Cet article est le second d’une série de quatre. Voici les liens vers la première partie, troisième partie et la quatrième partie.
Dans ce deuxième article, nous allons essayer de comprendre pourquoi, avant 2040, il sera plus rentable de fabriquer des hydrocarbures de synthèse que de les extraire du sol.
Avant 2040, il sera plus rentable de fabriquer des hydrocarbures de synthèse que de les extraire du sol
La startup Terraform Industries, fondée par Casey Handmer, ancien ingénieur du prestigieux labo Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, a publié en janvier 2023 un livre blanc édifiant qui explique par le menu comment il sera très bientôt possible, grâce à l’énergie solaire photovoltaïque de transformer l’air de l’atmosphère en méthane (gaz naturel) à des prix compétitifs. On parle d’e-méthane ou électro-méthane.
Un tel gaz de synthèse a l’avantage d’être neutre en carbone : on prend du carbone de l’atmosphère pour le synthétiser ; on en émet autant quand on le brûle, le bilan est nul, on n’a pas ajouté de CO2 à l’atmosphère en net. Et d’ailleurs, comme une partie de ce gaz pourra servir à produire des objets durables en plastique, il va ainsi piéger du carbone qui ne reviendra pas dans l’atmosphère de sitôt, on peut donc même parler d’émissions négatives à la marge.
Le concept est assez simple : utiliser l’énergie solaire photovoltaïque pour capter eau et CO2 présents dans l’atmosphère, séparer l’eau en hydrogène H2 et oxygène O2, faire réagir hydrogène et CO2 pour produire du méthane (CH4) prêt à être injecté dans un pipeline, sans besoin de compression intermédiaire.
Cette dernière réaction a été mise au point en 1897 par le chimiste français Paul Sabatier qui lui a donné son nom. Leur système génère même de l’eau liquide en excès, prélevée dans l’atmosphère, et ce même dans les zones désertiques.
Ce sont précisément les techniques qui sont envisagées pour produire du méthane et de l’oxygène sur Mars à partir des éléments présents sur la planète rouge, le méthane et l’oxygène constituant le couple carburant/comburant utilisé par la fusée Starship de SpaceX en développement ! Ce n’est pas un hasard si le fondateur de Terraform Industries travaillait sur des rovers martiens à la NASA !
Sachez aussi, par exemple, que le transporteur maritime français CMA-CGM a décidé de miser sa transition énergétique sur le méthane liquéfié (LNG, pour Liquefied Natural Gas). D’ici à fin 2024, il disposera de 44 navires fonctionnant au LNG qui seront compatibles avec le e-méthane, soit déjà plus de 7 % de sa flotte totale, dont son plus gros bateau, le Jacques Saadé (nommé en hommage au fondateur de CMA CGM), entré en fonction en 2020, et dixième plus gros modèle de porte-conteneurs au monde.
Il est même possible de générer d’autres hydrocarbures à partir du méthane, comme le kérosène pour les avions, ou le méthanol sur lequel bascule l’autre transporteur maritime Maersk. Cette technique va donc permettre de battre à terme les prix de toutes les énergies fossiles, et de permettre, entre autres, au transport aérien de prospérer comme jamais, et profiter aux populations qui en sont encore privées dans le reste du monde.
La beauté, la simplicité de l’approche de Teraform Industries est de ne pas chercher à mettre au point les machines les plus efficaces qui soient pour ces procédés, mais les machines les moins chères possibles, en misant sur la baisse continue de l’énergie solaire photovoltaïque jusqu’à au moins 0,01 dollar/kWh.
Citons un passage tiré de leur livre blanc illustrant parfaitement leur philosophie :
« Nos machines sont simples. Elles utilisent des matériaux et des pièces standard disponibles presque partout sur Terre. Leur fabrication est simple et ne nécessite aucun outillage de précision, aucune formation approfondie ou matériaux particulièrement dangereux. […] Les outils sont à notre disposition. Les brevets ont expiré il y a 50 ans. Ce processus n’est pas particulièrement difficile, il s’est simplement révélé historiquement peu rentable, car l’électricité n’était pas assez bon marché à l’époque. Elle l’est maintenant. »
Leur machine, dont les plans ont été dévoilés en juin, va convertir de l’électricité à 0,01 dollar/kWh en gaz naturel (méthane) neutre en carbone à un prix de moins de 0,5 euro/m3. Pour contexte, on était entre 1 euro et 3 euros le m3 de gaz, selon les critères en France en décembre 2022.
Elle pourra tenir démontée dans un container, la production démarre en 2024. Elle n’a pas à être reliée au réseau électrique : couplée à un champ de panneaux solaires, elle utilise directement toute l’électricité produite pour générer du méthane. Autre économie : elle utilise directement le courant continu des panneaux, ce qui permet de se passer des onduleurs (qui d’ordinaire convertissent courant continu en courant alternatif à envoyer vers le réseau) !
