. Ces défis nécessitent une refonte partielle du moteur, mais cette refonte a été jugée faisable et fait l'objet de recherches de la part de grandes entreprises telles que GE dans le cadre d'un portefeuille plus large d'initiatives en matière de climat. La majeure partie de la conception du moteur resterait inchangée, les principaux changements se limitant à la chambre de combustion. L'hydrogène a une limite d'inflammabilité plus large, ce qui le rend beaucoup plus facile à brûler que le carburant Jet A. Cependant, cette propriété confère un risque plus élevé de retour de flamme, une situation dangereuse où les flammes se déplacent en amont de la chambre de combustion dans la zone de mélange des carburants. Ces difficultés techniques, ainsi que d'autres, peuvent être surmontées grâce à une conception correcte de la chambre de combustion, sans grande perte d'efficacité ni augmentation des émissions d'oxydes d'azote (_NOx) par rapport au kérosène. En outre, les piles à combustible auront un rendement global plus élevé que les turbines à gaz, ce qui signifie que les piles à hydrogène pourraient être préférées pour les petits avions.  

Dans l'ensemble, malgré ses avantages théoriques, l'impact de l'hydrogène sur l'aviation en tant que carburant direct à l'horizon 2050 sera probablement limité pour plusieurs raisons. Comme l'a souligné un chercheur de l'UCL lors de discussions avec CATF, la faisabilité des projets en cours est incertaine compte tenu du coût élevé de l'hydrogène par rapport au kérosène conventionnel, des problèmes d'autonomie susmentionnés et de la nécessité de recertifier les aéronefs. Les chercheurs de l'UCL ne s'attendent pas à une utilisation significative de l'hydrogène dans l'aviation avant 2035, et comme ce délai est susceptible de s'éloigner, on peut raisonnablement s'attendre à une pénétration de 50 % sur les marchés régionaux - tout au plus - d'ici à 2050. Toutefois, les longs délais de renouvellement de la flotte rendront même ce scénario optimal très difficile à réaliser. Il a également été noté au cours de la conversation que si les conceptions à long rayon d'action sont possibles, les avions à rayon d'action réduit sont plus probables en raison des complications liées au poids des réservoirs, ce qui fait écho à la discussion ci-dessus.  

L'infrastructure de l'hydrogène à l'aéroport est une autre question clé, car la mise en place de systèmes de stockage et de ravitaillement en hydrogène sera coûteuse et prendra du temps. À SFO, l'amélioration complète de l'infrastructure pour les carburants alternatifs peut prendre de 5 à 20 ans pour être déployée en utilisant une approche de développement rentable et progressive. À cette fin, SFO prend de l'avance en préparant son infrastructure de services publics en amont pour répondre aux nouvelles demandes d'électricité (au niveau des sous-stations, des niveaux de tension moyenne, etc.) et en apportant des équipements électriques et à hydrogène dans l'aéroport, à titre d'essai, pour démonstration, mise en service et analyse. L'aéroport dispose de dix véhicules utilitaires légers à pile à combustible, mais en prévoit d'autres dans ses équipements d'assistance au sol au cours de l'année à venir, ce qui devrait aider le personnel à se familiariser avec l'utilisation, l'entretien et le ravitaillement de ces véhicules à hydrogène. À l'avenir, les problèmes liés à la manipulation de l'hydrogène, tels que les fuites provenant des équipements aéroportuaires, ne doivent pas entraver les opérations. Cela dit, bien que SFO cherche à intégrer les futurs avions électriques et à hydrogène, en s'appuyant sur les investissements des compagnies aériennes dans ces deux technologies, l'aéroport s'attend à ce que le SAF soit le principal carburant non conventionnel qu'il manipulera pendant au moins les 20 prochaines années, avec une pénétration limitée de l'hydrogène à moyen terme.  

En résumé, il reste un long chemin à parcourir en ce qui concerne le carburant, les aéronefs et l'infrastructure avant que la technologie de l'hydrogène puisse être développée de manière à réduire considérablement les émissions de l'aviation. Son adoption à grande échelle ne se fera probablement qu'après 2050. Mais les vols à l'hydrogène sont bien réels et les campagnes d'essai réussies, comme celle lancée récemment par Universal^{Hydrogen68 ,} contribuent à montrer le potentiel de cette technologie. Si le développement se poursuit, les avions à hydrogène pourraient commencer à réduire considérablement les émissions de l'aviation sur les itinéraires régionaux dans les décennies à venir.  

5.2 Avions à l'ammoniac

La technologie de l'aviation sans carbone pourrait jouer un rôle important dans la réalisation des engagements pris par l'industrie en matière de climat, mais le fait de limiter cette technologie à la propulsion directe à l'hydrogène en limite l'applicabilité. Les avions à hydrogène sont théoriquement capables d'effectuer des vols sur presque toutes les distances ; cependant, comme nous l'avons vu plus haut, les vols plus longs nécessitent des réservoirs légers de plus en plus grands, coûteux et difficiles à fabriquer, qui doivent être stockés dans le fuselage. Cela réduit les revenus des passagers et constitue en fin de compte une limite pratique aux bénéfices pour le climat. Une solution consiste à utiliser un vecteur d'hydrogène sans carbone. L'ammoniac (_NH3) a une densité énergétique volumétrique de 12,7 mégajoules par litre (MJ/L), soit 49 % d'énergie en plus par litre que l'hydrogène liquide, ce qui signifie que l'ammoniac transporte plus d'hydrogène par unité de volume que l'hydrogène liquide pur. Les avions à l'ammoniac pourraient utiliser des configurations de carburant et de réservoir conventionnelles, ce qui ouvre la possibilité d'adapter les moteurs existants pour créer des avions sans émissions de carbone à partir de la flotte existante. Les inconvénients de l'ammoniac sont sa toxicité et la nécessité d'une infrastructure supplémentaire pour l'ammoniac, la toxicité étant particulièrement préoccupante pour les opérations en contact avec les passagers, comme l'a fait remarquer un chercheur de l'UCL lors de conversations avec CATF. Si ces obstacles peuvent être surmontés, l'ammoniac pourrait toutefois offrir une autonomie deux fois supérieure à celle d'un avion à hydrogène en 2050. Cela dit, si l'ammoniac est un produit chimique largement utilisé et transporté dans le monde entier pour d'autres applications telles que les engrais et la réfrigération industrielle, pour les applications aéronautiques, il s'agit d'un nouveau carburant qui fait encore l'objet de recherches actives dans des institutions telles que l'Université de Floride centrale (UCF). La technologie a environ 10 ans de retard sur les vols à l'hydrogène.  

Une plus grande densité énergétique volumétrique associée à un point d'ébullition considérablement plus élevé - 33℃ pour l'ammoniac contre -253,15℃ pour l'hydrogène - signifie que l'ammoniac peut être stocké dans l'aile, parallèlement au stockage à bord pour le carburant Jet A. Cela élimine effectivement toutes les contraintes de conception et de fabrication liées au stockage qui sont présentes avec les avions à hydrogène. Un autre avantage, relevé par Otto et al. est que l'ammoniac, parce qu'il ne contient pas de carbone, ne se cokéfie pas. Cela permet à la conception des avions d'améliorer les performances de l'ensemble du système, par exemple en améliorant le refroidissement intermédiaire et le pré-refroidissement de l'air utilisé pour la gestion thermique des turbines, tout en réduisant les _NOx dans les gaz d'échappement de l'avion de deux ordres de grandeur en utilisant une partie du carburant ammoniac pour la réduction catalytique sélective (SCR)^69.  

Figure 6 : Schéma d^'une turbine à gaz à ammoniac70 

La figure 6 présente une illustration schématique du système théorique de turbine à gaz à ammoniac étudié dans le cadre de cette recherche, dirigée par l'UCF et financée par la NASA. D'importantes entreprises et organisations - à savoir GE, Boeing, Southwest Research Institute, Greater Orlando Aviation Authority, ANSYS, Purdue et Georgia Tech - font également partie de l'équipe de recherche.   

Le système comprend des compresseurs et des turbines à basse et haute pression (abrégés LPC, HPC, HPT, LPT dans la figure), qui sont tous des turbomachines présentes dans toute turbine à gaz, quel que soit le type de carburant. L'ammoniac est acheminé depuis les ailes, partiellement craqué en hydrogène, ammoniac et azote, puis, de manière optimale, introduit dans la chambre de combustion. L'azote n'affecte pas de manière significative la réaction de combustion primaire. Le moteur brûle essentiellement un mélange d'ammoniac et d'hydrogène au lieu de brûler 100 % d'ammoniac. Cette solution est préférable car l'ammoniac est réticent à brûler sans combustible pilote. L'unité de récupération de la chaleur perdue et l'échangeur de chaleur (PHX) sont utilisés pour minimiser les pertes de chaleur tout en profitant des avantages du refroidissement mentionnés plus haut - deux moyens d'améliorer l'efficacité globale.  

Une conversation avec les chercheurs de l'UCF impliqués dans ce travail a révélé quelques détails supplémentaires sur le projet. Leur étude est basée sur un Boeing 737-8 de référence opérant à partir d'Orlando, un scénario réel applicable en dehors des itinéraires régionaux. Bien que la densité énergétique de l'ammoniac impose certaines limites de distance de vol par rapport au kérosène, les calculs montrent qu'environ 75 % des vols intérieurs peuvent être ravitaillés en ammoniac sans réduction du nombre de passagers, un pourcentage qui couvre la plupart des itinéraires empruntés par les avions à couloir unique. Les avions à deux couloirs, qui sont principalement réservés aux liaisons internationales, devraient toujours utiliser du SAF. Un rapport de mélange d'environ 75 % d'ammoniac et 25 % d'hydrogène est visé pour promouvoir les caractéristiques de combustion idéales qui se traduisent par une vitesse de flamme similaire à celle du kérosène sans risque accru de retour de flamme, où le rapport optimal sera obtenu par l'optimisation du système dans le cadre des efforts en cours. Les chercheurs sont également en train de déterminer la meilleure technique de craquage pour convertir l'ammoniac en hydrogène, mais en général, des techniques de craquage de l'ammoniac très efficaces commencent à être commercialisées sous diverses formes^.71 Les turbomachines environnantes devraient être pratiquement inchangées, bien que le travail avec GE pour confirmer cette hypothèse soit en cours.  

