Le méthanol dans la bataille pour le carburant du futur

Pourquoi le méthanol est-il sous les feux de la rampe ?

Avec l'apparition de phénomènes climatiques nouveaux et inquiétants, les gouvernements et les organisations internationales du monde entier se démènent pour trouver des solutions à l'augmentation de la teneur en carbone et en gaz à effet de serre dans l'atmosphère. L'industrie maritime en subit également les retombées, comme les objectifs 2030 et 2050 de l'OMI. Le méthanol est en passe de devenir un carburant alternatif prometteur, car il répond à la plupart des critères que les opérateurs maritimes recherchent dans un carburant de l'avenir. Et l'acceptabilité du méthanol augmente probablement en raison de la considération qu'un carburant parfait qui résout tous nos problèmes pourrait ne jamais être découvert à temps.

Quelles cases le méthanol cocherait-il sur la liste des carburants parfaits ?

Le méthanol a de nombreux atouts, mais le facteur le plus important en sa faveur est incontestablement la maturité de la technologie de manipulation du méthanol. Le méthanol a de nombreuses utilisations dans la production et la fabrication, autres que son utilisation en tant que carburant, notamment dans la production de polymères, à savoir les plastiques, les peintures, les vernis et les produits de nettoyage. Tout cela a déjà placé le méthanol sur la liste des cinq premières marchandises transportées dans le monde, avec une base remarquable de connaissances concernant la manipulation et le transport du méthanol. Il s'agit d'un avantage considérable par rapport à des concurrents tels que l'hydrogène et l'électricité utilisée pour faire avancer les navires, car il existe déjà une infrastructure et une chaîne d'approvisionnement bien développées pour la production et le transport du méthanol.

Lorsqu'il s'agit de décider de l'avenir d'un carburant, la logistique joue un rôle essentiel et, à cet égard, le méthanol se distingue de ses concurrents. Le méthanol est liquide à température ambiante, ce qui le rend beaucoup plus facile à stocker et moins gourmand en énergie que ses homologues cryogéniques tels que l'ammoniac, le GNL et l'hydrogène. Sans compter que la technologie et l'infrastructure déjà existantes ne nécessitent que de légères modifications pour être réadaptées au méthanol. Cela peut être extrapolé à partir du fait que le méthanol a connu un succès considérable et a été accepté dans d'autres secteurs, comme en Chine où le méthanol fait l'objet d'une promotion agressive, avec une consommation mondiale de 57% de méthanol provenant du seul pays, utilisé dans les véhicules, les équipements de chauffage, etc. L'Europe encourage également l'utilisation du méthanol comme carburant, et même les moteurs à haute puissance, comme ceux des courses de dragsters, ont trouvé dans le méthanol un substitut à l'essence.

Cette année, à Rotterdam, une opération de soutage de méthanol de barge à navire a été effectuée sur le chimiquier Takaroa Sun, propriété de NYK Bulkship.  

La nature biodégradable du méthanol lui donne un avantage très net sur les combustibles fossiles et certaines autres alternatives énergétiques. Le fait d'être biodégradable signifie simplement que, même en cas de fuite ou de dérapage, le méthanol étant hautement biodégradable, ses traces disparaissent naturellement en 7 jours environ.

À l'heure actuelle, le coût du méthanol par GJ est non seulement plus élevé que celui des carburants classiques, mais le coût du méthanol produit à partir de matières premières organiques est supérieur à celui des matières premières fossiles. Le coût de l'usine et la capacité de production sont les principaux facteurs qui influent sur le prix, mais il est encourageant de constater que des acteurs de premier plan, tels que Maersk, choisissent le méthanol comme carburant vert. Et comme d'autres suivent le mouvement, la baisse du prix du méthanol est devenue une prophétie qui se réalise d'elle-même. 

