Objectifs : Construire à terme une vision complète et transversale des moyens de production de combustibles de synthèse reposant sur le vecteur électrique. La combinaison de méthodes souvent utilisées séparément ou en cascade (analyses technique, économique, ACV) et leur intégration dans une méthodologie d'analyse multicritère et d'optimisation apporte une valeur additionnelle.

Notre mix énergétique est carboné fossile à 75%, essentiellement pour la mobilité et la chaleur. Le CO2 émis massivement par ces secteurs provient de la combustion de fluides fossiles. Comme le prévoient la PPE et la SNBC, il conviendra à terme de réduire voire annuler les émissions nettes de CO2. Ceci se fera par la sobriété, l'efficacité, la substitution de vecteurs (notamment électrification).

Mais dans certains cas contraints technologiquement, réglementairement ou par le marché, il sera nécessaire de conserver certaines technologies. Dans l'aviation, les contraintes réglementaires, technologiques et de densité de puissance imposeront les moteurs thermiques. La chaleur industrielle sera apportée par un vecteur carboné en cas de besoin d'atome de carbone (métallurgie de l'acier). I-Tésé se focalise sur ces cas faisant appel au carbone comme support de vecteur énergétique.

L'accent est mis sur l'apport des e-fuels au sens large, c'est-à-dire les combustibles de synthèse, dont la production par la voie de synthèse chimique inclut tout ou partie de l'énergie nécessaire à la filière de production sous la forme du vecteur électrique. Ceci inclut les ressources carbonées CO2 et biomasse et les filières dans lesquelles l'hydrogène électrolytique est un intermédiaire de la synthèse. Cette famille contribue à la fermeture du cycle rapide du carbone à partir du CO2 et de biomasse comme sources de carbone et de l'électricité décarbonée et de la biomasse comme source d'énergie.

Les études d'I-Tésé portent sur l'analyse des systèmes carbonés et les moyens de fermer le cycle :

• Capture du CO2 dans le lieux d'émissions massives (industries lourdes, chaudières centrales).
• Mobilisation de ressources biomasses et transformation pour produire des intermédiaires chimiques gazeux sous forme de gaz de synthèse (CO, H2, CH4, CO2)
• Transformation du CO2 et des gaz de synthèse en combustibles synthétiques avec appoint électrique massif dans la filière de transformation : e-fuels.

Le travail à horizon 2023 devrait répondre à 4 enjeux :

• Identifier et quantifier les gisements de ressources de carbone (industries lourdes en particulier) à horizon 2035 et 2050, en fonction des différentes programmations pluriannuelles sur l'énergie.
• Rassembler des données de performances de technologies développées au CEA, en faire une analyse détaillée sous forme d'étude de différentes étapes de procédé et capitaliser.
• Eclaircir la vision CEA sur les combinaisons et complémentarités entre électricité et carbone sur la base d'analyses : techniques, de marchés actuels et futurs (pénétration, …) et économiques.
• Proposer un ensemble de filières, contribuant à un mix énergétique moins carboné.

Dans les années 2022-2024, deux focus sont envisagés : un focus thématique et un focus méthodologique :

1. Le focus thématique portera sur la mobilité. Il conviendra d'inter-comparer les futures substitutions par des ressources d'énergie décarbonées (nucléaires, EnR). Si l'électrification des parcs de mobilité existe, le carbone reste néanmoins un support indispensable pour certaines applications parfois sans alternative aux carburants (routier long, maritime, aviation). Dans ce contexte, l'analyse des modes de production de e-fuels est primordiale. Il convient d'étudier un système combinant les sources recyclées ou renouvelables de carbone (CO2, biomasses) et les sources électriques décarbonées (nucléaire, photovoltaïque, hydroélectrique, éolien), permettant de produire l'hydrogène comme intermédiaire. Ce travail sur la mobilité se fera en lien avec celui réalisé dans ce domaine par les études SHS.
2. Le focus méthodologique portera sur les analyses multicritères. Le système de la mobilité est un système complexe incluant de nombreuses variables et contraintes, et des critères d'évaluations dans les champs techniques (rendements, consommations), économiques (coût de production, analyse de valeur, coût complet, marchés) et environnementaux (émissions, usage de matériaux). Le système ne se réduit pas à la somme de ses parties. Il faut tenir compte de ses interactions internes. Les moyens d'optimisation et d'analyse multicritère permettent des modes complets de représentation et d'analyse de ce type de système et permettent de tirer le meilleur parti des résultats. Et ceci pour la description des systèmes, comme pour l'aide à la décision. 
   

 Référent : Guillaume Boissonnet

Toutes nos thématiques