Les chercheurs de l'UCF travaillent également avec l'aéroport d'Orlando pour concevoir les systèmes de manutention des carburants qui seraient nécessaires pour l'ammoniac afin de garantir la sécurité des passagers aériens et de la population autour des aéroports, ainsi que pour assurer le bon déroulement des opérations au sol. Cela comprend une analyse des coûts et de l'infrastructure ainsi que des études de sécurité en matière de toxicité. Le ravitaillement au sol impliquerait l'utilisation d'ammoniac liquide à des températures proches de la température ambiante, ce qui faciliterait les opérations aéroportuaires. Dans l'ensemble, l'ammoniac devrait être beaucoup plus facile à manipuler que l'hydrogène, surtout si l'on considère qu'il est déjà utilisé en toute sécurité pour de nombreuses applications dans le monde entier.  

Malgré ses avantages apparents, l'ammoniac devrait jouer un rôle encore moins important que l'hydrogène d'ici à 2050, son potentiel pour dépasser l'hydrogène et éroder l'utilisation de la SAF étant probablement réservé à la période postérieure au milieu du siècle. Il s'agit principalement d'une question de calendrier : étant donné que le passage à l'ammoniac dans les applications aéronautiques nécessite une révision complexe des systèmes, cette option est moins développée que l'hydrogène et il est peu probable qu'elle soit commercialement prête dans les 30 prochaines années. Les participants au projet de l'UCF, par exemple, prévoient qu'il faudra environ 5 ans pour achever le travail de conception actuel, 5 ans pour achever la démonstration et fournir les résultats à Boeing et GE, et 10 à 15 ans de plus pour que ces entreprises conçoivent, testent et certifient les nouveaux avions. Ce calendrier place la commercialisation à l'horizon 2045-2050 au plus tôt, en supposant que tout se déroule sans problème. En outre, l'approvisionnement en ammoniac et les infrastructures posent problème. Les problèmes d'approvisionnement découlent principalement de la concurrence intersectorielle pour l'ammoniac. La concurrence avec les utilisations agricoles, notamment la production d'engrais, pourrait entraîner une hausse des prix, surtout si le secteur de la navigation maritime achète également de l'ammoniac pour se décarboniser. Les problèmes d'infrastructure liés à l'ammoniac reflètent généralement ceux liés à l'hydrogène, avec moins d'inquiétudes concernant les fuites non détectées et plus d'inquiétudes concernant la toxicité générale des carburants. Ces problèmes devraient pouvoir être résolus ; toutefois, les représentants de l'OFS ont exprimé leur inquiétude quant à la dispersion des investissements dans l'infrastructure aéroportuaire pour soutenir un effort en faveur d'une gamme aussi large de carburants. Le coût et la complexité supplémentaires liés à l'ajout d'une infrastructure pour l'ammoniac à ce qui est nécessaire pour le SAF et l'hydrogène doivent être pris en considération.   

L'ammoniac est intéressant parce que c'est le carburant aviation sans carbone qui offre la plus grande autonomie tout en exigeant le moins de modifications de la conception structurelle de l'aéronef. Les moteurs devraient être modifiés, mais les caractéristiques de la combustion d'un mélange d'ammoniac et d'hydrogène rendent certains aspects de cette modification plus simples que la conception d'un moteur fonctionnant à 100 % à l'hydrogène. Comme nous l'avons déjà indiqué, la technologie est nouvelle et ne sera pas prête à être commercialisée avant les années 2040 au mieux, mais à plus long terme, le carburant ammoniacal a le potentiel de permettre d'importantes réductions d'émissions dans le segment de marché des avions monocouloirs.   

5.3 Avions entièrement électriques

L'électrification est généralement considérée comme la méthode privilégiée pour décarboniser une grande partie du secteur des transports en raison de ses avantages évidents en termes d'efficacité énergétique par rapport à la combustion de carburants à faible teneur en carbone ou à la production d'électricité à partir de piles à combustible pour fournir la force motrice. L'efficacité énergétique est un paramètre important pour toutes les utilisations finales potentiellement électrifiables, surtout si l'on tient compte de la rareté relative des énergies renouvelables pendant la période de transition vers une économie nette zéro, mais l'aviation, qui est généralement considérée comme un secteur "difficile à abattre", présente des défis particuliers. En effet, les exigences uniques en matière de puissance et d'énergie du transport aérien, associées aux restrictions de poids des avions, rendent l'électrification extrêmement difficile. Le domaine du possible en ce qui concerne l'électrification de l'aviation fait l'objet de recherches depuis des années, les premiers efforts se concentrant sur les avions électriques hybrides basés sur les expériences réussies des véhicules routiers. Siemens, Airbus et d'autres ont présenté le premier avion électrique-hybride piloté en 2011 ; ce prototype a permis de réduire les émissions de 25 %, mais n'a pas fourni de base technique pour l'étendre au transport commercial^.72 Le fait que des réductions d'émissions de 25 % puissent être obtenues avec la SAF, qui n'exige pas la certification d'une nouvelle conception d'avion combinant une turbine à gaz et une batterie, limite grandement l'applicabilité de la technologie hybride.  

Les avions entièrement électriques, qui n'utilisent que des batteries et un moteur, sont technologiquement plus simples et ne produisent pas d'émissions directes. Cependant, des études de la ^NASA73 montrent qu'une densité énergétique de 400 wattheures par kilogramme (Wh/kg) est le seuil nécessaire pour l'aviation générale et que 750 Wh/kg seraient nécessaires pour les services aériens régionaux commerciaux. Ces deux densités énergétiques sont bien supérieures aux 225-270 Wh/kg que l'on trouve dans les batteries lithium-ion de pointe des voitures en circulation aujourd'^hui74. Pour permettre des vols long-courriers au-delà du segment de marché régional, il faudra de nouvelles technologies de batteries ayant une densité énergétique bien supérieure à 1 000 Wh/kg, ce qui illustre pourquoi l'aviation est considérée comme un secteur difficilement abandonnable.  

Néanmoins, l'électrification des aéronefs devrait encore jouer un certain rôle à l'avenir. Si l'on met de côté les drones électriques, qui constituent un marché existant, les petits aéronefs (moins de 10 sièges, volant sur moins de 400 miles (644 km)) et les eVTOLS assurant la mobilité aérienne urbaine (UAM) pourraient devenir entièrement électriques. Les EVTOL pourraient avoir l'impact le plus important, mais les options conventionnelles pourraient être les premières à prendre leur envol. Un exemple est le Beta Technologies CX300, un avion de 5 places qui peut voler jusqu'à 386 miles (621 km) avec une seule charge^.75 Un autre est Alice, qui peut transporter 9 passagers jusqu'à 250 miles (402 km)^.76 Ces avions sont bien adaptés pour faire de courts trajets sans émissions, mais comme les itinéraires parcourus par des avions de 19 places ou moins ne représentent que 4 % des départs^,77 leur potentiel de réduction significative des émissions est très limité.  

Le marché le plus important pour les aéronefs électriques pourrait être le remplacement des hélicoptères par des eVTOL dans les applications UAM. La nouveauté de ces véhicules implique toutefois un long processus réglementaire, dans lequel les entreprises relativement nouvelles dans le secteur de l'aviation devront respecter les normes de conception et de sécurité de la Federal Aviation Administration (FAA) et obtenir une certification de production du véhicule ainsi qu'une certification de transporteur aérien. Cela retarderait probablement leur délai de mise sur le marché par rapport aux avions électriques de conception traditionnelle. Si les obstacles réglementaires peuvent être surmontés, certains experts du secteur prévoient que le marché de l'eVTOL pourrait atteindre 28,5 milliards de dollars d'ici à²⁰³⁰⁷⁸.   

Figure 7 : L'eVTOL quatre passagers de Hyundai en ²⁰²⁸⁷⁹  

Un prototype eVTOL de Hyundai (illustré à la figure 7) devrait être capable d'effectuer un trajet de 40 à 64 km à une altitude de 457 mètres, ce qui le rendrait adapté aux déplacements intra-urbains en tant que taxi aérien ou véhicule d'urgence. Idéalement, ces engins pourraient remplacer plus efficacement les ^{hélicoptères80} et réduire ainsi la congestion routière tout en utilisant la technologie des batteries déjà disponible aujourd'hui. 

Compte tenu de ce potentiel, les acteurs de l'industrie se préparent à soutenir l'infrastructure électrique qui sera nécessaire pour ces aéronefs. Le SFO a convoqué un groupe de travail sur les eVTOL et la mobilité aérienne électrique avancée pour l'aider à évaluer les besoins en infrastructure. Actuellement, la charge de pointe de l'aéroport est de 55 MW et chaque borne de recharge eVTOL nécessiterait 1 MW supplémentaire, ce qui représente un défi si l'on considère que l'infrastructure électrique de SFO approche déjà le plafond de 55 MW les jours de forte charge. L'une des options à l'étude consiste à passer à des micro-réseaux et à des réseaux intelligents afin de combiner une meilleure gestion de l'énergie avec la production d'énergie renouvelable et le stockage d'énergie sur site. Toutefois, les aéroports seront rapidement confrontés à la question de savoir comment distribuer équitablement l'électricité pour desservir le maximum de services aériens commerciaux. Compte tenu de cette complexité supplémentaire, l'aéroport pourrait décider de zoner et de segmenter les aéronefs alternatifs et l'infrastructure connexe. Il est possible d'imaginer une sorte de terminal zéro émission à l'avenir, où les aéronefs électriques, à hydrogène et à ammoniac s'interfaceraient avec les nouvelles infrastructures. Selon les responsables de l'OFS, la construction d'un terminal de l'ampleur d'un nouveau terminal pourrait nécessiter un investissement d'au moins 2 milliards de dollars et prendre au moins 5 ans. En raison de ces difficultés, l'OFS ne s'est pas encore engagé à mettre en place un système de recharge pour les eVTOL,  

Par rapport à d'autres options sans émissions, l'électrification jouera probablement un rôle de niche, mais on ne s'attend pas à ce qu'elle réduise de manière significative les émissions du transport aérien traditionnel d'ici à 2050. Si les eVTOL gagnent en popularité, ils pourraient avoir un impact indirect sur les émissions routières, mais la taille et le rayon d'action limités des aéronefs pour les opérations d'aéroport à aéroport font qu'il est difficile d'imaginer que cette technologie puisse avoir un impact sur les émissions du secteur de l'aviation. C'est pourquoi l'étude de cas sur la combinaison de carburants pour l'aviation présentée au chapitre 6 n'envisage pas l'électrification comme une option (seuls le bio-SAF, le SAF synthétique, l'hydrogène et l'ammoniac sont considérés comme des solutions plausibles).  