Mais quand diable sera-t-on à 0,01 dollar/kWh pour l’énergie solaire photovoltaïque ?
Cela va bien sûr dépendre notamment des endroits dans le monde, et du coût des panneaux solaires. C’est quasiment le cas dans la péninsule arabe et le Sahara. Au rythme actuel de la baisse des coûts des panneaux, les endroits les plus propices permettront de produire du méthane de synthèse compétitif dès 2024, les endroits intermédiaires d’ici à 2032, et les marchés les moins propices avant 2040.
Cela pourrait prendre plus de temps mais ne change rien à l’issue finale, c’est inévitable. En réalité, du fait des subventions aux États-Unis suite à l’Inflation Reduction Act, couplée à la guerre en Ukraine, c’est déjà rentable dans le sud-ouest des États-Unis !
Compte tenu des prix du gaz en Europe, si des machines étaient installées aujourd’hui et s’il y avait assez de panneaux solaires en place, même à leur prix d’aujourd’hui, alors ce serait déjà meilleur marché que le gaz importé par l’Europe !
La question est de savoir si on pourra la déployer assez vite, et jusqu’à quelle échelle, ce que nous allons voir dans les prochaines parties.
Pourquoi ne pas en rester à de l’hydrogène vert ? Pourquoi ne pas tout miser sur la hydrogen economy ?
Nous avons dit que la production d’hydrogène était une des étapes intermédiaires, mais pourquoi ne pas en rester là ? En effet, ce serait un hydrogène vert à un prix compétitif !
C’est possible, mais l’hydrogène est bien plus difficile et cher à stocker et transporter que le méthane. Le méthane est dix fois plus dense à température ambiante que l’hydrogène, au format gazeux. C’est-à-dire qu’une tonne d’hydrogène va occuper dix fois plus de volume qu’une tonne de méthane.
Sachant aussi que le méthane se liquéfie à -160°C contre -253°C pour l’hydrogène, et que le méthane liquide reste encore six fois plus dense que l’hydrogène liquide. L’hydrogène H2 est un très petit composé qui s’infiltre partout, fuit très facilement. CMA-CGM s’est posé la question pour ses bateaux, mais explique qu’on ne peut stocker l’hydrogène que 16 jours, du fait des fuites et de la très basse température requise, contre plus de 90 jours pour un bateau fonctionnant au gaz naturel liquéfié/e-methane.
L’hydrogène est aussi très instable, très dangereux, avec un grand risque d’explosion au contact de l’oxygène dans les milieux confinés, et à partir de concentrations bien plus faibles que les hydrocarbures.
Les risques d’accident sont donc très élevés. Si nous devions tout miser sur la hydrogen economy, une catastrophe finirait par arriver inévitablement, ce qui ne manquerait pas de porter un coup d’arrêt à une telle transition.
Comme les baisses de coût de l’énergie solaire photovoltaïque à venir vont permettre aussi de produire du méthane compétitif, autant le faire, car il est beaucoup plus facile à stocker et transporter, la demande est bien plus grande, et les infrastructures déjà existantes, contrairement à l’hydrogène où tout reste encore à faire !
Disclaimer : Thomas Jestin n’est actionnaire, ni directement ni indirectement, d’aucune des entreprises citées dans cette série.
Comment dire ? Pourquoi « fabriquer » de l’énergie avec de l’énergie ? il va falloir faire des efforts… alors ho hisse !! Non plutôt ho Hess…. mais qui est Germain Henri Hess?
Le mouvement perpétuel n’existe toujours pas….
@nanard Il y a un intérêt : celui de pouvoir la transporter et la stocker .
Vous avez raison, à un détail près : le rendement, et ça change tout.
Vous aurez noté que ce sont les transformations qui mettent en jeu l’énergie et réciproquement, or on ne peut stocker une transformation… au mieux on utilisera des dispositifs redox (batteries) qui obéissent aux lois de Hess. J’aurais dû préciser les rendements dans l’exemple de l’eau, mais c’est plus long, car diffèrent suivant les technologies.
La machine va convertir de l’électricité solaire à prétendument 0.01 $/kwh en méthane à 0.05 $/kwh. Tout ça en produisant (et stockant temporairement) de l’hydrogène, en captant et stockant du CO2 itou, par la réaction de Sabatier à haute température et pression, tout ça dans un machin gros comme un camion plus remorque et qui ne coûtera pas plus cher que le dit camion.
