SAF/CAD
e-SAF
BioSAF
Energies renouvelables
Energie nucléaire
CO2 biogénique
Capture directe (DAC)
Captage (CCU)
Huiles et graisses usagées
Biomasse solide et déchets
Fermentation
Gazéification
Pré-traitement
Digestion anaérobie
Électrolyse de l'eau
Captage du carbone
Purification
Reformage à la vapeur
Réaction Reverse Water Gas-Shift
Synthèse Fischer-Tropsch
Synthèse du méthanol
Déshydratation
Hydrotraitement
Oligomérisation
Synthèse du méthanol
Synthèse Fischer-Tropsch
Hydrocraquage
Alcohol-to-Jet
Hydrocraquage
Hydrogénation
Methanol-to-Jet
Hydro-isomérisation
Standalone ou Co-processing
Distillation
Hydro-isomérisation
Methanol-to-Jet
FT-SPK
eMTJ
HEFA-SPK
ATJ-SPK
FT-SPK
BioMTJ
Synthèse Fischer-Tropsch
Retour
Objectif : Inventé dans les années 20 en Allemagne, la synthèse FT transforme un mélange de CO (monoxyde de carbone) et H₂ (hydrogène) en un mélange d'hydrocarbures par polymérisation catalytique.Le procédé a été utilisé pour produire des produits pétroliers à partir de charbon. Il est important de noter que le procédé FT implique la production de co-produits, notamment du Naphta et du diesel.
Réaction globale (pour un alcane linéaire) : nCO+(2n+1)H2→CnH2n+2+nH2O
Issu de gazéification+ Purification
Issu de gazéificationouÉlectrolyse de l’eau
Pour aller plus loin:
Mécanisme réactionnel
Conditions opératoires
Synthèse du méthanol
Retour
Objectif : Transformer des molécules simples comme le CO₂ et l’H₂ en une molécule organique liquide : le méthanol (CH₃OH).Principe : Faire réagir du dioxyde de carbone (CO₂) ou du monoxyde de carbone (CO) avec de l’hydrogène (H₂) pour former du méthanol (CH₃OH), un liquide utile comme carburant ou intermédiaire chimique. Cette réaction se déroule à haute pression (50–100 bar) et température modérée (200–300 °C), en présence d’un catalyseur (souvent à base de cuivre). Le méthanol produit peut ensuite être utilisé pour fabriquer des carburants synthétiques, comme le kérosène durable, via le procédé Methanol-to-Jet.
Réaction globale : CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O
Methanol-to-Jet
Methanol-to-Jet
Retour
Objectif :Le but du procédé MTJ est de convertir du méthanol (CH₃OH), produit à partir de CO₂ et d’H2, en un carburant liquide pour l’aviation, conforme aux normes du kérosène. C’est une voie alternative à la synthèse Fischer-Tropsch.
Principe :1. Déshydratation du méthanol : 2 CH3OH→CH3OCH3+H2OLe méthanol est transformé en diméthyléther (DME)2. Conversion du DME en oléfines légères (type propylène, butylène) : n CH3OCH3→oléfines (C₂–C₄)+H2O(En présence de zéolithes comme catalyseur – ex. H-ZSM-5)3. Oligomérisation des oléfines → hydrocarbures plus lourds : Oléfines C₂–C₄→Hydrocarbures C₈–C₁₆Les oléfines s’assemblent en chaînes longues, typiques du kérosène4. Hydrocraquage et hydrogénation (si nécessaire)Pour saturer les liaisons (paraffines) et ajuster les propriétés finales.
BioMTJ ou eMTJ ?
Hydrocraquage
Hydrocraquage
Retour
Objectif : Réduire la taille des longues paraffines linéaires (C20–C100) en hydrocarbures plus légers (C8–C16) qui correspondent à la plage du SAF (jet fuel). Principe : L’hydrocraquage est un procédé catalytique dans lequel de grandes molécules d’hydrocarbures (comme les longues paraffines FT) sont coupées (craquées) en molécules plus petites, en présence de di-hydrogène (H₂) et d’un catalyseur bifonctionnel (acide + métallique).
Réaction globale : C20–C100 + H₂ + catalyseur bifonctionnel (métal + acide), à T = 300–450°C = C8–C16
Exemple :
En détails :Initiation : extraction d’un hydrogène → formation d’un ion carbéniumRéarrangement : migration de chaînes carbonées (stabilisation du carbocation)Scission β : cassure du squelette → 2 fragments plus courtsHydrogénation des fragments → alcanes stables
Hydroisomérisation
Hydroisomérisation
Retour
Objectif : Transformer les alcanes linéaires (issus du craquage) en isomères ramifiés. Dans le but de :- Réduire le point de congélation (crucial en haute altitude car les chaînes linéaires gèlent trop facilement),- Améliorer la stabilité thermique,- Ajuster les propriétés de combustion (flamme stable, indice de fumée…).