5.4 Effets non liés au _CO2

Les efforts visant à décarboniser le secteur de l'aviation se sont concentrés, à juste titre, sur les_émissions directes_{de CO2} des aéronefs ; cependant, d'autres effets _non liés au CO2 font également l'objet d'études dans la littérature. Certaines de ces recherches suggèrent que les effets _autres que le CO2 pourraient représenter jusqu'à deux tiers de l'impact global de l'aviation sur le climat^.81 Une attention particulière est accordée aux traînées de condensation et à la nébulosité en cirrus qu'elles créent, afin de tenter de quantifier le forçage radiatif positif net - ou le réchauffement total de l'atmosphère - attribuable à ce phénomène. La science complexe et en développement qui sous-tend les traînées de condensation est brièvement présentée dans l'encadré ; un prochain rapport ( CATF ) abordera le sujet plus en détail. 

6. Étude de cas : Mélanges potentiels de carburants propres dans un avenir décarbonisé

La décarbonisation de l'industrie aéronautique d'ici le milieu du siècle est un défi immense qu'il sera particulièrement difficile de relever avec un seul type de carburant. Le bio-SAF est la technologie la plus développée et l'option la moins chère disponible aujourd'hui, mais la durabilité des matières premières biogènes et les considérations liées à l'utilisation des sols rendent difficile l'extension de cette option à un coût raisonnable dans le contexte de l'augmentation de la demande globale d'énergie pour l'aviation. Le kérosène synthétique est une solution d'appoint qui peut être mélangée au kérosène fossile ou au bio-SAF, mais les coûts associés à la production d'hydrogène à faible teneur en carbone et à l'approvisionnement en_CO2 constituent un obstacle important. Par ailleurs, les avions alimentés à l'hydrogène et à l'ammoniac nécessitent de nouvelles infrastructures et une nouvelle certification pour accéder à leur potentiel d'émissions nulles. Cela suggère que, sur un marché cherchant à minimiser les coûts tout en décarbonisant dans un délai raisonnable, une solution à base de carburants multiples peut être envisagée. Cette étude de cas utilise les informations tirées d'une étude documentaire et des discussions avec les participants de l'industrie qui ont alimenté les chapitres précédents pour examiner plusieurs scénarios plausibles de mélange de carburants qui aboutiraient à un avenir proche de zéro pour l'aviation.  

Pour fonder l'étude de cas, nous utilisons les projections de l'offre du scénario de l'AIE "zéro émission nette d'ici à 2050" (NZE). Pour établir ces estimations, l'AIE part du principe que l'objectif d'émissions nettes zéro est atteint, puis projette la demande d'énergie et de combustibles pour l'ensemble du marché. En d'autres termes, les projections représentent une estimation de la quantité d'un combustible ou d'une matière première donné(e) qui sera nécessaire pour atteindre les objectifs de décarbonisation à l'échelle mondiale. Notre analyse a donc exigé que tous les cas ne dépassent pas l'offre totale prévue par l'AIE pour tous les combustibles, à l'exception de l'ammoniac, dont seules les utilisations existantes et les combustibles marins étaient initialement inclus dans les projections de l'AIE. En ce qui concerne les autres combustibles, les chiffres de l'offre d'hydrogène du scénario NZE de l'AIE utilisés dans cette étude de cas ne comprennent que l'offre d'hydrogène pour les transports, qui représente environ la moitié de la projection totale de l'AIE en matière d'hydrogène. L'approvisionnement en carburants synthétiques a été régi par les projections de l'AIE concernant le_CO2 disponible provenant uniquement du DAC. La projection de l'offre de biocarburants (provenant à l'origine d'une analyse de l'AIE sur l'offre potentielle en 2030) est la même que dans les travaux antérieurs de CATF (voir note de bas de page 8, figure 3) afin de maintenir la cohérence. Notre analyse du scénario 2050 suppose qu'il n'y aura pas de croissance supplémentaire de l'offre de biocarburants au cours de la période 2030-2050, principalement en raison des contraintes foncières. 

Les projections de l'AIE concernant l'offre de NZE et la demande prévue d'énergie pour l'aviation, toutes deux résumées dans le tableau 3, ont été utilisées pour définir les exigences de base de l'étude de cas. En partant de ces chiffres de la demande, l'analyse utilise la consommation réelle d'énergie de l'aviation en 2014, soit 11,1^{quads83 ,} ainsi que la demande projetée pour 2050, soit 21,5 quads (la projection pour 2050 a été choisie pour maintenir la cohérence avec les travaux antérieurs de CATF (voir note de bas de page 8)). À droite du tableau, l'offre projetée d'hydrogène (pour les utilisations finales dans le secteur des transports uniquement), ainsi que la projection des tonnes métriques de_CO2 capturé (DAC uniquement) - c'est-à-dire, 205 mégatonnes (MT) et 1,1 gigatonnes (GT), respectivement - proviennent du World Outlook 2023 de l'AIE^.84 La projection de l'offre d'ammoniac, qui comprend les utilisations existantes telles que l'agriculture et les nouvelles applications telles que le carburant marin, provient du même scénario NZE mais est référencée dans la feuille de route technologique sur l'ammoniac de l'AIE.⁸⁵ Comme il n'y a pas de projection pour l'utilisation de l'ammoniac comme carburant pour l'aviation, tout ammoniac nécessaire pour les utilisations finales dans l'aviation viendrait s'ajouter aux projections de l'AIE.  

Tableau 3 : Données utilisées pour l'étude de cas ; demande d'aviation 2030-2050 de la fn. 8  

L'offre de SAF synthétique devrait atteindre 102,5 milliards de gallons (Bgal) en 2050, d'après les projections de l'AIE pour le_CO2 disponibles via DAC et un rapport d'Atsonios et al. qui étudie la conception de voies avancées pour la production de carburéacteur synthétique. Ce document vise à maximiser le volume de produit pouvant être classé comme carburant d'aviation, étant donné qu'un problème courant de la synthèse de carburant est qu'elle laisse des hydrocarbures à chaîne plus courte qui ne peuvent pas être utilisés comme carburant d'aviation. Atsonios et al. décrivent un nouveau procédé à base de Fischer-Tropsch qui peut produire 90,7 % de carburéacteur synthétique par rapport à d'autres produits et un procédé de synthèse du méthanol qui peut en produire 85,8 %, avec des rendements d'usine de 72,6 % et 49,5 % respectivement^.86 Ces technologies de synthèse des carburants, présentées dans les chapitres précédents, fonctionnant à ces rendements relativement élevés, seraient considérées comme théoriques aujourd'hui ; avec de nouvelles avancées technologiques, cependant, ces paramètres pourraient être représentatifs des opérations réelles des usines dans plusieurs décennies, lorsque tous les rendements potentiels auront été exploités. En outre, s'il est raisonnable de s'attendre à ce qu'une grande partie du_CO2 utilisé comme matière première pour la production de carburants synthétiques soit capturé dans l'atmosphère en 2050, il est réaliste de penser que le_CO2 provenant des CAD ne représentera pas la totalité du carbone utilisé pour les carburants synthétiques. En tenant compte de ces facteurs et en utilisant les données du présent rapport pour calculer la quantité de carburant synthétique pouvant être dérivée de l'offre projetée de 1,1 GT de_CO2, on obtient une estimation de l'offre de 12,5 quads. Ce point de données est utilisé comme limite supérieure de la demande de combustibles synthétiques dans notre analyse d'étude de cas. 

Ces données ont été utilisées pour calculer les gallons annuels de kérosène utilisés dans chaque segment de distance de vol en utilisant l'économie de carburant typique des avions et le nombre de passagers ; en divisant les résultats par la consommation totale d'énergie de l'aviation en 2014 (11,1 quads), on obtient une estimation de la part de la consommation totale d'énergie de l'aviation attribuable à chaque segment de distance de vol^. Le résultat de ces calculs est présenté à la figure 8. Les parts non dimensionnées présentées dans la figure ont ensuite été mises à l'échelle en utilisant la demande globale d'énergie de l'aviation prévue pour 2050 (21,5 quads) afin d'estimer la demande de carburant en fonction de la distance de vol pour les opérations futures des compagnies aériennes.  

Figure 8 : Pourcentage de la consommation mondiale de carburant en fonction de la distance de vol

6.1 Cas de base

Le scénario de référence est censé représenter un avenir de l'aviation sans émissions nettes qui est raisonnablement réalisable compte tenu de l'état des technologies examinées dans les chapitres précédents. L'hypothèse fondamentale de ce scénario, qui est reprise dans tous les scénarios étant donné la certitude relative de la technologie, est que les biocarburants seront utilisés pour répondre à une grande partie de la demande totale d'énergie de l'aviation en 2050. En ce qui concerne la répartition spécifique des biocarburants destinés aux différentes utilisations finales dans le secteur des transports, même si nous considérons qu'il est peu probable que 100 % des matières premières des biocarburants soient utilisées pour les SAF, il y a lieu de s'attendre à ce qu'un très grand pourcentage soit destiné à l'industrie aéronautique, car c'est le secteur le plus difficile à décarboniser et le plus enclin à payer une prime. Par conséquent, ce cas suppose que 90 % des matières premières de biocarburants durables projetées en 2050 iront à la production de SAF.  

