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Ne suffirait-il pas de transformer le charbon en pétrole ?

Grégory Launay - Dernière mise à jour : 14 mai 2010

 

Pourquoi cette question ?

Le moment semble très propice à l’électrification du parc automobile. Un bon nombre de constructeurs présente la voiture électrique comme une solution d’avenir proche, en attendant une très hypothétique pile à combustible.

Si l’utilisation de l’électricité permet en grande partie de se passer de pétrole pour faire avancer une voiture, elle pose le problème du remplacement du parc de véhicules et de l’aménagement des infrastructures de recharge.

A l’inverse, les carburants alternatifs liquides (biocarburants et carburants de synthèse) présentent l’intérêt de pouvoir se substituer directement au pétrole : mêmes voitures et mêmes infrastructures. Si les biocarburants actuels montrent des limites en terme de volume, il n’en est pas de même pour les carburants liquides issus du gaz et du charbon même si les points de vue divergent sur les quantités potentiellement réalisables de manière pérenne et le temps de mise en œuvre de nouvelles installations.

Alors après tout, quitte à utiliser du charbon pour faire rouler des voitures, pourquoi ne pas en faire un carburant liquide au lieu d’en faire de l’électricité ?


Quelle est la technologie ?

Les techniques qui permettent de liquéfier le charbon sont connues depuis longtemps. On distingue deux procédés, appelés "direct" et "indirect", tout deux développés au début du 20ième siècle en Allemagne. Ces techniques sont aujourd’hui regroupées sous l’appellation « CtL » pour « Coal to Liquid ».

Le procédé direct fut utilisé par l’Allemagne lors de la seconde guerre mondiale pour alimenter l’armée en carburant à partir de l’exploitation du charbon de la Ruhr. Il ne peut être utilisé qu’avec des charbons offrant une bonne teneur en carbone (ce qui exclut les lignites) et produit un carburant de qualité médiocre au regard des standards actuels.

Le procédé indirect doit ce nom à une étape intermédiaire de gazéification : le charbon est transformé en un gaz qui est un mélange de CO2 et d’H2 (que l’on appelle le syngas ou plus communément le gaz à l’eau). Suit une étape de catalyse (au fer ou au cobalt en général) pour obtenir le carburant liquide. Cette étape de catalyse est connue sous le nom de procédé Fischer-Tropsch. Le carburant obtenu est également de meilleure qualité.


Les différentes qualités de charbon, leurs principaux usages et leur poids dans les réserves mondiales – Source : IFP Panorama 2008

Le procédé indirect a été utilisé en Afrique du Sud à partir des années 50 pour couvrir les besoins énergétiques du pays. Face à un embargo international lié au régime de l’Apartheid, ce fut un moyen très efficace de combler les importations de pétrole devenues impossibles. Les capacités de production sont montées jusqu’à 190.000 barils par jours. Le pays est resté pendant très longtemps le seul à posséder une capacité industrielle en fonctionnement.


Quels seraient les avantages ?

Qu’il soit utilisé sous forme d’électricité ou de carburant liquide, le premier avantage du charbon est qu’il permet de faire avancer des véhicules en se passant de pétrole ! C’est donc un levier qui permet de réduire les problèmes de disponibilités qui risquent de devenir de plus en plus sévères à court terme.

Les estimations raisonnables donnent des réserves de charbon aux alentours des 400 Gtep, soit deux fois plus que pour le pétrole, avec un niveau de consommation mondiale annuel 30% inférieur.


Synthèse des réserves fossiles - Sources : synthèse de l’auteur (GIEC, BP Statististical Review, ASPO)

Un second argument en faveur du charbon est sa répartition géographique, bien meilleure que celle du pétrole. Un tiers des réserves se trouve en Amérique du Nord, un second tiers en Asie et le dernier dans les pays de la CEI. Les Etats-Unis et la Chine, les deux nations les plus consommatrices d’énergie, en disposent en grande quantité. Le charbon peut donc jouer un rôle important pour réduire les importations de pétrole de ces pays.


Répartition géographique des réserves d’énergie fossile en Gtep – Source : Institut Français du Pétrole, Panorama 2008

Reste la question du vecteur commercial d’exploitation du charbon. Electricité ou carburant liquide ? Comme évoqué au début, l’avantage principal de la liquéfaction du charbon réside dans la facilité d’usage. Nul besoin de remplacer le parc automobile (ce qui est long et coûteux) ni de déployer des infrastructures de recharge (comme pour l’électricité) ou de distribution (comme pour l’hydrogène). Cela permet également de ne pas bousculer les habitudes des automobilistes : par la densité énergétique du liquide obtenu, nous pourrions conserver des véhicules avec des autonomies fortes, chose impossible avec les voitures électriques.

 

Oui mais …

Tout n’est évidement pas si simple. Le premier problème de taille concerne le bilan CO2 d’un tel carburant. Si pour un véhicule électrique le gain réel en CO2 émis peut être qualifié de … mitigé, pour le charbon liquide il n’y a pas de discussion possible : il est très mauvais !