Réaction globale : Sous H₂ + catalyseur acide bifonctionnel, T ≈ 250–350°C
Exemple :
En détails : Formation de carbocation secondaire ou tertiaire Réarrangement interne : migration d’un groupe méthyle Recombinaison avec H⁻ → isomère ramifié
→ On obtient un mélange d'hydrocarbures liquides dans la gamme C₈ à C₁₆, avec des structures ramifiées (iso alcanes)
La diférence entre les SAF et le kérosène fossile
Retour
SAF / Kérosène fossile : c’est la même molécule
Kérosène brûlé = CO₂ émis
La différence se joue avant le vol : lors de l'extraction et de la production
Qu’il soit d’origine fossile ou durable, le kérosène reste une chaîne d’hydrocarbures. Même apparence, même composition, même utilisation.
Quel que soit son origine, le carburant produit du CO₂ lorsqu’il est brûlé en vol.
Résumé
Hydrogénation
Objectif :Les produits issus de l’oligomérisation sont des oléfines, c’est-à-dire des hydrocarbures insaturés. Pour garantir une bonne stabilité chimique et une faible réactivité du carburant final, il est nécessaire de saturer toutes les doubles liaisons. L’objectif ici est donc de convertir les oléfines en paraffines (alcanes).Principe :La réaction se fait sous atmosphère d’hydrogène, à haute température (environ 370 °C), en présence d’un catalyseur métallique (nickel, palladium ou platine). Le dihydrogène (H₂) réagit avec les doubles liaisons des oléfines, en ajoutant un atome d’hydrogène sur chaque carbone impliqué, transformant ainsi la molécule en alcane. Le catalyseur permet d’abaisser l’énergie d’activation de la réaction.
Réaction globale : CH3(CH2)4CH=CH2 + H2 → CH3(CH2)6CH3
Mécanisme réactionnel
Absorption du CO et H2 sur la surface du catalyseur
Hydrogénation progressive du carbone
Dissociation du CO en C et O
Croissance de chaîne (propagation)
Terminaison
Gazéification
Objectif :Convertir la biomasse (résidus végétaux, bois, déchets organiques) en un gaz de synthèse (syngas)Principe :La biomasse est chauffée à haute température (> 800 °C), en milieu pauvre en oxygène (oxydation partielle ou pyrolyse/gazéification)Cela génère un mélange de CO (monoxyde de carbone), H₂ (hydrogène), un peu de CO₂, CH₄ et H₂O
Réaction globale : biomasse (CxHyOz) + O₂ (ou H₂O) → CO + H₂ + chaleur
Voie de traitement Standalone ou Co-processing
Objectif :Récupérer le HEFA-SPK (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids- Synthetic Paraffinic Kerosene) en sortie du réacteur, soit via une unité dédiée (standalone), soit en mélange avec des charges fossiles (co-processing).Principe :
- Standalone : Le processus se fait dans une unité dédiée à 100 % au biocarburant. Le mélange obtenu est distillé pour séparer : Naphta, Diesel et HEFA-SPK (fraction kérosène).
- Co-processing : L’huile usagée est mélangée à une charge fossile (pétrole). Le tout est traité ensemble dans une raffinerie classique. Le biokérosène est mélangé dans le produit final (moins traçable, mais plus simple à intégrer industriellement).
Résultat final : Un carburant d’aviation durable HEFA-SPK (sans soufre, sans aromatiques), compatible jusqu’à 50 % avec le kérosène fossile, respectant la norme ASTM D7566.
Hydrotraitement (hydroprocessing)
Objectif :
Transformer les acides gras (R-COOH) en hydrocarbures linéaires par hydrodésoxygénation, hydrocraquage, et hydroisomérisation. Principe de l'hydrodésoxygénation :
Les acides gras réagissent avec de l’hydrogène (H₂), à haute température (300-400°C) et pression (30-70 bar), en présence de catalyseurs sulfidés (NiMo nickel-molybdène ou cobalt-molybdène). Cela casse les liaisons C–O, élimine l’oxygène et ajuste la structure des chaînes.
Réaction globale (hydrodésoxygénation) : R–COOH + H₂ → R–H (alcane) + H₂O + chaleur
Exemple :
Hydrocraquage
Hydroisomérisation
Digestion anaérobie
Principe:La digestion anaérobie se déroule sans oxygène, grâce à l'action de plusieurs types de micro-organismes. Elle convertit la matière organique en :
- Biogaz (CH₄ + CO₂)
- Digestat (résidu solide ou liquide valorisable)
Étapes biolog iques:
- Hydrolyse : les grosses molécules (lipides, glucides, protéines) sont coupées en petites unités.
