Cette histoire a été publiée à l'origine sur Tâche et objectif dans le cadre de What's Next In War, un numéro spécial décomposant ce qui se profile à l'horizon pour l'armée américaine.
Si vous avez déjà grimacé en regardant le compteur d'essence s'accélérer pendant que vous remplissiez votre voiture de 12 gallons, n'oubliez pas que l'armée de l'air consomme environ deux milliards de gallons d'essence chaque année, pour un coût d'environ 7 milliards de dollars.
Il en coûte plus que de l'argent pour maintenir en l'air les 5 625 avions de l'armée de l'air. Pour chaque avion de chasse survolant le Moyen-Orient ou le Pacifique occidental, il existe une longue chaîne d'approvisionnement vulnérable qui remonte souvent jusqu'aux puits de pétrole étrangers, une dépendance que le Pentagone est impatient de secouer.
« Le transport de carburant, que ce soit par voie aérienne, terrestre ou maritime, est un risque nécessaire. Mais plus nous en consommons, plus cela devient risqué », a écrit Roberto Guerrero, sous-secrétaire adjoint de l'Air Force pour l'énergie opérationnelle dans un éditorial de 2019. "Si nous sommes confrontés à des contraintes externes telles que des pénuries de pétrole, des attaques d'adversaires ou un accès interrompu, nos vulnérabilités deviennent encore plus grandes."
Avec ces inquiétudes à l'esprit, l'Air Force est à la recherche d'une multitude de nouvelles technologies pour réduire sa dépendance au pétrole étranger, pour rendre ses moteurs plus efficaces et utiliser moins de gaz, et pour faciliter le maintien des bases et des avions en aval. Ces technologies incluent la conception de meilleurs moteurs, l'analyse de l'utilisation du carburéacteur et même le lavage différent des moteurs afin qu'ils fonctionnent mieux. Mais il existe une technologie qui pourrait avoir des implications dramatiques non seulement pour l'armée de l'air, mais pour la société en général :le carburéacteur renouvelable.
L'armée de l'air utilise actuellement le Jet Propellant-8 (JP-8), un carburant incolore à base de kérosène riche en hydrocarbures qui y ont été cuits par des millions d'années de haute pression et de haute température agissant sur les plantes mortes et les algues. Ces longues chaînes d'hydrocarbures sont ce qui rend le carburéacteur si puissant, mais l'Air Force veut les faire monter quelques millions d'années plus vite que la nature. C'est pourquoi en octobre dernier, le service a annoncé qu'il avait approuvé une société privée appelée Twelve, qui s'efforce d'extraire le dioxyde de carbone de l'air et de le transformer en carburéacteur.
"Et si vous pouviez accéder au carburant de n'importe où sur la planète, à tout moment, sans besoin de camion-citerne?" le service a écrit dans un communiqué de presse. "L'armée de l'air pense que c'est possible avec une technologie révolutionnaire de transformation du carbone."
Twelve dit avoir un nouveau réacteur électrochimique avec un catalyseur spécial qui électrise le dioxyde de carbone et l'eau, ce qui crée un gaz de synthèse (ou gaz de synthèse) qui peut ensuite être raffiné en carburéacteur, que la société appelle E-Jet. Cela peut sembler de la science-fiction, mais le processus de transformation du gaz de synthèse en carburant remonte en fait à près d'un siècle. Les inventeurs allemands Franz Fischer et Hans Tropsch ont développé le procédé Fischer-Tropsch pour ce faire dans les années 1920, et l'armée de l'air a essayé avec succès de l'utiliser pour compléter le carburant des bombardiers lourds et des avions de transport au début des années 2000. Cependant, le service a interrompu le projet en 2013, en partie parce que les carburants n'étaient pas encore compétitifs, selon Inside Defense .
L'Air Force espère qu'E-Jet pourra pousser le concept plus loin en permettant aux aviateurs de produire le gaz de synthèse vers le bas et de le raffiner en carburéacteur, éliminant ainsi le besoin de chaînes d'approvisionnement vulnérables.