La majeure partie du reste de la demande en 2050 sera probablement satisfaite par des carburants synthétiques ; cependant, il est difficile de faire une hypothèse directe sur la contribution de cette catégorie de carburants en raison de facteurs concurrents : d'une part, les carburants synthétiques sont très coûteux ; d'autre part, ils sont aussi, comme beaucoup l'ont fait remarquer lors des entretiens, très évolutifs. Pour y remédier, nous calculons d'abord le rôle d'autres technologies plus récentes - à savoir le vol direct à l'hydrogène ou à l'ammoniac - dont la pénétration du marché d'ici 2050, bien que susceptible d'être beaucoup plus faible, est également plus facile à projeter. Nous supposons ensuite que la demande restante est satisfaite par les carburants synthétiques. Les avions entièrement électriques ne sont pas pris en compte parce qu'ils ne devraient pas avoir d'effet notable sur les émissions du secteur, comme nous l'avons vu précédemment.  

Tout d'abord, pour les avions à hydrogène, le scénario de base suppose que l'autonomie sera limitée, surtout avant 2050. Des variantes à autonomie étendue avec des réservoirs d'hydrogène extrêmement légers qui minimisent la consommation d'énergie par rapport au kérosène peuvent être développées, mais le consensus qui se dégage des discussions avec les entreprises et des conclusions de la littérature est que l'hydrogène sera d'abord utilisé pour des avions plus petits et/ou pour des vols régionaux. La distance maximale d'un vol régional est supposée être de 750 miles (1207 km). Comme le montre la figure 8, une bande de 750 miles comprendrait un nombre modéré de vols car la distribution des distances est fortement biaisée vers la plage de 500 à 1100 miles (805-1770 km). Plus précisément, les vols de moins de 750 miles représentent environ un tiers du trafic quotidien. Cela dit, il n'est pas raisonnable de penser que les vols à l'hydrogène représenteront la totalité de ce volume d'ici 2050, compte tenu de l'état actuel de la technologie, de la difficulté de construire une infrastructure pour l'hydrogène, tant en termes de transport jusqu'à l'aéroport que de systèmes de ravitaillement sur place, des défis liés à la manipulation de l'hydrogène liquide et des changements nécessaires dans les procédures de sécurité et d'exploitation. En outre, de nombreux avions plus gros effectuent des trajets régionaux pour de multiples raisons liées à l'exploitation du système des compagnies aériennes et à la popularité des itinéraires, et ces avions - étant donné qu'ils doivent également parcourir régulièrement plus de 750 miles - ne sont pas des cibles probables pour une adoption précoce de l'hydrogène. En conséquence, cette étude de cas part du principe que seuls 20 % des vols de moins de 750 miles seront alimentés par l'hydrogène en 2050. 

Le vol à l'ammoniac est la plus récente des technologies envisagées et fait encore l'objet de recherches dans les universités. Elle présente toutefois des avantages potentiels par rapport à l'hydrogène, ce qui explique pourquoi certains grands acteurs industriels soutiennent les travaux de R&D dans ce domaine. Comme indiqué précédemment, la plus grande densité énergétique volumétrique de l'ammoniac signifie qu'environ 75 % des vols intérieurs pourraient être effectués à l'aide d'avions fonctionnant à l'ammoniac. Compte tenu de la taille de la masse continentale des États-Unis, cette approximation peut être utilisée directement avec la figure 8, ce qui donne un potentiel de vols à l'ammoniac jusqu'à environ 1650 miles (2655 km), une amélioration notable par rapport à l'hydrogène. L'ammoniac présente des inconvénients liés à la toxicité du carburant, en particulier pour les applications passagers, mais en général, les aéroports seraient en mesure de gérer l'ammoniac plus facilement que l'hydrogène.  

La technologie de l'ammoniac est cependant bien en retard sur celle de l'hydrogène, ce qui rend peu probable une commercialisation avant l'horizon 2045-2050. Dans ces conditions, notre scénario de base suppose que seuls 10 % des vols de moins de 2 655 km seront assurés par des avions à l'ammoniac. Il reste donc les carburants synthétiques pour couvrir le reste de la demande. Cette méthode consistant à attribuer un pourcentage de la demande aux biocarburants, à l'hydrogène et à l'ammoniac dans un premier temps, puis à attribuer le reste aux carburants synthétiques, est utilisée dans tous les cas. Les hypothèses pour chaque cas sont résumées dans le tableau 4. 

Tableau 4 : Résumé des hypothèses utilisées dans l'étude de cas 

Ventilation de la demande de carburant aviation par vecteur énergétique en 2050 : Hypothèses du scénario 

Les résultats du scénario de référence sont présentés à la figure 9. La demande d'énergie projetée pour l'aviation en 2050 est ventilée de telle sorte que 86 % des besoins sont satisfaits à l'aide de biocarburants et de carburants synthétiques, qui sont tous deux des carburants de substitution. L'utilisation de ces carburants entraîne des émissions, mais l'HEFA réduira l'empreinte_CO2 de 50 à 65 % et le carburant synthétique dérivé du DAC sera quasiment nul. Un scénario qui s'appuie fortement sur ces deux types de carburants est particulièrement probable car il est le moins exigeant en termes de changements d'infrastructure.  

carburants à zéro émission de carbone représentent les 14 % restants de la demande énergétique prévue (8 % pour l'ammoniac et 6 % pour l'hydrogène). La technologie des avions à hydrogène a un TRL plus élevé mais une applicabilité potentielle moindre en raison des problèmes liés au poids et à l'autonomie des réservoirs. On s'attend à ce qu'il y ait davantage de vols sur de courtes distances avec de l'hydrogène dans le scénario de référence, mais que l'utilisation de l'ammoniac sur des itinéraires plus longs (moins courants) fasse que l'ammoniac contribue un peu plus à la satisfaction de la demande totale d'énergie. Quoi qu'il en soit, la certification des aéronefs, le renouvellement de la flotte et la mise en place d'infrastructures devraient constituer des obstacles à une plus grande adoption de l'un ou l'autre de ces carburants. 

Figure 9 : Résultats pour le cas de base  

Sur la droite de la figure, le pourcentage de l'offre totale prévue pour 2050 est indiqué pour chaque combustible. Comme indiqué sur la figure, les projections de l'AIE concernant l'ammoniac n'incluent pas l'aviation, ce qui signifie que 19 % supplémentaires doivent être fournis par rapport aux projections hors secteur pour répondre à la demande. Cela n'est pas nécessairement irréalisable, mais cela a des implications indirectes pour l'industrie agricole. La demande prévue de carburant synthétique et d'hydrogène est bien inférieure aux projections de l'AIE en matière d'approvisionnement (respectivement 68,5 % et 81,7 %). Cette quantité d'hydrogène comprend le carburant pour les vols directs à l'hydrogène, ainsi que l'hydrogène nécessaire comme matière première pour la production d'ammoniac, de carburants synthétiques et de carburants HEFA. Il convient de noter que, calculée à partir des hypothèses d'Atsonios et^{al88 ,} la quantité d'hydrogène nécessaire comme matière première pour synthétiser les carburants électroniques est très importante, totalisant 15,3 quads, soit 80,5 % du total des 19,1 quads d'hydrogène dont le secteur de l'aviation devrait avoir besoin dans le cadre de cette analyse. Il convient également de noter que le secteur de l'aviation utilise 81,7 % des projections d'hydrogène de la NZE de l'AIE pour toutes les utilisations dans le secteur des transports en 2050 (40,3 % des projections de l'offre totale d'hydrogène). Ce résultat est significatif et implique que des interventions spécifiques en matière de politique et de planification seraient nécessaires pour éviter les restrictions d'approvisionnement qui augmentent les coûts dans l'ensemble de l'industrie. 

Le scénario de référence contribue à montrer que les problèmes de durabilité des biocarburants mis en évidence dans le premier rapport sur l'aviation CATF (voir note de bas de page n° 8) sont gérables. Dans la mesure où ce rapport concluait que des déficits d'approvisionnement pourraient apparaître si l'industrie aéronautique tentait de s'appuyer exclusivement sur les biocarburants pour soutenir ses efforts de décarbonisation, ces résultats montrent qu'une combinaison d'autres technologies en cours de développement peut combler le déficit tout en respectant les projections de l'AIE en matière d'approvisionnement à l'horizon 2050. Étant donné qu'il est peu probable que le futur mélange de carburants pour l'aviation corresponde à toutes ces hypothèses, notre dernière analyse se penche sur quelques scénarios supplémentaires afin de fournir plus de contexte. Il s'agit notamment d'un scénario de carburants synthétiques avancés, d'un scénario d'hydrogène avancé et d'un scénario d'ammoniac avancé.  

6.2 Cas des carburants synthétiques avancés

Le cas des carburants synthétiques avancés représente un scénario dans lequel les prix des carburants synthétiques baissent plus rapidement que ne le prévoient de nombreuses projections actuelles, ce qui permet à ce carburant d'occuper une plus grande part du marché que ne le prévoit le scénario de base. Dans ce scénario, une contribution accrue du carburant synthétique pour l'aviation réduit la demande d'hydrogène et de bio-SAF et élimine totalement le besoin d'aéronefs à l'ammoniac. Par rapport aux biocarburants, les carburants synthétiques sont chimiquement identiques mais actuellement plus chers, en particulier si le_CO2 utilisé pour fabriquer ces carburants provient de DAC. Même si des sources de_CO2 plus économiques sont disponibles, la production de SAF synthétique nécessite environ 100 fois plus d'hydrogène que la production de bio-SAF, ce qui renforce son désavantage en termes de coûts. Toutefois, les matières premières des biocarburants réellement bénéfiques pour le climat devraient se raréfier, ce qui laisse entrevoir la possibilité que les carburants synthétiques soient plus compétitifs en 2050, même s'ils nécessitent plus d'hydrogène. Ainsi, le scénario des carburants synthétiques avancés suppose une légère baisse à 80 % de l'offre totale projetée de matières premières de biocarburants durables pour la production de SAF, en raison du coût des biocarburants qui commence à éclipser le coût des carburants synthétiques vers le milieu du siècle.  

