Les biokérosènes, la solution pour décarboner l’aviation ?

Paul Colonna

Directeur de recherche à l’INRA

Avec une consommation mondiale d’environ 363 milliards de litres (Gl) par an, l’aviation(1) contribue entre autres à près de 2% des émissions de CO2. À l’instar de toutes les activités humaines, la maîtrise de ces émissions est une préoccupation centrale. Les perspectives de croissance de l’aviation, estimées à 5% par an jusqu’en 2050, posent ainsi la problématique de la diversification de ses sources d’approvisionnement.

En 2016, l’ATAG (Air Transport Action Group) représentant l’ensemble des industriels du secteur a abouti à un unique accord global comprenant 3 objectifs :

  • un objectif d’amélioration de l’efficacité énergétique de 1,5% par an jusqu’en 2020 ;
  • un objectif « Carbon Neutral Growth 2020 » de plafonnement des émissions nettes de CO2 du transport aérien à partir de 2020 ;
  • une réduction globale des émissions de CO2 de 50% en 2050 par rapport à leur niveau de 2005.

En l’absence de changement majeur attendu dans les technologies des moteurs, et compte tenu de la durée de vie des avions (environ 25 ans), les biokérosènes représentent une solution pour atteindre ces objectifs ambitieux. Rappelons que ce sont des carburants liquides issus de la transformation de la biomasse, directement incorporables (drop-in) au kérosène fossile, le Jet A/A1, sans adaptation au niveau des avions de son usage, de la logistique d’approvisionnement associée ou de la maintenance.

Quelle contribution des biokérosènes ?

L’absence de données solides sur le « contenu GES » des biokérosènes ne permet toutefois pas aujourd’hui d’estimer la contribution potentielle de ces biokérosènes pour atteindre les objectifs chiffrés de réduction des émissions à l’horizon 2050 (par rapport à un scenario business as usual).

Aussi les ambitions politiques chiffrent plutôt des objectifs d’incorporation. En 2011, la Commission européenne a lancé le projet European Advanced Biofuel FlightPath qui visait à atteindre une incorporation de 2 Mt de biojet à horizon 2020, soit 4% de la consommation européenne. Dans son Livre Blanc pour le Transport de 2011(2), la Commission européenne envisage un objectif d’incorporation de 40% de carburants à faibles émissions dans l’aviation à l’horizon 2050.

Aux États-Unis, le programme Farm to Fly 2.0 de la Federal Aviation Administration (FAA) et de l’USDA a pour objectif la consommation de 3,7 Gl de jet alternatif en 2018, ce qui correspond à un taux d’incorporation de 5% de biocarburants dans la consommation des compagnies aériennes américaines.

5 procédés de production certifiés

L’approbation de tout nouveau carburant aéronautique est un processus fiable mais lourd, coûteux (jusqu’à 10 millions de dollars) et long (3 à 6 ans). A l’heure actuelle, cinq procédés de production de biokérosènes sont complétement certifiés selon la norme ASTM D4054(3). Ces biokérosènes aujourd’hui certifiés, décrits par leurs structures chimiques et propriétés (viscosité, température de distillation), ne sont autorisés qu’en mélange avec du Jet A/Jet A1, à hauteur de 10% à 50% maximum en volume, selon le type considéré.

Entre 2011 et fin 2017, plus de 45 000 vols commerciaux ont eu lieu à partir de lots expérimentaux de biokérosène.

Seul un des cinq procédés certifiés (le biokérosène HEFA-SPK(4)), produit par Altair en Californie, est actuellement commercialisé et distribué, en mélange à 30% avec du JetA/A1 à l’aéroport de Los Angeles depuis mars 2016. De nombreux projets industriels sont par ailleurs en construction en Europe et aux États-Unis. Entre 2011 et fin 2017, plus de 45 000 vols commerciaux(5), impliquant une vingtaine de compagnies aériennes ont eu lieu à partir de lots expérimentaux de biokérosène. En France, le programme« Lab’line for the future » d’Air France illustre cette nécessaire démonstration d’utilisation de biocarburants lors de vols commerciaux.

Onze autres procédés sont en cours de certification, avec le recours à des lipides et à la lignocellulose. Ils résultent aussi d’hybridation entre des procédés de raffinage de pétrole et des bioraffineries. À plus long terme, des briques technologiques avec les microalgues et des cyanobactéries offrent des perspectives intéressantes, mais sont encore à des degrés de maturité technologiques trop bas pour être considérées dans des procédés.

Les défis de l’industrialisation

L’obtention de biokérosène est réalisable technologiquement. L’industrialisation comprend toutefois plusieurs défis, le premier d’entre eux étant la réduction du coût de production (procédés et matière première) avec un rapprochement de celui du carburant fossile. La recherche étant de plus en plus coûteuse lorsqu’on monte en TRL (niveau de maturité technologique), la mutualisation d’unités de démonstration (Pomacle) permettrait de disposer de données solides sur les rendements, les coûts CAPEX et OPEX. Un accompagnement par les politiques publiques est systématiquement requis sous réserve que l’atout environnemental soit significatif.