Le charbon est l’énergie fossile qui a le plus fort contenu en carbone. Une manière de le caractériser est le rapport H/C (ratio entre les teneurs en hydrogène et en carbone). Il est de 4 pour le gaz naturel (il y a 4 atomes d’hydrogène pour 1 atome de carbone), d’environ 1,8 pour les carburants commerciaux et entre 0,4 et 0,8 pour le charbon, suivant sa qualité. Pour un même contenu énergétique, le charbon émet entre 20 et 40% de CO2 en plus que le pétrole lors de sa combustion.


Comparaison des émissions de gaz à effet de serre en analyse de cycle de vie pour différentes sources d’énergie – Source : Jean-Marc Jancovici, cours ENSMP 2008

Il faut également prendre en compte le rendement de l’étape de fabrication du carburant. Si le raffinage du pétrole affiche un rendement proche des 90% (87% selon l’ADEME), les procédés de liquéfaction du charbon sont plutôt autour des 50%. Pour une quantité d’énergie donnée, seulement la moitié arrive donc dans le réservoir du véhicule. La consommation énergétique et les émissions de gaz à effet de serre liées à cette technologie sont donc très importantes.

 

Emissions de gaz à effet de serre et consommation énergétique pour différents types de carburants alternatifs – Source : Etude JRC, 2008

Ce graphique est issu du rapport de la commission européenne qui fait référence en la matière. L’axe des abscisses représente la consommation énergétique nécessaire pour réaliser 100 km avec un véhicule de référence, l’axe des ordonnés représente les émissions de CO2. L’ensemble est calculé du puits à la roue c'est-à-dire en tenant comptes de la fabrication du carburant utilisé.

Au global l’utilisation du charbon consomme une fois et demi d’énergie en plus que du carburant traditionnel. Les émissions de gaz à effet de serre, en équivalent CO2, sont doublées. Là où un véhicule électrique est sensiblement meilleur qu’un véhicule thermique standard en émissions de CO2 et fait jeu égal en consommation énergétique, la voiture au charbon fait bien pâle figure …

Si elle est pensée de façon raisonnable, une telle utilisation du charbon ne peut donc se faire qu’avec une séquestration du carbone lors de la production, technique qui implique une consommation d’énergie supplémentaire. Le bilan est alors nettement amélioré sur les émissions de CO2 mais ne devient pas mirifique pour autant.


Emissions de gaz à effet de serre pour un véhicule roulant au charbon liquéfié avec et sans capture et stockage du carbone – Source : Etude JRC, 2006

 

L’inertie des moyens de production

Si déployer un parc de véhicules électriques ne peut pas se faire en claquant des doigts, déployer des sites de production de charbon liquéfié non plus.


Répartition de la production de carburant liquide en 2008 – Source : UKERC Global Oil Depletion, aout 2009

Pour l’année 2008 la production s’est élevée à quelques 50.000 barils soit 0,06% de la production mondiale de carburant liquide … autant dire anecdotique. Faire croître cette production à plusieurs millions de barils par jours (l’automobile en consomme près de 30 millions) demanderait un effort très important, surtout si les installations doivent être équipées de système de capture de CO2.

Les Etats-Unis et la Chine, bien conscients du potentiel du charbon pour leur indépendance énergétique, investissent dans des capacités de production. Une première unité a démarré en Chine en 2008 (à Shenhua) avec une capacité annoncée à 20.000 barils par jours. D’autres sont en préparation avec l’objectif d’atteindre un niveau de production de 700.000 barils jours en 2020. Aux Etats-Unis six projets sont également en cours pour une capacité à terme de 150.000 barils par jours. Dans le World Energy Outlook de 2006, l’Agence Internationale de l’Energie estime ainsi des capacités totales de production de l’ordre de 750.000 barils par jour à l’horizon 2030. Si le développement est significatif, en valeur absolue cela reste toujours moins de 1% de la production totale de carburant liquide …

Si le charbon est bien aujourd’hui la ressource qui fait croître la consommation énergétique mondiale, c’est bien la génération d’électricité qui est plébiscitée.


Production mondiale de Charbon par zones géographiques - Source : Agence Internationale de l’Energie, 2008

 

Quelles conclusions ?

Malgré son avantage apparent sur la facilité d’usage, l’utilisation du charbon sous forme liquide ne semble pas faire le poids face à l’usage en centrales électriques. Il semble donc difficile d’imaginer un rôle d’envergure pour ce « carburant alternatif » et c’est probablement mieux ainsi si l’on souhaite réduire les émissions de gaz à effet de serre liées au transport et à l’automobile.

Mais on ne peut pas exclure que cette solution soit utilisée plus massivement si de très fortes tensions apparaissaient sur le marché pétrolier. Difficile d’imaginer que la contrainte climatique suffira à convaincre les grandes puissances (Etats-Unis et Chine en tête) de ne pas puiser dans leurs réserves si des tensions géopolitiques viennent limiter fortement leurs importations de pétrole.

Au delà de ces considérations, rappelons tout de même qu’il y a consensus assez large sur le fait que toutes les ressources fossiles sont menacées avant la fin du 21ième siècle, les carburants de synthèse d’origine fossile ne seront donc jamais une solution pérenne.


Projection des pics de production de pétrole, de charbon et de gaz - Source : Agence International de l’énergie, 2004