En ce qui concerne l'ammoniac, dans un scénario où les carburants synthétiques sont moins chers que les biocarburants, le principal avantage de l'ammoniac par rapport aux carburants synthétiques - c'est-à-dire le coût du carburant - est atténué. Le procédé Haber-Bosch utilisé pour produire de l'ammoniac consomme moins d'hydrogène que celui nécessaire à la synthèse des biocarburants, et l'azote est moins cher à produire que le_CO2. D'autre part, les carburants synthétiques sont compatibles avec les carburants de base et n'ont pas de restriction d'autonomie, alors que l'ammoniac nécessite une grande quantité d'infrastructures nouvelles ainsi que des moteurs d'avion redessinés. Si les carburants synthétiques sont adoptés à un rythme accéléré et que les prix se rapprochent de ceux de l'ammoniac, il n'y a guère de raison pour que le marché choisisse l'option technologique la plus risquée et la plus récente au lieu de la solution de substitution. Ainsi, dans le cas des carburants synthétiques avancés, on suppose que 0 % des vols de moins de 2 655 km seront effectués par des aéronefs fonctionnant à l'ammoniac.  

Pour l'hydrogène, les compromis ne sont pas aussi clairs ; cependant, si l'on regarde le marché aujourd'hui, il y a un appétit manifeste pour des solutions de carburant véritablement sans carbone sur le marché de l'aviation. En outre, tout_CO2 capturé qui est séquestré de manière permanente au lieu d'être utilisé comme matière première pour la production de carburants synthétiques offre un avantage climatique plus important. Étant donné que les avions à hydrogène font déjà l'objet d'essais et qu'il existe des incitations à trouver les solutions les plus raisonnables et les plus avantageuses, il est peu probable que les avions à hydrogène soient éliminés ; leur pénétration sera plutôt limitée aux petits avions sur de très courtes distances. Pour ces raisons, notre scénario de carburant synthétique avancé prévoit une baisse de moitié par rapport au scénario de base, soit seulement 10 % des vols de moins de 750 miles (1207 km) couverts par l'hydrogène en 2050. 

Par rapport au scénario de référence, la figure 10 montre que les carburants synthétiques représentent la plus grande part du bouquet énergétique de l'aviation en 2050 (56 %), la contribution des biocarburants étant ramenée à 41 %. Dans ce cas, les carburants contenant du carbone représentent toujours 97 % du bouquet énergétique ; toutefois, il pourrait y avoir un léger avantage climatique par rapport au scénario de référence, étant donné que les émissions de cycle de vie des carburants synthétiques à base de_CO2 provenant de DAC sont probablement inférieures à celles des carburants biologiques. Il n'est guère nécessaire de modifier ou d'améliorer les infrastructures dans ce cas, si ce n'est pour acheminer les pipelines vers l'aéroport depuis les nouvelles installations de production de carburants synthétiques. En outre, l'ammoniac ne jouant aucun rôle, il n'y a pas lieu de craindre des effets négatifs sur les marchés de l'agriculture et de la navigation maritime. Les vols directs à l'hydrogène sont relégués à un marché de niche représentant 3 % de la demande totale d'énergie. 

Figure 10 : Résultats pour le cas du carburant synthétique avancé

Cela dit, le diagramme à barres de droite montre que la demande de carburants synthétiques et la demande totale d'hydrogène sont beaucoup plus proches des projections de l'AIE concernant l'offre de NZE en 2050, à savoir 95,7 % et 95,4 %, respectivement, le pourcentage pour l'hydrogène étant relatif à la projection de l'offre uniquement pour les utilisations dans le secteur des transports. En raison de l'énorme quantité d'hydrogène nécessaire pour produire des carburants synthétiques, une demande supplémentaire d'hydrogène à faible teneur en carbone de la part du secteur de l'aviation mettrait à rude épreuve une chaîne d'approvisionnement qui, aujourd'hui, n'est pas encore à l'échelle. Si l'aviation demande la quasi-totalité de l'offre d'hydrogène prévue pour les transports, d'autres secteurs des transports cherchant à se décarboniser, comme le camionnage lourd, connaîtront une concurrence accrue pour un produit qui a une large applicabilité dans les secteurs de décarbonisation tels que la production d'acier et de ciment, les utilisations existantes de l'hydrogène comme matière première dans les raffineries, ainsi que la production d'ammoniac pour le secteur de l'agriculture. Ce scénario présente donc des risques en matière de coûts et d'approvisionnement qui sont moins présents dans le scénario de référence. S'il se concrétise, ce sera probablement en raison d'une forte préférence pour la préservation de l'uniformité des carburants et des infrastructures dans le secteur de l'aviation, combinée à une croissance technologique et commerciale explosive sur le marché des carburants électroniques.  

6.3 Cas de l'hydrogène avancé

Le cas de l'hydrogène avancé examine un scénario dans lequel l'accent est mis sur les vols à l'hydrogène, de sorte que les avions sans émissions de_CO2 sont ajoutés de manière agressive aux flottes, que l'infrastructure aéroportuaire pour l'hydrogène est prioritaire par rapport à l'infrastructure pour d'autres technologies propres, et que le_CO2 utilisé pour synthétiser l'e-carburant reste cher jusqu'en 2050. Dans cette situation, l'utilisation accrue de l'hydrogène devrait faire baisser la demande de carburants synthétiques et d'ammoniac, mais n'aurait pas d'incidence sur la demande de bio-SAF.  

Tout d'abord, en ce qui concerne les biocarburants, tout carburant à base de carbone sera préféré, surtout à court terme, à d'autres solutions comme l'hydrogène, en raison des coûts d'infrastructure et des risques liés à la technologie aéronautique. Dans un scénario où les prix du_CO2 restent élevés, soit en raison des limites du DAC, soit en raison des défis associés à la mise à l'échelle de la technologie de synthèse des carburants, l'industrie aéronautique cherchera probablement en premier lieu à maximiser son utilisation des bio-SAF. C'est pourquoi ce scénario ne prévoit aucun changement par rapport au scénario de référence en ce qui concerne la contribution des biocarburants - en d'autres termes, il suppose toujours que 90 % des matières premières de biocarburants durables projetées seront utilisées pour la production de SAF. 

En ce qui concerne l'ammoniac, nous nous attendons à ce que l'adoption rapide des vols à l'hydrogène réduise le besoin de cette technologie plus récente. Les avantages de l'ammoniac par rapport à l'hydrogène sont la portée et la facilité de manipulation. Toutefois, si l'hydrogène couvre effectivement un grand pourcentage des vols régionaux, l'ammoniac sera contraint de rivaliser avec les FAS, d'origine biologique ou synthétique, dans la fourchette 750-1650 miles (1207-2655 km) où, contrairement à la comparaison avec l'hydrogène, l'ammoniac est plus difficile à manipuler et a un rayon d'action plus court. En outre, les avantages éventuels en matière de manutention par rapport à l'hydrogène ne sont pertinents que si l'infrastructure de l'ammoniac est en place et, dans ce scénario, on suppose que le développement de l'infrastructure de l'hydrogène est favorisé. Une fois les délais technologiques pris en compte, l'ammoniac devient, selon ce scénario, une solution de niche sur certains marchés qui utilisent en partie le site carburants à zéro émission de carbone , mais où l'autonomie est une exigence forte, ou sur les marchés qui accueillent d'autres grands utilisateurs d'ammoniac (par exemple, les ports). Ainsi, le scénario de l'hydrogène avancé suppose que 5 % des vols de moins de 2 655 km (1650 miles) - c'est-à-dire moitié moins que dans le scénario de base - seront assurés par des avions à l'ammoniac.  

Enfin, en ce qui concerne l'hydrogène lui-même, le pourcentage de vols de 750 miles (1207 km) ou moins fonctionnant à l'hydrogène augmente dans ce scénario, mais n'atteint pas 100 %. La raison principale en est que les avions monocouloir plus grands qui effectuent à la fois des vols régionaux et des vols intérieurs plus longs auront nécessairement une consommation d'hydrogène réduite. Cela dit, Airbus et d'autres compagnies prévoient de disposer d'avions à hydrogène d'ici à 2035, et même si cette date n'est pas respectée, la technologie est suffisamment avancée pour être prête à être adoptée à grande échelle pour les vols régionaux si les conditions du marché sont favorables et si l'infrastructure est mise en place de manière agressive, comme le prévoit ce scénario. Pour ces raisons, le scénario de l'hydrogène avancé suppose que 80 % des vols de moins de 750 miles (1207 km) seront propulsés à l'hydrogène en 2050. 

La part des biocarburants dans la partie supérieure de la figure 11 reste inchangée, comme expliqué ci-dessus. En revanche, l'utilisation accrue de l'hydrogène entraîne une forte réduction de la demande de carburants synthétiques, dont la part tombe à 25 %. Cette part est égale à celle des vols directs à l'hydrogène. Il reste donc l'ammoniac pour couvrir les 4 % restants de la demande dans des cas d'utilisation plus spécialisés, sans émission de carbone mais à plus longue portée. 

Figure 11 : Résultats pour le cas de l'hydrogène avancé  

Il est intéressant de noter que c'est dans le cas de l'hydrogène avancé qu'il faut produire le moins d' hydrogène à faible teneur en carbone - seulement 69,6 % de la projection de l'offre de la NZE de l'AIE pour les utilisations dans le secteur des transports. Cette constatation illustre la mesure dans laquelle la demande future d'hydrogène sera déterminée par l'utilisation de carburants synthétiques, ainsi que l'avantage de la combustion directe d'un carburant comme l'hydrogène qui a une énergie spécifique supérieure, ou un contenu énergétique par kilogramme, par rapport aux carburants à base de carbone. Étant donné que ce scénario ne nécessite qu'une faible expansion (9,5 %) de l'approvisionnement en ammoniac et relativement peu de quads d'hydrogène, tout en réduisant la dépendance à l'égard des combustibles synthétiques coûteux (jusqu'à 42,9 % de l'approvisionnement prévu), il s'agit probablement du cas où les coûts des combustibles sont les plus bas dans notre analyse. D'autres coûts, cependant, seraient supportés ailleurs, principalement pour équiper les flottes des compagnies aériennes avec des avions à hydrogène, installer l'infrastructure de l'hydrogène dans les aéroports, reformer le personnel des aéroports pour qu'il puisse manipuler l'hydrogène en toute sécurité, et développer l'infrastructure de transmission et de distribution de l'hydrogène nécessaire dans tout le pays. Ce scénario présente certains avantages, mais il est moins probable que les deux précédents. S'il se concrétise, il sera probablement dû à une poussée relativement uniforme de l'industrie et des politiques pour développer les avions à hydrogène et l'infrastructure associée, ainsi qu'à un investissement important des compagnies aériennes dans le renouvellement de leur flotte afin d'ajouter des avions sans émissions de carbone.  