L'objectif ultime dans l'évolution du processus de production du méthanol serait de le produire entièrement à partir de sources renouvelables. Le carbone est obtenu par la capture du carbone de l'atmosphère et l'hydrogène est obtenu par des sources renouvelables telles que l'énergie éolienne et solaire. Mais en transition, pour les prochaines décennies, le méthanol produit à partir de la biomasse, notamment celle qui est abondante en Asie du Sud-Est (Indonésie, Malaisie, etc.), à savoir les feuilles de palmier à huile, est une alternative viable. Le rendement est assez élevé et globalement il n'y a pas d'émission de GES.

Pénétration du méthanol dans l'industrie

L'introduction du méthanol dans le secteur maritime ne date pas d'hier, avec le projet pilote Green, une modernisation d'un navire construit en 1996. L'un des deux moteurs Cummings a été remplacé par un moteur diesel Weichai ou Scania pour brûler du méthanol. Avec le temps, les rétrofits sont devenus plus simples que le remplacement complet des moteurs.

Le premier grand nom de la liste des conversions est le polonais Stena Germanica, son rétrofit a commencé en 2015 et plus tard, ses 4 moteurs ont été convertis à la bicarburation, avec la possibilité d'utiliser du méthanol recyclé et comme il s'agissait de l'une des premières conversions, il a conservé la possibilité d'utiliser des carburants conventionnels pour la fiabilité. Récemment, Stena s'est associé à Proman, le plus grand producteur de méthanol au monde, pour développer des solutions de rétrofit et de chaîne d'approvisionnement pour les navires existants afin de les aider à s'adapter au méthanol à l'avenir. 

Il existe de nombreuses façons de convertir un moteur pour utiliser du méthanol et chacune d'entre elles présente des difficultés. Le projet pilote vert a permis de changer les injecteurs de carburant et de remanier l'ECU du moteur. La composition du carburant a également été modifiée pour ajouter un améliorant de combustion de 5 % afin de garantir une combustion fiable. Les injecteurs de carburant et les atomiseurs doivent être modifiés pour compenser le fait que le méthanol a une densité énergétique plus faible que le carburant lourd.

Le moteur deux temps B&W ME LGI de MAN alimenté au méthanol est utilisé dans les navires qui transportent du méthanol et trouve de plus en plus d'applications dans d'autres navires avec le changement d'économie concernant le méthanol.

Les plus récents sont ceux de Mitsui O.S.K lines (MOL) qui disposent du système de combustion au méthanol le plus avancé. Le Capilano Sun, navire récemment mis en service par MOL, est capable de satisfaire aux exigences de la Tier III en matière de NOX, même sans épurateur. Ce résultat a été obtenu en injectant de l'eau en même temps que le méthanol. L'injection d'eau en même temps que le méthanol en général offre de multiples avantages. La température de l'ensemble du cylindre reste plus uniforme car l'eau se vaporise dans le cylindre, ce qui empêche la formation de "points chauds" qui réduisent les performances et la durée de vie du moteur. La vaporisation de l'eau réduit également la température, ce qui permet d'obtenir un meilleur rapport air-carburant et, par conséquent, des calages d'allumage plus agressifs et une plus grande suralimentation. L'eau se vaporise et crée une pression qui entraîne le piston au lieu que l'énergie soit gaspillée en générant de la chaleur.

Les défis du méthanol

Le plus grand défi associé au méthanol en passe de devenir le carburant de l'avenir est sa faible densité énergétique. Le fioul lourd a une densité énergétique par unité de volume 2,5 fois supérieure à celle du méthanol. Cela signifie que des réservoirs plus grands et un plus grand volume de carburant seront nécessaires pour le même trajet. La plupart des navires s'accommodent du méthanol en convertissant les réservoirs de ballast du navire pour stocker le méthanol. Malheureusement, les navires qui effectuent de longs voyages et naviguent en haute mer, tels que les vraquiers (VLCC / ULCC) ou les navires de vrac sec, ne pourront pas du tout se convertir au méthanol dans un avenir proche, car il n'y aura pas de possibilités de ravitaillement ni de ports facilement accessibles.