Il y a quelque part une confusion entre le coût du dessin et celui des compresseurs, des réacteurs, des tuyaux, etc. Le seul coût du captage du CO2 est entre 50 et 180 $ la tonne, donc contribue entre 0.01 et 0.03 $ au prix final du kWh. Pour l’hydrogène, il semble qu’il faille compter aussi au moins de l’ordre de 0.03 $ du kWh final pour l’amener à température et pression voulues pour la réaction de Sabatier…
Quid du méthane et de sa participation très forte à l’effet de serre et de la couche d’ozone ?
Merci de votre réponse
@Goufio
Vu que la théorie de l’effet de serre n’est qu’un tissu d’absurdités conduisant à admettre qu’il serait magiquement possible de multiplier l’énergie radiative émise par une source d’énergie grâce à une boucle rétroactive plus ou moins infinie entre la source et les matériaux dits à effet de serre, la question ne se pose pas.
La nouvelle propagande des antinucléaires consiste à inonder le web de pseudo sciences et pseudo technologies qui dans la réalité n’ont pas de consistance. J’ai des doutes sur cet article…
exemple, une application des lois de Hess : vous avez raison, les lois de la physique sont « politisées » . Application au moteur à eau (hydrogène):
On trouve dans la documentation « physicochimique » des constantes. Celles-ci sont mesurées et sont liées à la structure de la matière. (Un peu comme le nombre Pi, dans un autre domaine) . En particulier des nombres qui représentent des énergies de liaison de covalence entre les atomes. C’est principalement ce qui nous intéresse : une mise en commun d’électrons pour une nouvelle molécule.
Cette liste non exhaustive sera suffisante pour mieux comprendre les mécanismes énergétiques. Une remarque au passage, aucune rupture technologique ne pourra affecter ces constantes. Seuls pourront être améliorés les rendements, avec un catalyseur ou un process plus efficace.
Nous avons donc : liaison H-H > 436Kj/mol, H-O > 464Kj/mol, C-C> 347Kj/mol, C-H> 418Kj/mol, O-O>498 Kj/mol. (Dans des conditions de pression et de température identiques dites standards).
La question est simple : comment les utiliser pour déterminer l’énergie fournie ?
Prenons l’équation : hydrogène plus oxygène qui donne de l’eau (peu importe que ce soit par combustion au contact de l’air ou oxydation dans une pile à combustible, seul le rendement changera).
l’équation complète s’écrit : 2 H2+O2—> 2 H2O, facile mais d’où vient l’énergie ?
Il va falloir « casser » les deux liaisons H-H soit fournir 436×2= 864Kj/mol et aussi casser une liaison O-O et ajouter 498Kj/mol soit au total 864+498=1362Kj/mol. À la fin on récupère deux fois deux liaisons OH soit 464Kj/mol*4 = 1856Kj/mol. On a fourni 1362Kj/mol et récupéré 1856Kj/mol soit un gain de 494Kj/mol. (1856-1362)
C’est bien ce l’on constate lors d’une combustion, il faut fournir de l’énergie pour que la transformation nous fasse bénéficier d’énergie. (les joules ont aussi leur équivalence en calories : 1 colorie =4,18 joules, la chaleur est bien une énergie) ;
et l’équation complète s’écrit : 2 H2+O2—> 2 H2O + 494 Kj/mol
Dans ce cas, nous supposons un rendement de 100%. Et ce mécanisme est généralisable.
——–réduction et équivalent endothermique————
De façon simplifiée, maintenant que l’on sait obtenir de l’énergie par oxydation , voyons l’étape suivante : l’opération inverse. Regardons le cas particulier ci-dessus : Eau plus énergie électrique donne : hydrogène plus oxygène.
Ah oui, il faut fournir un effort en apportant de l’électricité, alors ho hisse, heu non, plutôt ho Hess.
(il faudrait aller voir qui est ce Mr. Hess Germain Henri et ce qu’il raconte…)
On a vu précédemment que 2x H2O avait 4 liaisons O-H soit 1856Kj/mol qu’il faudra « briser » c’est l’énergie apportée par l’électricité. A l’arrivée il nous reste de l’oxygène O2 et 2 H2 soit 436×2+498= 1362Kj/mol et… c’est tout.
On peut donc écrire : 2 H2O + 494 Kj/mol —> 2 H2+O2.
(un détail : 1 joule par seconde = 1 watt, le watt définit la puissance de l’énergie)
Il a donc fallut produire la même énergie pour obtenir les molécules de départ de la première réaction décrite, toujours en supposant que le rendement est de 100%… Mais alors pourquoi fournir de l’énergie pour au mieux récupérer la même énergie ???? Hélas les rendements sont toujours inférieurs à 100%. bonne réflexion
Les plus grosses réserves de pétrole mondiales connues sont au Venezuela et sont quasiment inexploitées. Ce brave Jancovici, comme il n’est pas trop bête, finira par se rendre compte que la petite variation climatique que nous constatons n’est vraisemblablement pas due aux émissions de CO2 d’origine humaine. Et la diminution des émissions de CO2 dans les pays développés ne changera absolument rien à la quantité de CO2 présent sur la planète.
