Batteries trop lourdes, hydrogène trop volumineux… Pour les moyens et longs courriers, l’avion zéro émission n’est pas pour demain. Afin de baisser son empreinte carbone, le transport aérien n’a pour l’instant pas d’autre choix que d’incorporer de plus en plus de carburants aériens durables (CAD ou SAF, Sustainable Aircraft Fuel), produits à partir de matières organiques ou par voie de synthèse. Après des mois de discussion, l’Europe vient de se donner une feuille de route, REfuelEU Aviation, fixant des taux d’incorporation des CAD jusqu’en 2050. Tous les vols au départ de l’Union européenne seront obligés d'incorporer une part minimale de CAD de 2 % dès 2025. Cette part augmentera ensuite à 6 % en 2030, 20 % en 2035, 34 % en 2040, 42 % en 2045 et 70 % en 2050.
Reste à les produire. Fin 2022, si l’on exclut les sites de production en co-processing, procédé consistant à diluer à très faible quantité (0,5 %) des huiles dans le pétrole lors du raffinage, l’Europe comptabilisait 8 sites de production industrielle en mesure de commercialiser des biokérosènes, indique un rapport de l’IFPEN. Il s'agit exclusivement d’unités de production de biodiesel de type HVO (Hydrotreated Vegetable Oil ou huile végétale hydrotraitée), en mesure de produire des HEFA-SPK (ou Hydroprocessed Esters and Fatty Acids – Synthetic Paraffinic Kerosene), jusqu’à une capacité de 4 millions de tonnes par an (Mt/an) environ. Le procédé HEFA, qui permet de transformer des huiles végétales, des huiles usagées et des graisses animales en biokérosène, est la voie la plus mature et la moins chère. Il est en effet possible de convertir des raffineries classiques en bioraffinerie produisant du HVO, comme TotalEnergies l’a fait à la Mède (Bouches-du-Rhône) et le réalise actuellement à Grandpuits (Seine-et-Marne) pour produire 210 000 tonnes de CAD à partir de 2025. Il suffit, presque, d‘ajouter une unité de prétraitement des huiles et graisses animales. Et d'ajouter un étage à la colonne de distillation.
Le seul problème est que la matière première, les huiles de cuissons ou les graisses animales, n’est disponible qu’en quantité limité. Pour être vraiment durable, ce CAD ne peut être produit avec des huiles végétales provoquant la déforestation (huile de palme) ou entrant en concurrence avec l’alimentation (huile de colza ou de soja). Le producteur de biocarburant finlandais Neste, qui produit aussi des SAF HEFA à Provoo en Finlande (100 000 tonnes), à Singapour (1 million de tonnes/an) et bientôt à Rotterdam (450 000 tonnes/an fin 2023), estime le potentiel d’huiles usagées et graisses animales disponibles à 40 millions de tonnes par an dans le monde en 2030, dont 7 à 10 Mt en Europe. Pas suffisant pour couvrir les besoins.
A côté de la voie Esters d'acides gras et acides gras hydrotraités (HEFA) approuvée par l’ASTM (American Society for Testing and Materials) en juin 2011 dans la norme D7566 pour une incorporation dans les carburants pour turbocarburateur (kérosène), neuf autres voies de production de carburants aériens de synthèse ont été certifiés, dont celle du français Global Bioénergies, qui a été certifié en juin 2023, et sept autres sont en attentes de normalisation. Ces technologies peuvent être rangées en quatre grandes familles : les voies oléochimiques et lipidiques (HEFA, CHJ), les voies thermochimiques sur biomasse (BTL et SIP) et Alcohol-to-Jet (ATJ) et les voies de synthèse électrique (Power-to-Liquid) dites e-SAF ou e-fuel.
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Les voies oléochimiques (HEFA)
La filière oléochimique convertit les matières premières lipidiques comme les huiles végétales, les graisses animales ou les huiles de cuisson usagées, mais aussi issues d’algues.
