Documentation > Oil, gas, coal, and friends > Coal and co > What is "liquid coal" ?
website of the author : www.manicore.com - contact the author : jean-marc@manicore.com
***
Hilter n'avait pas de gisements de pétrole. Pourtant, le régime nazi a été capable de faire avancer de nombreux véhicules, bateaux et avions qui utilisaient des carburants liquides bien réels (et on s'en souvient !). L'Afrique du Sud du temps de l'apartheid n'avait pas accès (enfin officiellement) au marché international du pétrole, et pourtant le pays avait des voitures, qui n'étaient pas toutes immobiles au garage. Question : comment tous ces braves gens ont-ils fait pour alimenter leurs véhicules ? La réponse tient en trois lettres : CTL, pour "coal to liquids", une technologie pour partie connue depuis les années 1920 et qui permet de "transformer" le charbon en carburants liquides.
Schématiquement, le procédé est simple : on prend du charbon (qui contient moitié moins d'hydrogène en proportion que le pétrole), on lui apporte de l'hydrogène, et on obtient des carburants liquides. Ce schéma de principe peut se concrétiser de deux manières :
la première consiste à "gazéifier" le charbon, en brûlant partiellement le charbon avec apport d'air et éventuellement de vapeur d'eau, ce qui produit un mélange de d'hydrogène, de monoxyde et de dioxyde de carbone, et le résultat de la combustion des cochonneries du charbon (soufre, phosphore, et autres bricoles peu sympathiques que l'on y trouve parfois). C'était le fameux "gaz à l'eau" des usines à gaz. Après épuration des cochonneries ce gaz est envoyé dans une unité de synthèse catalitique qui va produire des chaînes carbonées à la bonne dimension (donc des carburants liquides).
Avec le premier procédé, puisqu'il y a une phase gazeuse intermédiaire, le gaz peut aussi être utilisé comme matière première (avec reformage à l'eau il donne H2+CO+CO2), mais dans ce cas c'est un excès d'hydrogène qui va devoir être enlevé pour "alourdir" les molécules de gaz. Ce procédé (passant par la gazéification) au été mis au point par deux ingénieurs, Fischer et Tropsch, ce qui fait que les technologies "coal to liquids" ou "gas to liquids" sont parfois désignées sous le terme de "procédés Fischer-Tropsch".
Les carburants liquides obtenus sont proches du diesel, et donc parfaitement adaptés à des véhicules terrestres ou aériens.
Le rendement de l'opération est de l'ordre de 50% (60% en théorie) : l'énergie obtenue dans les carburants à l'arrivée représente à peu près la moitié de celle contenue dans le charbon de départ. Ceci signifie que si nous utilisons 100% de la production mondiale de charbon pour faire des carburants liquides, l'énergie finale obtenue sous forme de carburants représente seulement la moitié de l'énergie primaire fournie par Dame Nature. Et si en plus nous voulons faire de la séquestration du CO2 au lieu de production, cela enlève encore 20% de l'énergie de départ, voire un peu plus.
***
Combien cela coûte ?
Une usine Fischer-Tropsch de 100.000 tonnes par an de capacité coûte de l'ordre de 250 millions d'euros (en gros cela coûte 100.000 euros ou dollars d'installer la capacité de produire 1 baril par jour). Avec un coût du capital de 10% à 12%, cela revient à 300 € par tonne de carburant produit, ou encore 40 à 45 euros par baril (évidemment c'est presque deux fois moins avec un coût du capital très faible). Il faut rajouter à cela le coût du charbon, sachant qu'une tonne de charbon va donner environ 2,5 barils de carburant (soit la moitié de l'énergie de départ) ; à 100 dollars la tonne de charbon - prix sur le marché international quand la demande est forte - cela ajoute 40 dollars (disons 30 à 35 euros) par baril. Par contre, avec une tonne de charbon à 20$ en sortie de mine, cela revient à 8 dollars par baril.
Si nous rajoutons de la séquestration du CO2, le procédé ne donne plus que 2 barils de pétrole (l'énergie supplémentaire alimente la capture et séquestration) et il faut rajouter environ 80 dollars pour la partie CO2 pour 2 barils (une tonne de charbon se décompose alors en 30% à 40% qui donne le carburant, 50% utilisée dans le process de liquéfaction et 10% à 20% utilisés pour la capture) ; 600 kg de charbon (la fraction de la tonne de charbon qui brûle dans l'usine de liquéfaction ; le reste est "inclus" dans le carburant produit) donnent environ 1,5 tonne de CO2 en brûlant, et séquestrer 1,5 tonne de CO2, à 50 dollars la tonne séquestrée, coûte au moins 80 dollars, si ce n'est plus.
Au final, le baril de carburant de synthèse revient à 150 dollars avec une économie de marché (coût du capital élevé), des approvisionnements sur le marché international et si nous voulons faire "à peu près propre" au niveau de la production (ce qui ne supprime pas les émissions du carburant produit une fois dans les véhicules). Sur le carreau de la mine cela doit pouvoir descendre à un peu moins de 100 (avec séquestration), mais pas beaucoup moins. Et puis pour la séquestration du CO2, les bassins charbonniers ne sont pas nécessairement propices à une injection sur place, et évacuer le CO2 à des centaines ou milliers de km de l'usine peut aussi coûter fort cher, quand on voit ce que cela donne pour le gaz....
***
Quelle production envisageable ?
Admettons que nous souhaitions compenser 50% de la production de pétrole, qui est actuellement de 80 millions de barils par jour, soit 40 millions de barils/jour de CTL.
Côté investissement, il faudrait dépenser 40 millions de fois 0,1 million d'euros, soit... 4000 milliards d'euros, sans parler ce qui concerne la séquestration du CO2, les investissements dans les mines pour alimenter le dispositif, les infrastructures de transport à l'aval pour transporter les carburants obtenus (parce que ces carburants seraient obtenus dans les bassins charbonniers, qui pourt le moment n'ont ni oléoducs, ni terminaux pour pétroliers, ni rien de tout cela), ce qui doublerait ou triplerait probablement le total.
C'est à la fois peu et beaucoup : en ce moment l'industrie pétrolière et gazière dépense 300 milliards de dollars par an en exploration production, et donc le montant indiqué ci-dessus ne ferait "que" 20 à 50 ans de dépenses de cette industrie (moins si la croissance éternelle et magique est là). Mais par ailleurs, aligner 5 à 10.000 milliards d'euros ou de dollars dans un monde qui va probablement traverser un paquet de soubresauts économiques dans un monde où le prix réel de l'énergie augmente, cela risque de ne pas être si facile !
Côté production de charbon, si une tonne donne 2 barils en version "propre" (avec séquestration), ce la signifie que pour produire 15 milliards de barils par an (c'est l'équivalent de 40 millions de barils par jour) il faut disposer de... 7 milliards de tonnes de charbon par an, soit l'équivalent de la production actuelle dans le monde. Là aussi, sachant que 2/3 du charbon vont dans des centrales électriques dont la consommation est très inélastique, cela risque de ne pas être si facile...