Contrairement à un certain nombre de politiques ignares qui s’en servent comme d’une arme, il est assez cartésien et je pense qu’il ne lui faudra pas encore beaucoup de temps pour s’en rendre compte. Il a formidablement retourné sa veste en ce qui concerne le nucléaire. Il peut aussi pour le reste…
Encore un auteur qui n’a toujours pas compris que la volonté d’interdire l’avion (ainsi que la voiture, le chauffage, la climatisation etc) aux masses n’a rien avoir avec la science et la technologie mais avec la politique.
Comme la dernière fois, je rappelle que le coût des cellules ne représente qu’une partie de plus en plus faible du coût du kWh solaire, cf. par exemple la figure 6 de https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/pdf/S2666-3864(22)00011-X.pdf
C’est séduisant, mais, non. Le mantra mondialiste semble plutôt viser à affaiblir les souverainetés, en commençant par le secteur énergétique , qui serait idéalement géré par une entité supranationale. À quoi bon chercher à fournir de l’énergie à bas coût lorsque tous les efforts des États-Unis, comme nous le constatons avec la guerre en Ukraine, semblent viser à détruire l’économie et les approvisionnements énergétiques de l’Europe afin de leur refourguer du gaz de schiste. Je ne parle même pas du désastre Nord Stream pour les entreprises allemandes. Maintenir des prix élevés c’est pratique et somme toute assez simple. On en a un exemple assez flagrant avec le mécanisme de fixation des prix sur le marché européen. L’ère de l’énergie bon marché est révolue. Toutes les bonnes solutions risquent d’être accaparées par la puissance qui sera en mesure de dominer les marchés énergétiques, quels que soient les pays concernés. D’ailleurs, le New Green Deal repose sur l’idée qu’il vaut mieux faire payer sa population et la manipuler avec quelques bons acteurs (non élus), nettement plus sympa, histoire d’édicter des règles et recommandations que s’empressent ensuite d’appliquer les affiliés, du genre accélérer le déploiement des énergies intermittentes.
Comme l’énergie est hyper taxée et que c’est une source de revenus très importante pour les états, les politiques étatiques favorisent un coût élevé de l’énergie. Un pays qui choisirait d’avoir une politique énergétique à bas coût connaîtrait immédiatement un boom économique sans précédent. Et ses habitants, une augmentation de leur niveau de vie. Ainsi qu’une résorption importante du chômage. Un baril de pétrole c’est 159 litres. Le cours actuel inclut les coûts d’extraction. Il reste les coûts de raffinages qui sont environ de 20$ le baril. Donc on peut calculer facilement le poids des taxes.
C’est d’ailleurs pour ça que les états ont mis en place un système pour augmenter artificiellement le prix du kilowattheure nucléaire et fossile en sponsorisant des pseudo-énergies intermittentes. L’électricité produite par le charbon, reste la moins chère du marché. Et les Chinois ne se gênent pas pour l’utiliser et produire des biens de consommation à bas coûts. Et en même temps les écolos marxistes qui veulent détruire le monde capitaliste font tout pour augmenter le coût de l’énergie.
J’attends une personne qui voudrait bien diriger la France, et prendre en compte l’intérêt des Français…
Pourquoi s’arrêter au méthane, allons jusqu’aux hydrocarbures liquides et il devient facile de rouler et voler comme aujourd’hui. De l’audace!
J’ai du mal a comprendre cette obsession pour le techno solutionissme… ok imaginons, nous arrivons à produire du méthane, qui soit si en passant est lui aussi explosif, peut être pas comme H2 sur la plage 4-96%, mais tout de même pas mal du tout.
Donc pour faire voler des avions :
– nous allons augmenter l’activité minière our avoir les métaux nécessaires au panneaux
– nous les déplaçons puis les transformons en lingot
– on les met en forme de panneaux dans des usines relativement high tech
– on produit toute tout la machinerie pour convertir CO2 en CH4, donc encore du métal, de l’électronique, etc etc….
– on doit encore déplacer tout ça, sans compter que dans toute cette histoire, des déplacements pour faire juste ça, il y en a déjà eu un sacré paquet
Donc quel est le rendement final de tout ça, en sachant que nous parlons juste de faire voler des avions, donc seulement pour environ 30% de la population mondiale, donc seulement les plus riche
Autre chose : quid du conflit d’usage des sols pour poser ces panneaux ? Quand on aura des rendements très bas et que l’on devra se demander « est-ce que je fais du blé ici ? Ou bien je mets un champs de panneau solaire pour faire tourner des avions ? », je pense que la question ne se posera pas vraiment. Ou au pire, on les mettra les panneau, mais pour faire tourner les tracteurs…..
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