Le prochain défi à relever concerne la méthode de production du méthanol, qui est pour l'instant un pollueur net de la planète. La production qui, à l'heure actuelle, se fait à partir de matières premières fossiles contribue aux émissions de GES encore plus que la combustion directe de combustibles fossiles. Il est impératif de réaliser des économies d'échelle sur sa production de manière neutre en carbone.

Le méthanol produit du formaldéhyde lors d'une combustion incomplète, qui est un polluant et un agent cancérigène connu, mais ce problème ne se pose pas dans les moteurs diesel à haute température (plus de 1500 degrés).

Ce n'est pas que le méthanol soit le carburant idéal de l'avenir, sans inconvénients ni risques associés. Le méthanol présente des difficultés inhérentes à son utilisation, comme le fait qu'il soit toxique. Une dose aussi faible que 10 ml peut endommager suffisamment le nerf optique pour provoquer la cécité et une dose d'environ 30 ml peut entraîner la mort. L'absorption de méthanol sur la peau, l'inhalation de vapeurs, le contact avec les yeux ou l'ingestion peuvent provoquer un empoisonnement au méthanol. La flamme du méthanol peut ne pas être visible à la lumière du jour car il brûle à une température plus froide que les combustibles fossiles. Il faut donc porter un équipement approprié, tel qu'un équipement de protection et un équipement ignifuge, ainsi qu'un équipement respiratoire, car seule une dose dangereuse de méthanol est détectable à l'odeur.

L'autre aspect négatif du méthanol est sa nature corrosive. Le méthanol corrode certains métaux tels que l'acier au carbone et l'aluminium. La conception des réservoirs, des tuyaux, du stockage, des composants du moteur et de la ligne d'alimentation doit donc en tenir compte. Par exemple, les tuyaux et les réservoirs de stockage sont à double paroi pour éviter les fuites. Le code international de sécurité pour les navires utilisant des combustibles gazeux ou d'autres combustibles à faible point d'éclair est connu sous le nom de code IGF. Il fournit le cadre réglementaire pour la mise en œuvre de carburants alternatifs sur les navires. Ce code est entré en vigueur le 1er janvier 2017. En imposant des mesures obligatoires pour l'installation, l'exploitation et la surveillance des machines et des systèmes, ce code vise à minimiser les risques pour l'environnement et l'équipage.

En termes d'investissement, les navires fonctionnant au méthanol sont comparativement plus chers que les navires traditionnels fonctionnant aux combustibles fossiles. Maersk a passécommande de 8 navires bicarburants au chantier naval Hyundai de Corée du Sud. Ces navires coûtent 175 millions de dollars chacun, soit 10 à 15 % de plus que les navires traditionnels fonctionnant aux combustibles de soute. L'investissement initial élevé constitue souvent le principal défi pour toute nouvelle technologie, qui doit trouver son adaptation dans l'ensemble du secteur.

Regarder vers l'avenir

Le méthanol présente un grand potentiel en tant que carburant de l'avenir, car il présente les caractéristiques favorables de réduction des émissions de gaz à effet de serre, de faible émission et de facilité de manipulation, mais en même temps, le carburant est également très corrosif par nature et nécessite un investissement énorme pour transformer les systèmes de propulsion des navires. Même si le méthanol est un carburant plus propre que les carburants conventionnels comme le diesel marin, il est actuellement produit de manière intensive en carbone. Le passage à des carburants plus écologiques n'étant pas négociable, il est regrettable qu'aucune des options sur la table ne soit assez mûre pour devenir le nouveau carburant. Pour l'instant, le choix se porte davantage sur les limites que nous pouvons tolérer que sur les mérites d'un carburant. Cependant, le méthanol, comme seulement quelques autres carburants de ce type, est prometteur et ses avantages dépasseront un jour ses limites.