En 2015, la consommation européenne (UE28) de kérosène s’est élevée à 41,6 Mtep, soit 8,6% des produits pétroliers.

Le développement commercial du biokéroséne doit être ramené au dimensionnement des marchés régionaux visés. En 2015, la consommation européenne (UE28) de kérosène s’est élevée à 41,6 Mtep, soit 8,6% des produits pétroliers. Comparativement, la consommation de biofuels (éthanol et biodiesel) pour les transports terrestres était de 14,2 Mtep dans l’UE28 en 2015. Ces deux marchés « biokérosène à 50% d’incorporation » et « biocarburants pour les transports terrestres » ont ainsi des volumes comparables, conduisant à des concurrences d’usage de la biomasse en fonction des opportunités de marché.

Les biokérosènes ne seront légitimes pour incorporation dans les kérosènes que s’ils procurent une réduction des émissions de GES. Or, peu de données sont publiées sur cette caractéristique à l’heure actuelle, surtout à l’échelle du démonstrateur. Cette évaluation doit intégrer les changements d’usage des sols. On peut s’inspirer des résultats obtenus sur les biocarburants pour les moteurs thermiques des véhicules terrestres. L’apport de données sur le contenu « GES » des biokérosènes constitue ainsi bien une condition centrale de leur développement, en l’absence d’autres réelles alternatives pour décarboner l’aviation à grande échelle.

Sources / Notes
  1. EIA International Energy Statistics. 
  2. White Paper for Transport - Roadmap to a Single European Transport Area.
  3. Standard Practice for Qualification and Approval of New Aviation Turbine Fuels and Fuel Additives, ASTM International.
  4. Le procédé HEFA-SPK / Hydroprocessed Esters of Fatty Acids - Synthesized Paraffinic Kerosene (2011) est un procédé fondé sur la thermochimie qui se différencie par un hydrotraitement isomérisant d’huiles végétales (HVO), d’huiles usées et graisses animales.
  5. Base de données High Biofuel Blends in Aviation.

Commentaire

Mazurkiewicz

1) L'auteur affirme qu'il ne sait pas si les biokérosènes procurent une réduction des émissions de GES.
La faute avouée est à moitié pardonnée.
2) Pomacle c'est un village dans la Marne. Sans "s".

Paul COLONNA

Aucune donnée validée n'existe pour les biokérosènes, avec un protocole défini précis (quel périmètre ? part des systèmes de culture dans la phase de production de biomasse ?quid du changement direct d'usages des sols ?) permettant des comparaisons . Des valeurs sont présentées (au conditionnel) dans le rapport de l'académie des technologies Quel avenir pour les biocarburants aéronautiques ? EDP Sciences, 2014.

Hervé LEFRANC

Toutes ces affirmations n'ont rien de scientifique et c'est même la négation c'est à dire antiscientifique......J'explique : Le kérozène " bio " n'est qu'un hydrocarbure comme les autres.....il contient autant de carbone et sa combustion produit autant de CO2.... Nous sommes içi face à une escroquerie intellectuelle et scientifique....... Ce n'est qu'un travail de lobbying......

Dominique AIMON

L article serait plus intéressant si il développait l EROI des bio kérosènes qui hélas ne doit pas être très brillant.
Il faut probablement dépenser une unité d énergie pour en récupérer moins de 2 avec le bio kérosène.

Paul COLONNA

Les valeurs d'EROI ne sont pas connues et publiées. pour être utiles dans les comparaisons il faut utiliser des valeurs obtenues sur des dispositifs à des échelles de démonstration.
Pour des raisons de confidentialité des projets de recherche et développement ces valeurs sont rarement accesibles.
Le seul exercice rigoureux accessible est le travail du DOE: Argonne, 2014. Life-cycle analysis of bioproducts and their conventionnal counterparts in GREET. Contrairement à votre pessismisme, on récupère plus d'énergie qu'il n'en ait injecté dans les phases de culture (parce que l'energie solaire n'est pas compatibilisée !). Je ferai une analyse des connaissances prochainement

bazhudek

exemple scandaleux de greenwashing où pour se donner bonne conscience, on remplace les énergies fossiles par du carburant issu de la culture , sans rien changer des quantités d'émissions de polluants dans l'atmosphère mais en rajoutant d'autres catastrophes aux pollutions qu'ils vont continuer de générer.
1 - en dédiant des surfaces cultivables aux carburants, on supprime des terres fertiles pour l'alimentation. On continue donc de fragiliser la sécurité alimentaire des pays émergents.
2 - cela contribue a déstabiliser politiquement les pays fragiles en faisant monter les prix des productions agricoles.
3 - le premier biocarburant mondial en volume est l'huile de palme qui favorise les déforestations, appauvrit les sols jusqu'à les rendre stériles.
4 - en accélérant cette déforestation, on extermine les faunes et flores locales, et on contribue encore à la déstabilisation climatique.
5 - on accentue encore l'utilisation de pesticides, gourmands en énergie qui produisent beaucoup de GES.
6 - on génère encore du stress hydrique et on confisque l'eau des cultures alimentaires pour irriguer les cultures biocarburant dans certains pays. (exemple : il faut plus de 10 000 litres d'eau pour faire 1 litre de biodiesel).