"La plate-forme de transformation du carbone de Twelve pourrait permettre aux unités déployées de créer du carburant à la demande, sans avoir besoin d'experts en carburant hautement qualifiés sur place", a écrit l'armée de l'air dans son communiqué de presse l'année dernière.
E-Jet serait également renouvelable, car il ne nécessiterait que du dioxyde de carbone de l'air et de l'eau, a écrit l'Air Force. Cela semble incroyable, mais deux experts en propulsion étaient sceptiques. Après tout, il n'y a tout simplement pas beaucoup de carbone dans l'air, a expliqué Jay Gore, professeur titulaire de la chaire Reilly de génie de la combustion à la faculté de génie mécanique de l'Université Purdue.
La concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère terrestre est de près de 412 parties par million, selon la NASA. Bien que cela soit suffisant pour retenir la chaleur du soleil et provoquer le changement climatique mondial, c'est encore une quantité très faible si vous essayez de fabriquer une substance riche en hydrocarbures comme le carburéacteur.
"C'est une grosse botte de foin et nous savons qu'il y a une aiguille, mais la probabilité de trouver cette aiguille nécessitera beaucoup d'efforts, beaucoup de travail", a expliqué Gore.
Et il faudrait beaucoup d'air. Vikram Mittal, professeur d'ingénierie à West Point, a estimé qu'il faudrait 13 000 mètres cubes d'air pour fabriquer un seul gallon de carburéacteur, et environ 100 millions de mètres cubes d'air (environ le volume de l'Empire State Building) pour faire le plein. le réservoir d'un avion de transport C-130 Hercules. Il y a beaucoup d'air dans l'atmosphère à puiser, mais plus vous aspirez d'air, plus il y a de chances que les polluants dans l'air « puissent endommager les matériaux catalyseurs sensibles qui extraient le dioxyde de carbone », a écrit Mittal pour Forbes en novembre.
Même si vous pouviez faire entrer suffisamment d'air non pollué dans votre réacteur, il y a un autre gros problème :générer suffisamment d'énergie pour extraire le dioxyde de carbone de l'air. Mittal a estimé qu'il faudrait un panneau solaire de la taille de 38 terrains de football pour générer suffisamment de carburant pour remplir un C-130, bien qu'il devrait probablement être plus grand car l'énergie est perdue dans le processus de conversion. Alors que l'armée expérimente des réacteurs nucléaires mobiles qui pourraient fournir d'énormes quantités d'énergie aux bases avancées, cela pourrait ne pas être suffisant pour extraire le kérosène des airs.
"Malheureusement, même un de ces réacteurs nucléaires fonctionnant constamment pendant 24 heures ne serait capable de produire que la moitié du carburant nécessaire pour remplir un C-130", a écrit le professeur.
Gore a partagé des doutes similaires sur E-Jet.
"Il faut investir beaucoup d'énergie dans cette séparation" du dioxyde de carbone de l'air, a-t-il déclaré. "Nous fabriquons de l'azote liquide et de l'oxygène liquide à partir de l'air, il existe de grandes usines pour cela, mais ces usines consomment beaucoup d'énergie pour que ce processus se produise."
Même l'Air Force a admis qu'il restait des questions à répondre à propos d'E-Jet, en particulier sur la manière d'alimenter le processus dans les régions éloignées. Comment Twelve et l'Air Force espèrent relever ces défis n'est pas clair, car aucune des deux organisations n'a été en mesure de commenter dans les délais. Mais la technologie de Twelve s'est révélée prometteuse dans le passé.
Frederick Baddour, scientifique principal au Centre de transformation et de mise à l'échelle du carbone catalytique du Laboratoire national des énergies renouvelables, a déclaré que le système d'électrolyse du dioxyde de carbone de la société, qui convertit le dioxyde de carbone en gaz de synthèse, a démontré un taux de conversion élevé et efficace. L'entreprise s'est également associée à des organisations telles que Mercedes-Benz, Proctor &Gamble et la NASA, qui souhaitent utiliser la technologie de transformation du carbone de Twelve pour réduire les émissions en fabriquant des produits et des carburants normalement fabriqués à partir de pétrole.