6.4 Cas de l'ammoniac avancé

Ce cas examine une situation dans laquelle la nouvelle technologie nécessaire pour permettre l'aviation à l'ammoniac, ainsi que l'infrastructure requise, progressent rapidement pour permettre une augmentation sensible, par rapport au scénario de référence, de la couverture du segment de vol de moins de 1 650 milles (2 655 km). Cette plage, qui correspond à environ 75 % des vols, implique que l'ammoniac peut être utilisé pour la plupart des avions monocouloirs dans le monde. Toutefois, les avions à deux couloirs effectuant des vols internationaux auraient toujours besoin d'un carburéacteur à faible teneur en carbone, semblable au kérosène, raison pour laquelle ce scénario prévoit le même pourcentage de SAF d'origine biogène que le scénario de référence. Par conséquent, la production de SAF dans ce cas nécessite toujours 90 % des matières premières de biocarburants durables prévues. 

La demande de vols à l'hydrogène, en revanche, est totalement obérée par l'ammoniac dans ce scénario. Si la technologie de l'ammoniac progresse rapidement, que l'infrastructure de l'ammoniac est développée et que les aéroports et les compagnies aériennes se sentent à l'aise avec les mesures de sécurité nécessaires pour gérer les risques de toxicité du carburant, le marché n'aura guère de raison de choisir l'hydrogène plutôt que l'ammoniac. Les deux sont carburants à zéro émission de carbone, mais l'ammoniac facilite les opérations au sol et permet des vols plus longs. Si l'on suppose que l'avantage principal de l'hydrogène, à savoir l'état de préparation technologique, est minime, comme c'est le cas dans ce scénario, le marché devrait choisir l'ammoniac plutôt que l'hydrogène tant que les prix de l'ammoniac sont proches des prévisions. Ainsi, ce scénario suppose que 0 % des vols de moins de 750 miles (1207 km) sont couverts par l'hydrogène en 2050. 

Enfin, en ce qui concerne l'ammoniac lui-même, si ses avantages théoriques sont nombreux, il existe des limites importantes quant à la mesure dans laquelle le segment de vol inférieur à 1 650 miles (2 655 km) pourra être couvert de manière réaliste par l'ammoniac en 2050. Même en supposant que le délai de commercialisation prévu pour la technologie de l'ammoniac soit avancé de cinq à dix ans par rapport à 2045-2050, une fois pris en compte le renouvellement de la flotte et la nouveauté relative de la technologie, le meilleur scénario pour l'ammoniac est probablement une adoption modérée d'ici le milieu du siècle. Cela laisse aux carburants synthétiques la possibilité de répondre à la demande restante, où la facilité offerte par leur compatibilité avec les carburants de base concurrencerait le prix plus bas de l'ammoniac. Compte tenu du calendrier et de ces facteurs concurrents, notre scénario de l'ammoniac avancé suppose une augmentation modeste par rapport au scénario de base, à savoir que 33 % des vols de moins de 2 650 km seront assurés par des avions à l'ammoniac en 2050. 

Figure 12 : Résultats pour le cas de l'ammoniac avancé 

La figure 12 présente les résultats de ce scénario, avec une part de biocarburants inchangée et un mélange de carburants synthétiques et d'ammoniac presque également réparti à 29 % et 25 % de la demande globale d'énergie pour l'aviation, respectivement. Le diagramme à barres montre un besoin d'hydrogène légèrement réduit par rapport au scénario de base, avec 79,5 % de l'offre d'hydrogène prévue par l'AIE pour les transports, mais une demande plus importante que dans le cas de l'hydrogène avancé. Cela est principalement dû à l'hydrogène supplémentaire nécessaire pour augmenter la production d'ammoniac et, dans une moindre mesure, pour répondre à une dépendance légèrement plus importante à l'égard des carburants synthétiques (49,5 % de l'offre projetée par l'AIE) dans ce cas.  

L'augmentation nécessaire de la production d'ammoniac est le résultat clé, car ce cas implique une augmentation de l'offre d'ammoniac de 62,7 % par rapport aux projections basées sur l'utilisation de l'ammoniac dans d'autres secteurs. Contrairement aux autres cas, cette augmentation est probablement suffisamment importante pour entraîner des effets intersectoriels, ce qui pourrait créer une situation où la dynamique de l'offre et de la demande d'ammoniac entraînerait des hausses de prix généralisées. Ces préoccupations concernant l'offre, ainsi que l'état de la technologie pour les vols à l'ammoniac, font de ce cas de figure le moins probable de tous ceux envisagés dans notre analyse. L'ammoniac présente des avantages en tant que carburant aéronautique, mais il faudrait un changement de mentalité dans l'ensemble de l'industrie pour qu'il joue un rôle beaucoup plus important au milieu du siècle. Un scénario comme le cas de base, dans lequel les compagnies aériennes expérimentent l'adoption de cette technologie zéro carbone plus récente et à plus longue portée sur certains itinéraires, est plus probable. 

Enfin, la figure 13 compare la demande d'hydrogène dans chacun des scénarios avancés à la demande d'hydrogène dans le scénario de référence. Comme nous l'avons souligné dans la discussion précédente, nos résultats montrent des changements significatifs dans la demande d'hydrogène - de l'ordre d'environ ±15% ou 6 quads - selon le cas.  

Figure 13 : Comparaison de la demande de production d'hydrogène avec le scénario de référence

Le principal moteur est la production de carburants synthétiques, qui nécessite de l'hydrogène comme matière première et entraîne une série de compromis : la commodité des carburants synthétiques prêts à l'emploi, la capacité d'augmenter rapidement la production d'hydrogène propre et l'incertitude quant à la rapidité avec laquelle les technologies et l'infrastructure nécessaires pour permettre les vols directs à l'hydrogène pourraient arriver à maturité. Cette triple énigme sera fortement influencée par les coûts, les considérations technologiques, les préférences de l'industrie, les engagements politiques et la volonté du public. 

7. Recommandations politiques

Les efforts visant à commercialiser les SAF synthétiques et d'autres options de décarbonisation de l'aviation se heurtent à de nombreux défis, dont beaucoup sont abordés dans le présent rapport. Néanmoins, le développement et le déploiement de volumes massifs de carburant aviation non biogénique et respectueux du climat sont essentiels pour éliminer les émissions de gaz à effet de serre du secteur de l'aviation - ce qui, à son tour, constitue une étape critique pour parvenir à une décarbonisation complète du secteur des transports. Les décideurs politiques aux États-Unis, en Europe et ailleurs commencent à relever ces défis directement et indirectement, mais il reste encore beaucoup à faire pour promouvoir la production, la distribution et l'utilisation de carburants synthétiques SAF et de carburants d'aviation sans carbone. L'éventail des politiques utiles va des mesures d'application générale qui réduisent l'intensité en carbone des carburants pour les transports aux dispositions très ciblées qui soutiennent la mise en place de chaînes d'approvisionnement en matières premières de carbone et d'hydrogène de source appropriée. 

7.1 Normes relatives aux carburants propres

Les normes sur les carburants propres (CFS) exigent des réductions progressives de l'intensité de carbone (CI) des carburants utilisés dans les transports. En règle générale, ces politiques subventionnent les carburants alternatifs à faible teneur en carbone et les vecteurs énergétiques (y compris l'électricité) en accordant des crédits négociables aux producteurs de carburants qui dépassent l'objectif fixé en matière d'intensité carbonique. Parallèlement, elles augmentent le coût des carburants conventionnels en exigeant des producteurs de ces carburants qu'ils achètent suffisamment de crédits pour couvrir tout excédent de carbone résultant du non-respect de l'objectif d'intensité carbonique.  

La Californie a été la première à adopter l'approche du CSA en 2009 en adoptant une norme sur les carburants à faible teneur en carbone (LCFS) pour les carburants destinés au transport terrestre^.89 D'autres États de la côte ouest des États-Unis ont fait de même au cours de la décennie suivante, de même que la ColombieBritannique. À partir de 2018, les fournisseurs de carburants d'aviation à faible teneur en carbone peuvent "opter" pour la LCFS californienne et générer des crédits^{vendables90 ;} en 2024, le California Air Resources Board a lancé un processus de révision réglementaire visant à appliquer les normes d'intensité carbone de la LCFS à tous les carburants d'aviation utilisés sur les vols qui décollent et atterrissent en^{Californie91.} 

Des efforts sont également en cours pour élaborer une norme nationale applicable aux carburants propres pour les États-Unis. Les éléments clés d'une norme fédérale solide sur les carburants propres sont les suivants : 

• Trajectoire vers zéro au milieu du siècle. Le CSA doit ramener l'intensité carbonique des carburants utilisés dans les transports à un niveau proche de zéro d'ici le milieu du siècle. 
• Une analyse robuste et complète du cycle de vie des émissions de gaz à effet de serre. L'octroi de crédits et de déficits dans le cadre d'un système de carburants propres dépend de la détermination des émissions de gaz à effet de serre des carburants sur l'ensemble de leur cycle de vie. Les normes relatives aux carburants propres doivent utiliser les meilleurs modèles et outils disponibles pour évaluer les émissions sur l'ensemble du cycle de vie, y compris les émissions directes en amont provenant de la production, du transport et de la manutention des carburants, ainsi que les émissions indirectes importantes (par exemple, les changements d'affectation des sols dans le cas des carburants de transport fabriqués à partir de matières premières biogènes). 
• Garanties contre la dépendance excessive à l'égard de matières premières non durables. Des garde-fous, tels que la limitation du nombre de crédits pouvant être accordés aux carburants produits à partir d'une matière première particulière, sont nécessaires pour empêcher les entités réglementées de trop dépendre de certains types de carburants, en particulier les biocarburants à forte intensité foncière. 
• Couverture multisectorielle. Afin de promouvoir la planification et d'aligner les incitations sur des marchés de carburants très liés, un CSA doit s'appliquer aux carburants utilisés par les véhicules routiers et non routiers, ainsi qu'aux carburants utilisés dans les secteurs de l'aviation et de la marine. Cela dit, le CSA doit limiter les échanges de crédits intersectoriels afin de garantir que la politique favorise les avancées technologiques essentielles dans le secteur de l'aviation et d'éviter les scénarios dans lesquels, par exemple, les compagnies aériennes achètent des crédits peu coûteux générés par des voitures particulières alimentées par des batteries au lieu d'investir dans le développement de carburants aéronautiques à faible teneur en carbone.  