- Acidogénèse : ces unités deviennent des acides gras, de l’éthanol, du CO₂, etc.
- Acétogénèse : production d’acétate, de H₂ et de CO₂.
- Méthanogénèse : les méthanogènes produisent le méthane (CH₄) à partir :
- de l’acétate
- ou du CO₂ + H₂
Pour une matière organique type (ex : glucose), la réaction globale est : C6H12O6 →3 CH4+3 CO2
Conditions opératoires
- Température : 200–350 °C / Pression : 10–40 bar
- Produits : longues chaînes paraffiniques (cires FT)
- Problème : cires longues (C20+) → doivent être transformées car trop lourdes pour un carburant.
- On cherche donc à les transformer en hydrocarbures plus courts (C8-C16), avec des structures ramifiées améliorant les propriétés de combustion et de fluidité à basse température.
- Transition vers l’étape suivante : valorisation (hydrocraquage et hydroisomérisation).
Électrolyse de l'eau
Objectif : Produire de l’hydrogène (H₂) à partir d’eau (H₂O) et d’électricité. Cela nécessite une source d’électricité décarbonée (solaire, éolien, etc.) ou nucléaire. L’hydrogène produit est un réactif central dans plusieurs étapes suivantes.Principe : L’électrolyse de l’eau est un procédé qui consiste à utiliser de l’électricité pour dissocier l’eau (H₂O) en dihydrogène (H₂) et dioxygène (O₂). Cette réaction se fait dans un électrolyseur, où l’eau, en présence d’un électrolyte, est soumise à un courant électrique : à la cathode, l’eau est réduite pour former de l’hydrogène, tandis qu’à l’anode, elle est oxydée pour produire de l’oxygène.
À la cathode :2 H2O + 2e−→ H2 + 2 OH−À l’anode :4 OH−→ O2+ 2 H2O + 4e−
Déshydratation
Objectif :Transformer l’alcool (éthanol) en alcène (éthylène) par élimination d’une molécule d’eau. Cela génère un intermédiaire réactif (oléfine) pour la synthèse d’hydrocarbures plus longs. C’est la première étape du procédé Alcohol-to-Jet.Principe :La déshydratation est une réaction catalytique effectuée en présence d’un catalyseur acide, comme l’alumine ou des zéolithes acides (ex. : H-ZSM-5). Le groupe hydroxyle de l’éthanol est protoné, ce qui le rend plus facilement éliminable sous forme d’eau. Ensuite, la molécule se réarrange pour former une double liaison carbone-carbone, donnant naissance à l’éthylène. Un système de séparation est ensuite nécessaire pour retirer l’eau formée, car celle-ci gêne les étapes suivantes.
Réaction globale : CH3CH2OH → CH2=CH2 + H2O
Purification
Objectif :Purifier le syngas et ajuster le rapport H₂/COPrincipe:On enlève les impuretés (soufre, goudrons, particules…) par des filtrages, lavages, absorption.On ajuste le ratio H₂/CO (idéalement autour de 2 pour Fischer-Tropsch) par :Reformage à la vapeur (Water-Gas Shift) : CO + H₂O → CO₂ + H₂Car le gaz brut issu de la gazéification a souvent un rapport trop faible en H₂, donc le WGS permet de l’augmenter.→ On obtient un syngas propre (H2/C0≈2), prêt pour la synthèse Fischer-Tropsch.
Fermentation
Objectif :La fermentation a pour but de transformer les sucres (glucose, xylose, etc.) issus de la biomasse en alcools (éthanol, isobutanol…), qui serviront ensuite de précurseurs chimiques pour la production de carburant d’aviation.Principe :La fermentation est un processus biologique anaérobie (sans oxygène), réalisé par des micro-organismes (levures ou bactéries), qui utilisent les sucres comme source d’énergie et de carbone, et produisent des alcools comme métabolites.
Exemple de réaction : Glucose (C6H12O6) ⟶ 2 éthanol (C2H5OH) + 2CO2
Pré-traitement
Objectif :Éliminer les impuretés contenues dans les huiles usagées et graisses (eau, métaux, phospholipides, particules…).Principe :L’huile est filtrée, dégommée, neutralisée et séchée avant d’être envoyée en hydrotraitement. Cela protège les catalyseurs et évite l’empoisonnement du réacteur.