Le HEFA-SPK ou HEFA (esters et acide gras hydrotraités à la paraffine synthétique) est le principal carburant certifié ASTM de cette famille. Il peut être incorporé jusqu'à 50 %.
Le HH-SPK ou HC-HEFA (Hydroprocessed Hydrocarbons synthesized isoparaffinic kérosène) ou isoparaffinique traité par hydrolyse) a été certifié en mai 2020 mais ne peut être incorporé que jusqu'à 10 %. Il est produit à partir d'huiles d'une algue spécifique (botryococcus braunii).
La co-processing HEFA (co-hydroprocessing of esters and fatty acids in a conventional petroleum refinery), qui permet d'incorporer des huiles usagées dans le pétrole au court du process de raffinage, comme TotalEnergies le fait à hauteur de 0,5% sur sa plate-forme de Normandie, n’est autorisée que pour une incorporation maximale de 5 %.
Le CHJ (catalytic hydrotermolysis jet fuel ou hydrothermolyse catalytique du carburéacteur), aussi appelé liquéfaction hydrothermale, où l'huile d'acide gras libre propre provenant du traitement des huiles usagées ou des huiles énergétiques est combinée à de l'eau d'alimentation préchauffée, peut aussi être incorporé jusqu'à 50 %.
Les voies thermochimiques (BTL)
Les filières thermochimiques consistent essentiellement en la conversion de matières premières lignocellulosiques (bois, déchets solides municipaux, résidus de l'agriculture et de la sylviculture) en paraffine synthétique par gazéification de la biomasse (un gaz de synthèse) et synthèse de Fischer Tropsch (FT), où le monoxyde de carbone et l'hydrogène sont convertis en hydrocarbures liquides. Trois carburants d’aviation étaient, au cours du premier semestre 2023, certifiés par cette voie :
Le FT-SPK (Fischer-Tropsch hydroprocessed synthesized paraffinic kerosene) ou kérosène isoparaffinique synthétisé par Fischer Tropsch, qui peut aussi être produit à partir de charbon et de méthane et peut être incorporé jusqu'à 50%.
Le FTSPK/A, ou Fischer Tropsch avec aromatiques, a été approuvé par l'ASTM en novembre 2015 pour être incorporé jusqu'à 50 %.
Le co-processing FT (Co-hydroprocessing of Fischer-TRopsch hydrocarbons in a conventional petroleum refinery) n’est autorisé, lui que jusqu’à 5 %.
Les voies biochimiques (ATJ et SIP)
Les voies biochimiques convertissent la biomasse par des processus biologiques, tels que la fermentation du glucose en éthanol et l'hydrolyse enzymatique suivie d'une conversion biologique des sucres. Déjà deux procédés sont normalisés par l’ASTM dans la norme D7566 :
Le ATJ-SPK ou l'alcool-to-jet de Lanzatech, qui convertit les alcools (éthanol et isobutanol) en hydrocarbures par déshydratation, oligomérisation et hydrotraitement, a été approuvé en avril 2016. Il peut être incorporé jusqu’à 50 %. C'est dans cette voie que le français Global Bioénergies a fait certifié sa voie IBN-SPK qui permet de produire un composé de base des biocarburant, l'isobutène à partir de fermentation de sucres extraits des la biomasse (paille ou résidus de bois).
Le SIP ou Isoparaffines synthétisées, qui utilise un processus de fermentation pour convertir un stock de sucre en une molécule d'hydrocarbure qui peut être mélangée au carburéacteur conventionnel, peut être incorporé jusqu’à 10 %.
Les voies électro-carburants (e-fuel) ou électro-biocarburants (e-BTL)
Les voies de production de SAF de synthèse par combinaison électrique de carbone, d’hydrogène et d’azote (power to liquid) ou combinant une production à partir de biomasse et d’électricité (E-BTL) ne sont pas encore certifiées.