Twelve a démontré dans le passé sa capacité à fabriquer du gaz de synthèse à partir de dioxyde de carbone et le communiqué de presse d'octobre de l'Air Force semble souligner la capacité de Twelve à transformer ce gaz de synthèse en carburéacteur. "Ce qu'ils montrent, c'est boucler la boucle :non seulement convertir le CO2 en gaz de synthèse, mais que le gaz de synthèse peut être raffiné en aval en un carburéacteur certifiable", a déclaré Baddour. Sur la base des succès passés de Twelve, le projet semble tout à fait faisable, a-t-il ajouté.
Cela pourrait être encore plus faisable lorsque le procédé puise dans des sources riches en carbone pour alimenter le système d'électrolyse. Par exemple, si l'air alimentant le système de Twelve provient juste de l'extérieur d'une usine de bioéthanol, il y aura beaucoup plus de dioxyde de carbone dans l'air que le système pourrait puiser, a expliqué Baddour.
Dans son communiqué de presse d'octobre, l'Air Force a déclaré que Twelve avait réussi à produire du carburéacteur à partir de CO2 en petites quantités et que décembre marquerait la fin d'un projet produisant de plus grandes quantités de carburant. L'Air Force a également déclaré qu'il y aurait un rapport sur les conclusions de l'entreprise, mais ce rapport n'était pas immédiatement disponible. Quoi qu'il en soit, "l'équipe considère qu'il s'agit d'une première étape positive dans un programme véritablement innovant", a écrit le service.
En attendant, il existe de nombreux autres carburants alternatifs sur lesquels l'Air Force se penche. L'un des plus prometteurs est la biomasse, où la matière organique des plantes et des animaux est traitée à des températures et des pressions élevées pour créer du carburéacteur. En 2018, la Defense Logistics Agency a écrit sur la façon dont l'Université du Maine transformait du papier et du carton recyclés en carburéacteur, et ils attendaient la certification pour être utilisés à des fins aéronautiques.
"Ces carburants peuvent être générés à partir de diverses sources, notamment les huiles usagées et les produits agricoles, qui sont tous deux facilement disponibles dans le monde entier", a écrit Mittal dans son éditorial.
Gore, le professeur Purdue, a déclaré que le Département de l'énergie essayait également d'utiliser un concept appelé exergie, que l'Université de Stanford définit comme "la partie utile de l'énergie qui nous permet de travailler et de fournir des services énergétiques". Des exemples d'utilisation de l'exergie incluent l'utilisation des gaz d'échappement sortant d'une centrale électrique ou la fabrication de carburant à partir de l'air riche en dioxyde de carbone émis par un moteur à combustion.
« Comment pouvons-nous récupérer une partie de cette énergie afin que les rendements des carburants soient plus efficaces ? » Gore a demandé.
Au contraire, les flux d'échappement épais en dioxyde de carbone des automobiles ou des avions pourraient fournir un bien meilleur fourrage pour le réacteur E-Jet de Twelve que d'autres morceaux d'air plus propres, a-t-il raisonné.
On ne sait toujours pas si le prochain réservoir de carburéacteur de l'Air Force proviendra de cartons usagés, de déchets alimentaires, d'un tuyau d'échappement de camion ou de l'air qui nous entoure. Quoi qu'il en soit, la prochaine étape en matière de carburant aura un impact important sur le reste de la guerre.
"L'histoire nous a appris que nos chaînes d'approvisionnement logistiques sont l'une des premières choses que l'ennemi attaque", a déclaré Guerrero, sous-secrétaire adjoint de l'armée de l'air pour l'énergie opérationnelle, en octobre. "Alors que les adversaires pairs représentent de plus en plus une menace, ce que nous faisons pour réduire notre demande de carburant et de logistique sera essentiel pour éviter les risques et gagner toute guerre potentielle."