Oligomérisation
Objectif :L’éthylène obtenu est une molécule trop courte pour être utilisée comme carburant. L’objectif de cette étape est donc de rallonger les chaînes carbonées en regroupant plusieurs molécules d’oléfines (comme l’éthylène) pour former des hydrocarbures plus lourds (C8 à C16), adaptés aux propriétés du kérosène d’aviation.Principe :L’oligomérisation est un processus de polyaddition qui utilise des catalyseurs tels que les catalyseurs Ziegler-Natta, des complexes de nickel-phosphore, ou encore des zéolithes acides. Ces catalyseurs activent les doubles liaisons des oléfines et permettent leur regroupement sans perte d’atomes, contrairement à une polymérisation classique.Cependant, cette étape est délicate car elle est en compétition avec des réactions de craquage (rupture des chaînes) ou de formation involontaire de dépôts solides de carbone. Il faut donc ajuster finement les conditions opératoires pour favoriser la formation de chaînes de longueur moyenne, sans trop de produits légers ou de résidus lourds. Des additifs ou des co-réactifs (ex. : butanol) peuvent être utilisés pour améliorer la sélectivité vers les précurseurs du jet fuel.
Exemple de réaction (addition de trois éthylènes) : 3CH2=CH2 → CH3(CH2)4CH=CH2
SAF vs kérosène fossile
- Le kérosène, qu’il soit fossile ou durable (SAF), est composé des mêmes molécules d’hydrocarbures (ex : C12H26).
- Il est brûlé dans les moteurs et émet donc du CO₂ dans tous les cas.
- Ce qui change, ce n’est pas la combustion, mais l’origine du carbone utilisé pour produire le carburant.
- Le carbone contenu dans le SAF était déjà présent dans le cycle naturel (et non stocké depuis des millions d'années comme le pétrole).
- Le SAF est donc moins émetteur, et peut même être captateur de carbone selon le procédé de production (ex : e-fuel à partir de CO₂ atmosphérique).
Distillation
Objectif :Après les réactions, le mélange contient une variété d’hydrocarbures (C1 à C20+). L’objectif de cette étape est de séparer les différentes fractions selon leur volatilité, pour extraire la fraction correspondant au carburant d’aviation (C8–C16). Les autres produits peuvent être valorisés en essence, diesel ou combustibles lourds.Principe :On utilise une colonne de distillation fractionnée pour séparer les composants selon leur point d’ébullition. Les hydrocarbures les plus légers (comme les gaz) sortent en tête de colonne, tandis que les plus lourds sont récupérés en bas. La fraction intermédiaire, est ensuite conditionnée pour l’aviation. Cette séparation est essentielle pour garantir que le carburant final respecte les spécifications techniques de l’aviation civile (densité, température d’ébullition, stabilité…).On obtient ainsi un kérosène ATJ-SPK (Alcohol-To-Jet Synthetic Paraffinic Kerosene), constitué principalement de paraffines C8-C16, conforme aux spécifications ASTM.
Captage du carbone
Objectif : Le SAF vise la neutralité carbone : en captant du CO₂ atmosphérique pour le transformer ensuite en carburant, on recycle le carbone au lieu d’en ajouter dans l’atmosphère. 3 différentes méthodes permettent de capter le CO₂, qui pourra ensuite être valorisé dans la fabrication de carburants de synthèse. Méthodes : 1. Carbone biogénique : Le CO₂ est capté naturellement par les plantes lors de la photosynthèse. On utilise ensuite des résidus végétaux ou des huiles pour fabriquer des carburants.2. CCU (Carbon Capture and Utilization) : Le CCU consiste à capter le CO₂ directement à la sortie d’une usine (cimenterie, aciérie, centrale, etc.) à l’aide de technologies comme des solvants chimiques, des membranes ou des procédés cryogéniques.3. DAC (Direct Air Capture) : Le DAC utilise des machines équipées de filtres spéciaux qui capturent directement le CO₂ présent dans l’air ambiant. L’air est aspiré, le CO₂ est piégé chimiquement par des solutions ou des matériaux absorbants, puis il est récupéré sous forme concentrée. Après l’électrolyse de l’eau pour produire de l’hydrogène et le captage du CO₂, on peut soit passer par une réaction RWGS suivie d’une synthèse Fischer-Tropsch, soit par une synthèse du méthanol pour produire des carburants durables.
Reformage à la vapeur
Objectif :Le reformage à la vapeur vise à transformer le méthane (CH₄), issu notamment du biogaz, en un gaz de synthèse (CO + H₂). Ce gaz est ensuite utilisé pour produire du méthanol ou des carburants d’aviation durables (SAF).Principe :Le méthane réagit avec de la vapeur d’eau à haute température (700–900 °C) en présence d’un catalyseur (souvent du nickel). Cette réaction est endothermique, c’est-à-dire qu’elle nécessite un apport de chaleur.
Formule générale : CH4 + H2O→ CO +3 H2
Après le reformage à la vapeur, les gaz de synthèse produits peuvent être valorisés soit par une synthèse Fischer-Tropsch, soit par une synthèse du méthanol.
