Accélérez la transition énergétique : la chimie au cœur des enjeux

Selon l'Agence Internationale de l’Energie (IEA), de nombreuses technologies, non matures aujourd'hui, seront nécessaires pour atteindre l’objectif de neutralité carbone d'ici 2050. 75% de l’effort de réduction des émissions devra provenir de ces technologies. La chimie jouera un rôle clé avec l’électricité verte.

Le rapport 2021 des « Emerging Sustainable Technologies », publié par ENGIE Research et Innovation, présente les technologies durables émergentes pouvant contribuer à la transition énergétique ainsi qu’un bilan des énergies étudiées depuis 2016. Il en ressort que la chimie occupera une place significative ce qui est illustré par les technologies présentées ci-après.

Des technologies à fort potentiel

L’hydrogène naturel est généré grâce à un procédé géochimique naturel à l’intérieur de la croûte terrestre. Plusieurs centaines de kilos par jour d’hydrogène sont libérés à la surface ce qui confirme son haut potentiel. Son caractère renouvelable doit encore être vérifié et sa production mieux appréhendée.

La capture directe du CO2, capacité à retirer du CO2 de l’air ambiant via un procédé chimique pour le stocker ou l’utiliser afin de produire du carburant, des produits chimiques ou des matériaux de construction, nécessite encore plusieurs démonstrations à grande échelle. Une première unité commerciale baptisée Orca, propriété de Climeworks, a été lancée le 8/09/21 en Islande.

Des technologies à forts défis techniques

Neutres en carbone et recyclables, les carburants métalliques possèdent des propriétés très intéressantes. Ils ont des densités d'énergie élevées et servent de carburant dans des batteries, matériaux énergétiques et propulseurs. Ils peuvent être brûlés avec de l'air ou transformés en réagissant avec l'eau pour libérer leur énergie chimique et produire de l'électricité. Les produits de combustion des oxydes métalliques peuvent être recyclés et utilisés comme combustibles solaires neutres en carbone recyclables ou comme électro-carburants. Leur utilisation se fait sans émission de CO2.

Les cellules photovoltaïques en silicone représentent plus de 95 % du marché et pourraient être challengées par les cellules à base de silicium en tandem avec du Pérovskite. La commercialisation à grande échelle de ces dernières n’est pas attendue avant 2025. Les limites physiques des cellules en silicone sont surmontés grâce à de nouveaux concepts : panneaux photovoltaïques à concentration, panneaux flexibles – comme ceux de la start-up Heliatek dans laquelle ENGIE a investi – ou encore des cellules thermo photovoltaïques.

Des technologies à forts investissements

Les e-carburants (e-méthane, e-méthanol, acide formique et e-jet fuel, etc.) sont des carburants synthétiques résultant de la combinaison d’hydrogène vert produit par électrolyse avec de l’électricité renouvelable et du CO2 capturé depuis une source concentrée ou depuis l’air ambiant. Les capacités des électrolyseurs sont de plus en plus importantes et préfigurent une hausse des capacités de production sur le long terme.

Plus de 70 % des pâles d’éoliennes sont composées de matériaux valorisables (fibres de carbone, polymères renforcés de fibres de verre) non recyclés. D’ici cinq à dix ans, le nombre de pâles à recycler devrait être si important qu’une filière de recyclage doit d’ores et déjà être déployée. Plusieurs technologies sont aujourd’hui développées pour répondre à ce besoin.

La transition énergétique durable implique un effort massif sur l’efficacité énergétique de nos usages pour réduire notre demande. De plus, l’amélioration des rendements des catalyseurs intervenant tout au long de la chaîne de production d’énergie renouvelable (électrolyse de l’eau, synthèse de e-molécules…) contribuera à l’efficacité énergétique de l’offre en énergie. L’électricité renouvelable et la chimie sont donc au cœur des enjeux de la transition énergétique et une collaboration plus forte entre ces deux secteurs favorisera l’accélération que l’IEA comme les citoyens appellent de leurs vœux.

Elodie Le Cadre Loret 
Science Program Manager 
Jan Mertens
Chief Science Officer
ENGIE Research and Innovation

Bibliographie 

Berghthorson J. M., 2017. Corrigendum to ‘‘Direct combustion of recyclable metal fuels for zero-carbon heat and power”. Appl. Energy 160 (2015) 368–382.
Le Cadre Loret E. and Mertens J., Emerging Sustainable Technologies 2021, ENGIE research and innovation.
M. Van Geem et al., 2021, Toward an e‑chemistree: Materials for electrification of the chemical industry, MRS Bulletin.
Marylise Schmid, 2020. End-of-Life Issues and Strategies, WindEurope Seminar, November 2020.