Des carburants liquides issus de la lumière et de l'air

Des carburants liquides issus de la lumière et de l'air : ce n'est plus une simple idée. La start-up suisse Synhelion a mis en service une installation qui concentre l'énergie solaire avec une telle efficacité que l'énergie produite peut être utilisée pour produire des carburants à l'échelle industrielle.

Le principe du verre ardent appliqué sur des tours solaires

En fait, tout est assez simple. Après tout, presque tout le monde connaît le principe du verre ardent. Si l'on tient une loupe face au soleil et que son point focal est fixé sur une feuille de papier, celle-ci commence à brûler rapidement. L'énergie solaire concentrée devient si chaude que le point d'éclair est atteint.

Les centrales solaires à tour utilisent ce principe. Grâce à des miroirs et à une tour bien plus haute que la hauteur à laquelle on peut tenir un verre ardent, les miroirs orientables dirigent les rayons solaires réfléchis vers la tour. À Juliers, en Rhénanie-du-Nord-Westphalie, une telle tour solaire s'élève à une vingtaine de mètres de hauteur depuis juin 2024. À ses pieds se trouve une armada de miroirs, appelés héliostats. Ceux-ci peuvent être orientés de manière à concentrer les rayons solaires réfléchis sur un point au sommet de la tour. C'est là qu'est installé le récepteur, qui convertit l'énergie solaire en chaleur industrielle à haute température. L'énergie solaire ainsi concentrée génère des températures de plus de 1 550 °C. « C'est un véritable record du monde », explique Carmen Murer. Elle est bien placée pour le savoir, puisqu'elle est attachée de presse de l'entreprise suisse Synhelion.

Du carburant solaire ?

Synhelion est une spin-off de l'École polytechnique fédérale de Zurich (ETH) et de Zurich. Dès 2010, la synthèse de molécules d'hydrocarbures à partir d'énergie solaire concentrée a été couronnée de succès en laboratoire. En 2014, du kérosène solaire a été obtenu pour la première fois en laboratoire, exclusivement à partir de CO₂ et d'H₂O. En 2016, les deux scientifiques, les Drs Gianluca Ambrosetti et Philipp Furler, ont fondé Synhelion SA avec l'extension « Solar Fuels ». Suite à des expériences réussies en plein champ, la construction de « DAWN », la première usine de démonstration pour la production industrielle de carburants solaires, a débuté en 2022. Juliers a également été choisie comme site d'implantation en raison de l'étroite collaboration de Synhelion avec ses collègues du Centre aérospatial allemand (DLR). On y trouve également une deuxième tour solaire, unique en Europe du Nord, utilisée par les scientifiques du DLR à des fins de recherche.

La chaleur captée est injectée dans un réacteur thermochimique. Un gaz de synthèse, composé de H2 et de CO, est alors produit à partir de CO2, d'eau et de méthane. Ce gaz de synthèse est liquéfié selon un procédé « gaz-liquide ». Le pétrole brut solaire liquide est ensuite traité dans une raffinerie classique. Outre le kérosène, composant principal, il est également possible de produire de l'essence et du diesel de cette manière.

Le CO2 et le méthane sont fournis par une installation de biogaz sur le site de Jülich. À l'avenir, il est prévu d'alimenter la source de carbone nécessaire à partir de CO2 filtré industriellement. Une installation de captage direct de l'air (DAC) de ce type a été développée par Climeworks, également une start-up du pôle d'innovation suisse de l'ETH Zurich.

L'énergie non utilisée immédiatement est transférée vers une unité de stockage d'énergie à intérieur céramique et est disponible dès le coucher du soleil. Les jeunes entrepreneurs suisses assurent ainsi une production continue, 24h/24 et 7j/7, sans interruption. Selon Synhelion, c'est également environ dix fois moins cher qu'une source d'énergie électrique à batterie comparable.

« Synhelion a créé ou développé quatre domaines technologiques », explique Carmen Murer, décrivant la force d'innovation de l'équipe suisse. « Nous avons développé les héliostats, le récepteur solaire, le réacteur thermochimique et l'unité de stockage de chaleur. » Les Suisses ont déposé un total de 20 familles de brevets pour protéger leurs inventions.

« Pour l'instant, le monde continuera de dépendre des carburants liquides. Dans l'aviation, par exemple, les propulsions électriques à batterie ne sont pas encore judicieuses. Nos carburants solaires renouvelables, en revanche, peuvent remplacer directement les combustibles fossiles et n'émettent, lors de leur combustion, que la quantité de CO₂ absorbée lors de leur production. »

Une technologie d'avenir pour un monde plus durable

DAWN et la centrale solaire à tour RISE, qui sera construite en Espagne à partir de 2025, sont encore des centrales relativement petites. Mais Carmen Murer en est certaine : « Notre technologie est évolutive à l'échelle mondiale et nos carburants renouvelables offrent une solution importante dans la lutte contre le changement climatique. Cependant, nous augmenterons progressivement notre capacité, car sans cela, les centrales ne seraient pas financièrement viables. » Synhelion prévoit de produire environ un million de tonnes de kérosène d'ici dix ans. « Dans un premier temps, nous construirons et exploiterons les centrales nous-mêmes. Ensuite, Synhelion interviendra uniquement en tant que fournisseur de technologie, tandis que les entreprises énergétiques prendront en charge la production. L'investissement dans la construction de ces centrales est très élevé. Cependant, les coûts de production ultérieurs sont très faibles », explique Carmen Murer, décrivant les obstacles et les opportunités d'une expansion rapide de cette technologie.

Les produits alliant lumière et air sont déjà très demandés : Swiss International Air Lines n'est qu'un des nombreux partenaires de coopération des innovateurs suisses. Des accords d'achat concrets ont été conclus avec l'avionneur Pilatus. Le diesel solaire devrait permettre à un exploitant suisse de navires à vapeur historiques de progresser. L'énergie thermique pure inspire également de nouvelles idées : le cimentier Cemex mène déjà des essais réussis avec du ciment solaire. Mais pour l'instant, les Suisses s'intéressent avant tout au rêve de voler, grâce à la lumière et à l'air.

www.synhelion.com