Réaction RWGS (Reverse Water-Gas Shift)
Objectif : Transformer du CO₂ (dioxyde de carbone) et de l’H₂ (hydrogène) en CO (monoxyde de carbone), un composant essentiel du syngas utilisé ensuite dans la synthèse Fischer-Tropsch ou synthèse du méthanol pour produire du carburant synthétique (SAF).
Réaction globale : CO2 + H2 → CO + H2O
- C’est l’inverse de la réaction classique « Water-Gas Shift ».
- Elle est endothermique : il faut apporter de la chaleur (souvent > 700°C).
- Elle ne consomme qu’une seule molécule d’hydrogène par molécule de CO₂ (économie d’H₂ par rapport à d'autres voies).
- Catalyseur : métal (ex. Fe, Ni, Cu, Ce) pour favoriser la formation de CO.
Kérosène liquide
C12H26 (hydrocarbure)
copie SAF/CAD
Lou-Anne Houédé
Created on August 8, 2025
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SAF/CAD
e-SAF
BioSAF
Energies renouvelables
Energie nucléaire
CO2 biogénique
Capture directe (DAC)
Captage (CCU)
Huiles et graisses usagées
Biomasse solide et déchets
Fermentation
Gazéification
Pré-traitement
Digestion anaérobie
Électrolyse de l'eau
Captage du carbone
Purification
Reformage à la vapeur
Réaction Reverse Water Gas-Shift
Synthèse Fischer-Tropsch
Synthèse du méthanol
Déshydratation
Hydrotraitement
Oligomérisation
Synthèse du méthanol
Synthèse Fischer-Tropsch
Hydrocraquage
Alcohol-to-Jet
Hydrocraquage
Hydrogénation
Methanol-to-Jet
Hydro-isomérisation
Standalone ou Co-processing
Distillation
Hydro-isomérisation
Methanol-to-Jet
FT-SPK
eMTJ
HEFA-SPK
ATJ-SPK
FT-SPK
BioMTJ
Synthèse Fischer-Tropsch
Retour
Objectif : Inventé dans les années 20 en Allemagne, la synthèse FT transforme un mélange de CO (monoxyde de carbone) et H₂ (hydrogène) en un mélange d'hydrocarbures par polymérisation catalytique.Le procédé a été utilisé pour produire des produits pétroliers à partir de charbon. Il est important de noter que le procédé FT implique la production de co-produits, notamment du Naphta et du diesel.
Réaction globale (pour un alcane linéaire) : nCO+(2n+1)H2→CnH2n+2+nH2O
Issu de gazéification+ Purification
Issu de gazéificationouÉlectrolyse de l’eau
Pour aller plus loin:
Mécanisme réactionnel
Conditions opératoires
Synthèse du méthanol
Retour
Objectif : Transformer des molécules simples comme le CO₂ et l’H₂ en une molécule organique liquide : le méthanol (CH₃OH).Principe : Faire réagir du dioxyde de carbone (CO₂) ou du monoxyde de carbone (CO) avec de l’hydrogène (H₂) pour former du méthanol (CH₃OH), un liquide utile comme carburant ou intermédiaire chimique. Cette réaction se déroule à haute pression (50–100 bar) et température modérée (200–300 °C), en présence d’un catalyseur (souvent à base de cuivre). Le méthanol produit peut ensuite être utilisé pour fabriquer des carburants synthétiques, comme le kérosène durable, via le procédé Methanol-to-Jet.
Réaction globale : CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O
Methanol-to-Jet
Methanol-to-Jet
Retour
Objectif :Le but du procédé MTJ est de convertir du méthanol (CH₃OH), produit à partir de CO₂ et d’H2, en un carburant liquide pour l’aviation, conforme aux normes du kérosène. C’est une voie alternative à la synthèse Fischer-Tropsch.
Principe :1. Déshydratation du méthanol : 2 CH3OH→CH3OCH3+H2OLe méthanol est transformé en diméthyléther (DME)2. Conversion du DME en oléfines légères (type propylène, butylène) : n CH3OCH3→oléfines (C₂–C₄)+H2O(En présence de zéolithes comme catalyseur – ex. H-ZSM-5)3. Oligomérisation des oléfines → hydrocarbures plus lourds : Oléfines C₂–C₄→Hydrocarbures C₈–C₁₆Les oléfines s’assemblent en chaînes longues, typiques du kérosène4. Hydrocraquage et hydrogénation (si nécessaire)Pour saturer les liaisons (paraffines) et ajuster les propriétés finales.
BioMTJ ou eMTJ ?