Bref ! quand on sait que l'accès à l'eau est un enjeu majeur et le 1er grand choc environnemental à venir, qu'il faudrait encore plus de pesticides, des surfaces gigantesques pour produire ce carburant et ce, sans changer les émissions de polluants, on peut clairement en déduire que c'est la pire des solutions pour se donner bonne conscience .

Paul COLONNA

Je vous invite à lire la fiche pédagogique que j'ai rédigée sur les biokérosènes : en même temps que cette tribune d'actualité. J'insiste bien sur le besoin d'avérer les économies d'émission de gaz à effet de serre pour tout développement potentiel de biocarburant.
Ensuite la problématique du palmier à huile est très compliquée. L'ouvrage du CIRAD permet d'avoir un discours plus nuancé, étayé par des données scientifiques et une expérience partagée du terrain, en déplaçant l’attention vers le Sud, lieu de production exclusive et de consommation majoritaire de l’huile de palme.
Ouvrage La palme des controverses. Palmier à huile et enjeux de développement. Alain Rival, Patrice Levang. Ed. Quae.2013

bazhudek

Tenter de décrédibiliser mon propos en tentant de faire croire que c'est compliqué et que je ne comprendrais rien ... je suis rodé Monsieur ah ah ah et moi je vous invite à lire les documents et enquêtes de friends of the wearth international !

Avoir un regard global sur tous nos besoins vitaux et ceux en énergies actuels et à venir, mettre les volumes nécessaires en face et faire ces propres conclusions loin d'avis partisans me semble indispensable pour avoir un regard neutre.

Si je ne suis pas sur la même ligne pro-nucléaire que Jean-Marc Jancovici, en revanche son constat exhaustif a le mérite de remettre les pendules à l'heure et de redéfinir les vrais caps ... mais encore faut il accepter de faire son inventaire contradictoire loin des dogmes. ... mais c'est juste mon avis !

ALAIN DUPARQUET

Bonjour,
C'est tout le problème des bio-carburants. Considérer que leur émission de CO2 n'a pas d'incidence sur le réchauffement est une plaisanterie des technocrates. En effet, la décomposition du végétal après sa mort est un moyen de séquestrer dans le sol le CO2 qu'il a séquestré en lui même durant sa vie . Le brûler, sou quelque forme qu ce soit, c'est restituer ce CO2 à la planète et contribuer à son réchauffement climatique.

Hervé LEFRANC

Toutes ces affirmations n'ont rien de scientifique et c'est même la négation c'est à dire antiscientifique......J'explique : Le kérozène " bio " n'est qu'un hydrocarbure comme les autres.....il contient autant de carbone et sa combustion produit autant de CO2.... Nous sommes içi face à une escroquerie intellectuelle et scientifique....... Ce n'est qu'un travail de lobbying......

Paul COLONNA

au delà des technocrates, la question que vous posez est celle de la place des forêts dans la réduction du CO2 atmosphérique.
D'abord le seul stockage long terme est celui dans le bois de l'arbre sur pied ou du bois de charpente. Dès qu'il y a mort de l'arbre, le matière organique entre en décomposition et in fine aboutit à du CO2 ou du méthane. Recourir à la forêt n'a de sens que si l'on se place bien dans une logique de flux pour répondre aux besoins humains. Je vous invite à regarder la présentation de Christine Deleuze qui aborde les différents volets des rôles de la forêt
https://www.youtube.com/watch?v=hJN6W2AUVZ8
Nous nous rejoindrons peut être sur le fait qu'aucune activité humaine ne peut être neutre au plan carbone. Reste à choisir la moins impactante des solutions pour répondre à nos besoins .
Enfin le seul stockage définitif est celui obervé dans la sédimentation du calcaire des coquilles.

Hervé LEFRANC

Toutes ces affirmations n'ont rien de scientifique et c'est même la négation c'est à dire antiscientifique......J'explique : Le kérozène " bio " n'est qu'un hydrocarbure comme les autres.....il contient autant de carbone et sa combustion produit autant de CO2.... Nous sommes içi face à une escroquerie intellectuelle et scientifique....... Ce n'est qu'un travail de lobbying......

Hervé LEFRANC

Le titre de cet article est d'une stupidité scientifique totale....!!!!!!!
Le bio-kérosène est un HYDROCARBURE comme les autres....... il contient autant de carbone....et produit autant de CO2 que les autres........C'est la combustion du carbone qui produit de l'énergie calorifique....!!!! Faites donc un bilan matières , un bilan énergétique et un bilan carbone.....pour comprendre.....et cesser de dire des âneries......!!!!

Ajouter un commentaire