7.2 Rendre obligatoire la SAF synthétique

Les gouvernements peuvent accélérer le déploiement des SAF synthétiques en imposant des obligations de consommation. La politique ReFuelEU Aviation de l'Union européenne exige des fournisseurs de carburant qu'ils augmentent progressivement la disponibilité de carburants aéronautiques durables pour les vols de l'aviation civile opérant à partir de grands aéroports, en commençant par 2 % de la consommation de carburant en 2025 et en atteignant 70 % en 2050. L'exigence ReFuelEU comporte un sous-mandat spécifique pour les carburants synthétiques pour l'aviation qui augmente au fil du temps : les carburants synthétiques pour l'aviation doivent représenter 1,2 % de la SAF disponible dans les aéroports de l'UE en 2030-2031, 10 % en 2040 et 35 % en 2050^.92     

En spécifiant qu'un type de carburant particulier doit représenter une part prédéterminée du marché des carburants, les mandats de consommation sont moins efficaces que les normes de performance pour promouvoir des stratégies de conformité innovantes et rentables. Les mandats peuvent toutefois éviter certains des problèmes de mise en œuvre liés à la forte dépendance des normes de performance de type CSA à l'égard des outils compliqués et imparfaits nécessaires pour évaluer les émissions de GES sur l'ensemble du cycle de vie^.93 

7.3 Subventions à la production

Les subventions publiques qui récompensent la production de carburants aviation à faible teneur en carbone peuvent également être efficaces, à condition que l'éligibilité aux subventions soit limitée aux carburants qui démontrent des améliorations claires et substantielles en termes d'intensité de carbone par rapport au carburant aviation conventionnel. La loi sur la réduction de l'inflation de 2022 a introduit une nouvelle subvention pour le carburant d'aviation durable sous la forme d'un crédit d'impôt délivré par le département du Trésor. La valeur du crédit va de 1,25 $ par gallon pour les carburants qui permettent une réduction de 50 % de l'intensité carbonique à 1,75 $ par gallon pour les carburants qui permettent une réduction de 100 %^.94 Le crédit d'impôt est également disponible pour les producteurs de SAF synthétique et de bio-SAF, bien que peu ou pas de producteurs de SAF synthétique seront en mesure de réclamer le crédit au cours des premières années du programme. (Les inquiétudes concernant la méthodologie utilisée par le département du Trésor pour quantifier l'intensité en carbone des bio-SAF ont donné lieu à un lobbying intensif et à un processus d'examen complexe au sein de l'agence).    

Les subventions les plus efficaces en matière d'énergie propre trouvent un équilibre. Une subvention bien conçue pour les SAF synthétiques contribuerait à protéger une industrie naissante d'une concurrence écrasante sur les prix au cours de ses premières années d'existence, tout en garantissant que le financement public est réservé aux carburants qui offrent des avantages clairs et substantiels sur le plan climatique. Comme nous l'avons vu dans le contexte des normes sur les carburants propres, il est impératif d'utiliser des outils d'évaluation des GES solides et complets sur l'ensemble du cycle de vie. Si, par exemple, un outil d'évaluation du cycle de vie utilisé pour déterminer les niveaux de subvention pour les producteurs de SAF ne tient pas compte de manière adéquate des émissions indirectes de changement d'affectation des sols associées aux méthodes à forte intensité foncière utilisées pour fournir des matières premières pour les bio-SAF, les producteurs de SAF synthétiques seront injustement désavantagés alors que les producteurs de bio-SAF ayant d'importantes émissions indirectes de GES pourraient bénéficier d'avantages financiers.    

7.4 Contrats de différence SAF

Un contrat pour les différences (CfD) est un outil financier qui oblige une partie à compenser une autre partie pour la différence entre le prix actuel du marché d'un actif et la valeur de cet actif au moment où les parties ont conclu leur contrat. Des versions modifiées de cet outil gagnent du terrain dans le domaine de la politique énergétique comme moyen de réduire les obstacles financiers au déploiement de combustibles à moindre intensité de carbone en rendant une tierce partie responsable de la couverture des coûts unitaires des combustibles qui dépassent un seuil convenu. Par exemple, un gouvernement qui reconnaît la nécessité d'introduire les SAF synthétiques sur le marché pourrait créer un CfD avec un producteur de SAF synthétiques dans lequel le gouvernement garantirait que le producteur gagnerait un montant prédéfini pour chaque gallon de carburant aviation synthétique qu'il vendrait aux compagnies aériennes sur une période de cinq ans. Ce montant pourrait être fixé à un niveau supérieur de 2 dollars, par exemple, au prix de vente moyen actuel du gallon de SAF biologique, ce qui permettrait au producteur de SAF synthétique d'être compétitif sur les marchés des SAF tandis que le gouvernement prendrait temporairement en charge une partie ou la totalité du coût supplémentaire de la synthèse de SAF à partir de matières premières non biogéniques. 

L'Union européenne poursuit un objectif similaire en allouant jusqu'à 20 millions de quotas gratuits dans le cadre du système d'échange de quotas d'émission (ETS) aux exploitants d'aéronefs qui utilisent des SAF, dans le but d'atténuer tout ou partie de l'écart de prix entre les SAF et le carburant d'aviation conventionnel^.95 

7.5 Stimuler l'offre d'hydrogène à faible teneur en carbone

Toute augmentation massive de la production de SAF synthétique - et, en fait, la réussite de la décarbonisation globale de l'aviation par presque toutes les voies possibles - dépend de la disponibilité d'hydrogène et d'atomes de carbone à faible coût obtenus par des procédés respectueux du climat. Dans le cas de l'hydrogène, une politique publique est nécessaire pour prendre en charge les coûts supplémentaires liés à la production d'hydrogène par des procédés à faibles émissions de gaz à effet de serre et/ou pour garantir la demande de cet hydrogène.  

Les États-Unis poursuivent deux stratégies principales pour promouvoir la production d'hydrogène à faible teneur en carbone. Ces deux stratégies sont très prometteuses, mais doivent également être affinées. La première se concentre sur les investissements directs pour démontrer la technologie de l'hydrogène et s'appelle le programme Regional Clean Hydrogen Hubs (H2Hubs). Adopté dans le cadre de l'Infrastructure Investment and Jobs Act de 2021, ce programme met 8 milliards de dollars à la disposition de coalitions régionales de participants industriels et commerciaux qui s'associent pour rapprocher les infrastructures de production, de stockage et de transport de l'hydrogène à faible teneur en carbone des utilisateurs finaux (y compris, dans certains cas, les producteurs de SAF).  

Pour s'assurer qu'une partie du développement de l'approvisionnement et de l'infrastructure de l'hydrogène à faible teneur en carbone est orientée vers des applications aéronautiques, le ministère de l'Énergie des États-Unis (DOE), qui met en œuvre le programme H2Hubs et négocie actuellement des prix pour sept hubs proposés, devrait considérer l'hydrogène comme un carburant ou une matière première pour l'aviation et une utilisation finale clé pour soutenir des objectifs de décarbonisation plus larges. En particulier, le DOE devrait envisager d'affecter une partie du milliard de dollars de financement fédéral réservé à une initiative de soutien de la demande dans le cadre du Programme H2Hubs aux utilisations finales de l'aviation pour aider à démontrer les technologies nécessaires^.96 En outre, tout financement futur des centres d'hydrogène (aux États-Unis ou dans le monde) devrait se concentrer sur les secteurs d'utilisation finale les plus essentiels qui ont besoin d'hydrogène pour se décarboniser - dont l'aviation. 

La deuxième grande politique nationale des États-Unis en faveur de l'hydrogène propre est un crédit d'impôt à la production établi par la loi de 2022 sur la réduction de l'inflation (Inflation Reduction Act). Dans le cadre de cette politique, les producteurs d'hydrogène peuvent demander un crédit d'impôt allant jusqu'à 3 dollars par kilogramme d'hydrogène à faible teneur en carbone. Le département du Trésor américain finalise actuellement les orientations relatives au crédit d'impôt pour l'hydrogène propre (également appelé "Section 45V" en référence à l'article pertinent du code des impôts américain), mais les futures modifications ou extensions du crédit pourraient se concentrer sur l'incitation au développement nécessaire de méthodes de production d'hydrogène à très faible teneur en carbone (par exemple en limitant les futurs crédits aux niveaux les plus bas d'intensité de carbone qui sont actuellement admissibles à la Section 45V). Les futures politiques fédérales en matière d'hydrogène à faible teneur en carbone pourraient également lier les incitations aux utilisations finales bénéfiques pour le climat (à savoir les applications industrielles lourdes et les applications de transport lourdes, y compris l'aviation). Cela permettrait de s'assurer que les réserves limitées d'hydrogène à faible teneur en carbone vont d'abord aux secteurs et aux utilisations finales hautement prioritaires qui ne disposent pas d'autres options viables de décarbonisation, y compris les utilisations de l'hydrogène comme carburant propre ou comme matière première pour l'aviation.  

L'Union européenne s'efforce de stimuler l'approvisionnement en hydrogène à faible teneur en carbone par le biais de divers programmes de financement, notamment la Banque de l'hydrogène du Fonds d'innovation de l'EU ETS, qui distribuera 800 millions d'euros sous forme de primes fixes par kilogramme d'hydrogène renouvelable^{produit97 ,} et le Partenariat pour l'hydrogène propre d'Horizon Europe, une initiative publique-privée visant à soutenir la recherche et l'innovation dans la production, le transport, la distribution et le stockage de l'hydrogène renouvelable, ainsi que dans certains domaines de la technologie des piles à^{combustible98 .} En veillant à ce qu'une part substantielle de ces fonds et d'autres sources de financement disponibles soit consacrée aux utilisations finales liées à l'aviation, les décideurs politiques européens pourraient accélérer les progrès du secteur vers la décarbonisation.   