Hydrocraquage
Hydrocraquage
Retour
Objectif : Réduire la taille des longues paraffines linéaires (C20–C100) en hydrocarbures plus légers (C8–C16) qui correspondent à la plage du SAF (jet fuel). Principe : L’hydrocraquage est un procédé catalytique dans lequel de grandes molécules d’hydrocarbures (comme les longues paraffines FT) sont coupées (craquées) en molécules plus petites, en présence de di-hydrogène (H₂) et d’un catalyseur bifonctionnel (acide + métallique).
Réaction globale : C20–C100 + H₂ + catalyseur bifonctionnel (métal + acide), à T = 300–450°C = C8–C16
Exemple :
En détails :Initiation : extraction d’un hydrogène → formation d’un ion carbéniumRéarrangement : migration de chaînes carbonées (stabilisation du carbocation)Scission β : cassure du squelette → 2 fragments plus courtsHydrogénation des fragments → alcanes stables
Hydroisomérisation
Hydroisomérisation
Retour
Objectif : Transformer les alcanes linéaires (issus du craquage) en isomères ramifiés. Dans le but de :- Réduire le point de congélation (crucial en haute altitude car les chaînes linéaires gèlent trop facilement),- Améliorer la stabilité thermique,- Ajuster les propriétés de combustion (flamme stable, indice de fumée…).
Réaction globale : Sous H₂ + catalyseur acide bifonctionnel, T ≈ 250–350°C
Exemple :
En détails : Formation de carbocation secondaire ou tertiaire Réarrangement interne : migration d’un groupe méthyle Recombinaison avec H⁻ → isomère ramifié
→ On obtient un mélange d'hydrocarbures liquides dans la gamme C₈ à C₁₆, avec des structures ramifiées (iso alcanes)
La diférence entre les SAF et le kérosène fossile
Retour
SAF / Kérosène fossile : c’est la même molécule
Kérosène brûlé = CO₂ émis
La différence se joue avant le vol : lors de l'extraction et de la production
Qu’il soit d’origine fossile ou durable, le kérosène reste une chaîne d’hydrocarbures. Même apparence, même composition, même utilisation.
Quel que soit son origine, le carburant produit du CO₂ lorsqu’il est brûlé en vol.
Résumé
Hydrogénation
Objectif :Les produits issus de l’oligomérisation sont des oléfines, c’est-à-dire des hydrocarbures insaturés. Pour garantir une bonne stabilité chimique et une faible réactivité du carburant final, il est nécessaire de saturer toutes les doubles liaisons. L’objectif ici est donc de convertir les oléfines en paraffines (alcanes).Principe :La réaction se fait sous atmosphère d’hydrogène, à haute température (environ 370 °C), en présence d’un catalyseur métallique (nickel, palladium ou platine). Le dihydrogène (H₂) réagit avec les doubles liaisons des oléfines, en ajoutant un atome d’hydrogène sur chaque carbone impliqué, transformant ainsi la molécule en alcane. Le catalyseur permet d’abaisser l’énergie d’activation de la réaction.
Réaction globale : CH3(CH2)4CH=CH2 + H2 → CH3(CH2)6CH3
Mécanisme réactionnel
Absorption du CO et H2 sur la surface du catalyseur
Hydrogénation progressive du carbone
Dissociation du CO en C et O
Croissance de chaîne (propagation)
Terminaison
Gazéification
Objectif :Convertir la biomasse (résidus végétaux, bois, déchets organiques) en un gaz de synthèse (syngas)Principe :La biomasse est chauffée à haute température (> 800 °C), en milieu pauvre en oxygène (oxydation partielle ou pyrolyse/gazéification)Cela génère un mélange de CO (monoxyde de carbone), H₂ (hydrogène), un peu de CO₂, CH₄ et H₂O
Réaction globale : biomasse (CxHyOz) + O₂ (ou H₂O) → CO + H₂ + chaleur
Voie de traitement Standalone ou Co-processing
Objectif :Récupérer le HEFA-SPK (Hydroprocessed Esters and Fatty Acids- Synthetic Paraffinic Kerosene) en sortie du réacteur, soit via une unité dédiée (standalone), soit en mélange avec des charges fossiles (co-processing).Principe :
- Standalone : Le processus se fait dans une unité dédiée à 100 % au biocarburant. Le mélange obtenu est distillé pour séparer : Naphta, Diesel et HEFA-SPK (fraction kérosène).
- Co-processing : L’huile usagée est mélangée à une charge fossile (pétrole). Le tout est traité ensemble dans une raffinerie classique. Le biokérosène est mélangé dans le produit final (moins traçable, mais plus simple à intégrer industriellement).
Résultat final : Un carburant d’aviation durable HEFA-SPK (sans soufre, sans aromatiques), compatible jusqu’à 50 % avec le kérosène fossile, respectant la norme ASTM D7566.Hydrotraitement (hydroprocessing)
Objectif : Transformer les acides gras (R-COOH) en hydrocarbures linéaires par hydrodésoxygénation, hydrocraquage, et hydroisomérisation. Principe de l'hydrodésoxygénation : Les acides gras réagissent avec de l’hydrogène (H₂), à haute température (300-400°C) et pression (30-70 bar), en présence de catalyseurs sulfidés (NiMo nickel-molybdène ou cobalt-molybdène). Cela casse les liaisons C–O, élimine l’oxygène et ajuste la structure des chaînes.
Réaction globale (hydrodésoxygénation) : R–COOH + H₂ → R–H (alcane) + H₂O + chaleur
Exemple :
Hydrocraquage
Hydroisomérisation
Digestion anaérobie
Principe:La digestion anaérobie se déroule sans oxygène, grâce à l'action de plusieurs types de micro-organismes. Elle convertit la matière organique en :
- Biogaz (CH₄ + CO₂)
- Digestat (résidu solide ou liquide valorisable)
Étapes biolog iques:Pour une matière organique type (ex : glucose), la réaction globale est : C6H12O6 →3 CH4+3 CO2
Conditions opératoires
Électrolyse de l'eau
Objectif : Produire de l’hydrogène (H₂) à partir d’eau (H₂O) et d’électricité. Cela nécessite une source d’électricité décarbonée (solaire, éolien, etc.) ou nucléaire. L’hydrogène produit est un réactif central dans plusieurs étapes suivantes.Principe : L’électrolyse de l’eau est un procédé qui consiste à utiliser de l’électricité pour dissocier l’eau (H₂O) en dihydrogène (H₂) et dioxygène (O₂). Cette réaction se fait dans un électrolyseur, où l’eau, en présence d’un électrolyte, est soumise à un courant électrique : à la cathode, l’eau est réduite pour former de l’hydrogène, tandis qu’à l’anode, elle est oxydée pour produire de l’oxygène.
À la cathode :2 H2O + 2e−→ H2 + 2 OH−À l’anode :4 OH−→ O2+ 2 H2O + 4e−
Déshydratation
Objectif :Transformer l’alcool (éthanol) en alcène (éthylène) par élimination d’une molécule d’eau. Cela génère un intermédiaire réactif (oléfine) pour la synthèse d’hydrocarbures plus longs. C’est la première étape du procédé Alcohol-to-Jet.Principe :La déshydratation est une réaction catalytique effectuée en présence d’un catalyseur acide, comme l’alumine ou des zéolithes acides (ex. : H-ZSM-5). Le groupe hydroxyle de l’éthanol est protoné, ce qui le rend plus facilement éliminable sous forme d’eau. Ensuite, la molécule se réarrange pour former une double liaison carbone-carbone, donnant naissance à l’éthylène. Un système de séparation est ensuite nécessaire pour retirer l’eau formée, car celle-ci gêne les étapes suivantes.
Réaction globale : CH3CH2OH → CH2=CH2 + H2O
Purification
Objectif :Purifier le syngas et ajuster le rapport H₂/COPrincipe:On enlève les impuretés (soufre, goudrons, particules…) par des filtrages, lavages, absorption.On ajuste le ratio H₂/CO (idéalement autour de 2 pour Fischer-Tropsch) par :Reformage à la vapeur (Water-Gas Shift) : CO + H₂O → CO₂ + H₂Car le gaz brut issu de la gazéification a souvent un rapport trop faible en H₂, donc le WGS permet de l’augmenter.→ On obtient un syngas propre (H2/C0≈2), prêt pour la synthèse Fischer-Tropsch.
Fermentation
Objectif :La fermentation a pour but de transformer les sucres (glucose, xylose, etc.) issus de la biomasse en alcools (éthanol, isobutanol…), qui serviront ensuite de précurseurs chimiques pour la production de carburant d’aviation.Principe :La fermentation est un processus biologique anaérobie (sans oxygène), réalisé par des micro-organismes (levures ou bactéries), qui utilisent les sucres comme source d’énergie et de carbone, et produisent des alcools comme métabolites.
Exemple de réaction : Glucose (C6H12O6) ⟶ 2 éthanol (C2H5OH) + 2CO2
Pré-traitement
Objectif :Éliminer les impuretés contenues dans les huiles usagées et graisses (eau, métaux, phospholipides, particules…).Principe :L’huile est filtrée, dégommée, neutralisée et séchée avant d’être envoyée en hydrotraitement. Cela protège les catalyseurs et évite l’empoisonnement du réacteur.