Une autre façon pour les gouvernements de donner la priorité à l'utilisation d'hydrogène respectueux du climat pour la décarbonisation de l'aviation consisterait à créer un rabais pour les producteurs de SAF synthétique. Dans le cadre de cette approche, un producteur de SAF synthétique aurait droit à une remise fixe (par exemple, 1 $/kg) pour tout hydrogène à faible teneur en carbone qu'il se procure et incorpore dans son produit. 

7.6 Favoriser l'accès au carbone respectueux du climat

Étant donné que la provenance des atomes de carbone utilisés pour fabriquer des SAF synthétiques a un impact significatif sur la compatibilité climatique du carburant qui en résulte, les décideurs politiques et les autres parties prenantes doivent (1) élaborer des protocoles pour évaluer l'impact sur le climat des différentes technologies d'approvisionnement en carbone et (2) mettre en œuvre des mécanismes pour tester et éventuellement déployer les options les plus prometteuses.  

Les politiques peuvent rendre compte de l'impact sur le climat de l'extraction mécanique du carbone de l'atmosphère et de son utilisation comme matière première pour les SAF avec une confiance raisonnable, principalement parce que les facteurs clés sont mesurables. Le principal obstacle au captage direct dans l'air (DAC) semble être le coût élevé de la séparation du carbone de l'air ambiant. Le captage du carbone de l'eau de mer pourrait être relativement peu coûteux, mais l'impact net de cette technologie sur le climat est moins bien compris, en partie parce qu'il ne peut être mesuré (et doit donc être modélisé).  

Le carbone peut également être obtenu en capturant les émissions de_CO2 provenant de sources ponctuelles telles que les usines et les unités de production d'électricité. Si l'installation est alimentée par un combustible fossile, les avantages climatiques de l'utilisation du_CO2 capturé pour synthétiser du carburant seront probablement relativement modestes, étant donné que le processus implique en fin de compte un transfert de carbone géologique vers l'atmosphère. Si l'installation est alimentée par de la bioénergie, la SAF synthétique fabriquée à partir du_CO2 capté pourrait avoir un IC très faible, en fonction du type de biomasse utilisé et du sort qui lui aurait été réservé si elle n'avait pas été brûlée.   

Le tri de l'impact climatique de ces voies nécessite une analyse minutieuse, transparente et normalisée sur l'ensemble des marchés et des juridictions réglementaires. Les décideurs politiques devraient collaborer avec les institutions universitaires, les organisations d'intérêt public et l'industrie pour lancer une série d'initiatives visant à minimiser les incertitudes entourant la capture du carbone et, plus particulièrement, à clarifier son rôle dans la synthèse des SAF. L'un de ces efforts a été lancé en 2024 par la National Science Foundation des États-Unis pour "établir un programme fédéral complet de recherche sur l'élimination du dioxyde de carbone en milieu marin afin d'accélérer le développement des connaissances nécessaires pour déterminer", entre autres, "le potentiel d'atténuation du climat des approches marines [d'élimination du dioxyde de carbone], y compris leur efficacité, leur permanence, leur évolutivité, leur demande d'énergie et d'autres ressources, et leurs coûts "⁹⁹.  

Au fur et à mesure que le coût et l'efficacité des technologies d'extraction du carbone sont mieux compris, des politiques devraient être mises en œuvre pour soutenir le déploiement initial de technologies et de processus de capture qui réduisent clairement les niveaux de_CO2 dans l'atmosphère, s'ajoutent aux efforts existants d'élimination du carbone, n'entraînent pas de fuites, sont soumis à des mesures de sauvegarde qui empêchent le double comptage des absorptions déclarées et ne créent pas de dommages involontaires^.100 À terme, les gouvernements devront également contribuer à l'élaboration de protocoles et d'analyses permettant d'évaluer les avantages ou les inconvénients nets de l'utilisation du carbone capturé pour la synthèse de combustibles, plutôt que de le séquestrer de manière permanente. 

7.7 Réduction des effets non liés au _CO2

Bien que l'effet de réchauffement ne soit pas encore totalement compris, des analyses récentes indiquent que les traînées de condensation pourraient doubler ou tripler l' impact total du secteur de l'aviation sur le changement climatique. Il est urgent de poursuivre les recherches sur les nombreux aspects de ce phénomène. CATFLe prochain rapport de la Commission européenne sur les incidences de l'aviation sur les émissions autres _que le CO2 présente de nombreuses mesures que les décideurs politiques et les autres parties prenantes peuvent prendre pour renforcer la compréhension scientifique de la formation des traînées de condensation et des moyens de la réduire. 

7.8 Promouvoir l'innovation dans les carburants aéronautiques à teneur nulle ou faible en carbone

Les gouvernements régionaux et nationaux peuvent contribuer à accélérer la commercialisation des technologies essentielles à la décarbonisation de l'aviation en investissant dans des initiatives de recherche et de développement. Les fonds alloués par des agences telles que l'Agence de sécurité aérienne de l'Union européenne, le ministère de l'économie, du commerce et de l'industrie du Japon, ainsi que le ministère de l'environnement et l'administration fédérale de l'aviation des États-Unis, devraient soutenir des programmes qui, entre autres, visent à 

• Améliorer l'efficacité et la fiabilité des systèmes à faibles émissions de gaz à effet de serre pour la production et la distribution de l'hydrogène nécessaire à l'augmentation des SAF synthétiques et des carburants d'aviation sans carbone.  
• Optimiser les systèmes de propulsion et les systèmes de stockage embarqués pour carburants à zéro émission de carbone, y compris les turbines à gaz fonctionnant à l'ammoniac et les réservoirs d'hydrogène de faible poids. 
• Prototype d'aéronefs modifiés, y compris des ailes mixtes conçues pour accueillir de l'hydrogène.  

8. Conclusion

L'un des aspects les plus difficiles de la décarbonisation du secteur des transports est de trouver des solutions respectueuses du climat qui conviennent à l'industrie aéronautique. Cette industrie, qui s'est fortement appuyée sur le kérosène fossile à forte densité énergétique et à forte intensité de carbone, doit abandonner l'utilisation du kérosène conventionnel pour ses moteurs d'avion, ses installations aéroportuaires, ses capacités de stockage, l'infrastructure de sa chaîne d'approvisionnement, ses pratiques d'exploitation et ses règles de sécurité, afin d'atteindre les objectifs climatiques qu'elle s'est fixés.  

Communément appelé carburant aviation durable ou SAF, la technologie la plus mature disponible aujourd'hui est le biocarburant dérivé de graisses et d'huiles traitées avec de l'hydrogène pour créer des carburants hydrocarbonés qui ont la même densité énergétique que le kérosène fossile. Cette solution d'appoint est nécessaire, mais elle est probablement insuffisante en soi. Des travaux antérieurs ( CATF ) basés sur les projections de l'AIE en matière d'approvisionnement montrent qu'il n'est pas réaliste d'augmenter la quantité de matières premières biogènes durables sans nuire à l'utilisation des terres agricoles pour répondre à la demande croissante de l'aviation, même si l'on renforce les politiques et les investissements privés pour améliorer l'approvisionnement à l'avenir. Ainsi, un marché qui s'est appuyé sur un seul carburant devra envisager une transition vers une combinaison de sources d'énergie : biocarburants, kérosène synthétique synthétisé à partir d'hydrogène et de_CO2 à faible teneur en carbone (le_CO2 pouvant être obtenu à partir de sources ponctuelles, de la gazéification de la biomasse, de la DAC ou d'autres technologies de capture), hydrogène direct ou ammoniac et, dans certains cas spécifiques, propulsion entièrement électrique.  

Cette transition nécessiterait une mise à l'échelle suffisante de plusieurs industries naissantes et d'autres changements dont on peut s'attendre à ce qu'ils mettent à rude épreuve les infrastructures et les opérations aéroportuaires, mais un avenir multicarburant représente une approche plus réalisable et plus bénéfique pour le climat de la décarbonisation par rapport à une stratégie qui repose exclusivement sur le bio-SAF. Vers le milieu du siècle, à mesure que les matières premières biogènes durables se raréfieront, les coûts du bio-SAF se rapprocheront probablement de ceux du kérosène synthétique ; en outre, les vols à l'hydrogène et à l'ammoniac étant les options les plus propres, ces technologies devraient commencer à jouer un rôle à mesure qu'elles arriveront à maturité, bien que dans un rayon d'action limité. L'ammoniac et l'hydrogène devraient coûter moins cher que le carburant synthétique étant donné les coûts associés à l'approvisionnement en_CO2 pour la production de carburant synthétique et la quantité d'hydrogène utilisée dans le processus.  

Compte tenu de tous ces facteurs, notre analyse montre qu'une combinaison de quatre carburants - bio-SAF, carburéacteur synthétique, hydrogène et ammoniac, les deux premiers étant utilisés pour répondre à 86 % de la demande globale - représente un mélange de carburants plausible pour l'industrie aéronautique en 2050. Cela dit, il existe d'importants obstacles technologiques et économiques qui, au mieux, compliqueront la transition de l'industrie aéronautique vers un tel avenir multicarburant. Pour avoir une chance de réussir, la transition devra être soutenue par des investissements privés substantiels ainsi que par des politiques publiques qui encouragent le déploiement de carburants synthétiques et alternatifs carburants à zéro émission de carbone. En outre, ces obstacles sont également susceptibles d'aiguiser l'intérêt pour l'utilisation du captage aérien direct (et éventuellement du captage océanique direct) du_CO2 afin de compenser les émissions associées à des stratégies plus simples mais plus émettrices pour alimenter le secteur de l'aviation. CATF examinera plus en détail le rôle des compensations dans des analyses ultérieures. 

Malgré ces défis, les résultats de cette analyse permettent d'illustrer une voie potentiellement viable. La refonte du marché des carburants pour l'aviation sera une entreprise ambitieuse, mais si l'ensemble du secteur relève le défi, la décarbonisation de l'aviation est possible dans un délai permettant d'atteindre les objectifs nationaux et internationaux en matière de climat.  

Notes de bas de page