Oligomérisation
Objectif :L’éthylène obtenu est une molécule trop courte pour être utilisée comme carburant. L’objectif de cette étape est donc de rallonger les chaînes carbonées en regroupant plusieurs molécules d’oléfines (comme l’éthylène) pour former des hydrocarbures plus lourds (C8 à C16), adaptés aux propriétés du kérosène d’aviation.Principe :L’oligomérisation est un processus de polyaddition qui utilise des catalyseurs tels que les catalyseurs Ziegler-Natta, des complexes de nickel-phosphore, ou encore des zéolithes acides. Ces catalyseurs activent les doubles liaisons des oléfines et permettent leur regroupement sans perte d’atomes, contrairement à une polymérisation classique.Cependant, cette étape est délicate car elle est en compétition avec des réactions de craquage (rupture des chaînes) ou de formation involontaire de dépôts solides de carbone. Il faut donc ajuster finement les conditions opératoires pour favoriser la formation de chaînes de longueur moyenne, sans trop de produits légers ou de résidus lourds. Des additifs ou des co-réactifs (ex. : butanol) peuvent être utilisés pour améliorer la sélectivité vers les précurseurs du jet fuel.
Exemple de réaction (addition de trois éthylènes) : 3CH2=CH2 → CH3(CH2)4CH=CH2
SAF vs kérosène fossile
Distillation
Objectif :Après les réactions, le mélange contient une variété d’hydrocarbures (C1 à C20+). L’objectif de cette étape est de séparer les différentes fractions selon leur volatilité, pour extraire la fraction correspondant au carburant d’aviation (C8–C16). Les autres produits peuvent être valorisés en essence, diesel ou combustibles lourds.Principe :On utilise une colonne de distillation fractionnée pour séparer les composants selon leur point d’ébullition. Les hydrocarbures les plus légers (comme les gaz) sortent en tête de colonne, tandis que les plus lourds sont récupérés en bas. La fraction intermédiaire, est ensuite conditionnée pour l’aviation. Cette séparation est essentielle pour garantir que le carburant final respecte les spécifications techniques de l’aviation civile (densité, température d’ébullition, stabilité…).On obtient ainsi un kérosène ATJ-SPK (Alcohol-To-Jet Synthetic Paraffinic Kerosene), constitué principalement de paraffines C8-C16, conforme aux spécifications ASTM.
Captage du carbone
Objectif : Le SAF vise la neutralité carbone : en captant du CO₂ atmosphérique pour le transformer ensuite en carburant, on recycle le carbone au lieu d’en ajouter dans l’atmosphère. 3 différentes méthodes permettent de capter le CO₂, qui pourra ensuite être valorisé dans la fabrication de carburants de synthèse. Méthodes : 1. Carbone biogénique : Le CO₂ est capté naturellement par les plantes lors de la photosynthèse. On utilise ensuite des résidus végétaux ou des huiles pour fabriquer des carburants.2. CCU (Carbon Capture and Utilization) : Le CCU consiste à capter le CO₂ directement à la sortie d’une usine (cimenterie, aciérie, centrale, etc.) à l’aide de technologies comme des solvants chimiques, des membranes ou des procédés cryogéniques.3. DAC (Direct Air Capture) : Le DAC utilise des machines équipées de filtres spéciaux qui capturent directement le CO₂ présent dans l’air ambiant. L’air est aspiré, le CO₂ est piégé chimiquement par des solutions ou des matériaux absorbants, puis il est récupéré sous forme concentrée. Après l’électrolyse de l’eau pour produire de l’hydrogène et le captage du CO₂, on peut soit passer par une réaction RWGS suivie d’une synthèse Fischer-Tropsch, soit par une synthèse du méthanol pour produire des carburants durables.
Reformage à la vapeur
Objectif :Le reformage à la vapeur vise à transformer le méthane (CH₄), issu notamment du biogaz, en un gaz de synthèse (CO + H₂). Ce gaz est ensuite utilisé pour produire du méthanol ou des carburants d’aviation durables (SAF).Principe :Le méthane réagit avec de la vapeur d’eau à haute température (700–900 °C) en présence d’un catalyseur (souvent du nickel). Cette réaction est endothermique, c’est-à-dire qu’elle nécessite un apport de chaleur.
Formule générale : CH4 + H2O→ CO +3 H2
Après le reformage à la vapeur, les gaz de synthèse produits peuvent être valorisés soit par une synthèse Fischer-Tropsch, soit par une synthèse du méthanol.
Réaction RWGS (Reverse Water-Gas Shift)
Objectif : Transformer du CO₂ (dioxyde de carbone) et de l’H₂ (hydrogène) en CO (monoxyde de carbone), un composant essentiel du syngas utilisé ensuite dans la synthèse Fischer-Tropsch ou synthèse du méthanol pour produire du carburant synthétique (SAF).
Réaction globale : CO2 + H2 → CO + H2O
Kérosène liquide
C12H26 (hydrocarbure)