Décarboner l'aviation : rendre le net zéro possible

Le Partenariat Mission Possible (MPP),une alliance de leaders du climat, a été créée pour accélérer la décarbonisation de sept des industries les plus difficiles à réduire : l'aviation, le transport maritime et le camionnage, l'acier, l'aluminium, le ciment/béton et la fabrication de produits chimiques.

Le MPP, dirigé par l'Energy Transitions Commission, le Rocky Mountain Institute, We Mean Business et le Forum économique mondial, en collaboration avec McKinsey & Company en tant que partenaire de connaissances, a récemment publié des conclusions sur la décarbonisation de l'aviation dans un rapport intitulé Making net zero aviation possible. Cette recherche s'appuie sur les travaux d'autres organisations aéronautiques qui ont déjà annoncé des initiatives pour réduire les émissions. En plus du rapport complet, le MPP a également publié des infographies et un résumé analytique. Voici quelques-unes des principales conclusions et recommandations.

Nous avons développé un scénario d'énergie renouvelable prudent et optimiste pour atteindre des émissions nettes nulles d'ici 2050 (illustration). Le scénario optimiste suppose un développement et une adoption plus rapides de l'électricité renouvelable sur la base de percées technologiques qui réduisent les coûts. En conséquence, les carburants d'aviation durables (SAF) produits à partir d'électricité (power-to-liquids ou "PtL"), ainsi que les avions à hydrogène et électriques à batterie entrent sur le marché plus tôt et à plus grande échelle. Dans le scénario prudent, les SAF issus de la biomasse restent la principale source d'énergie.

Pour les deux scénarios nets zéro, les SAF et les améliorations du rendement énergétique des aéronefs jouent le rôle le plus important dans la réduction des émissions. Une croissance neutre en carbone nécessitera que les gains annuels d'efficacité énergétique soient le double des gains historiques de 1 % par an, et la capacité de production de SAF doit être multipliée par cinq à six par rapport aux usines existantes ou prévues pour atteindre une croissance neutre en carbone d'ici 2030.

Atteindre une croissance neutre en carbone jusqu'en 2030 nécessiterait un financement de 40 à 50 milliards de dollars par an, et environ 175 milliards de dollars seraient nécessaires jusqu'en 2050. Environ 80 à 90 % de ces investissements iraient à la production de SAF. Le reste irait au développement d'avions électriques à batterie, hybrides électriques et à hydrogène, ainsi qu'aux usines de production d'électricité renouvelable et d'hydrogène vert nécessaires à leur alimentation. L'investissement en capital annuel total ne comprend pas le coût en capital des nouveaux avions à réaction conventionnels, qui seraient également nécessaires pour une substitution/expansion régulière de la flotte.

Les SAF, y compris les biocarburants et les PtL, doivent être mis sur le marché immédiatement pour permettre la mise à l'échelle massive qui sera nécessaire pour atteindre le zéro net d'ici 2050. Pour atteindre des niveaux de production de SAF de 40 à 50 mégatonnes 1 million de tonnes métriques (1 tonne métrique = 2 205 livres). d'ici 2030, les parties prenantes doivent investir dans environ 300 à 400 nouvelles usines de production de carburant et les infrastructures associées en amont. L'objectif de 40 à 50 Mt pour 2030 présentera des défis, étant donné qu'il faut généralement au moins cinq ans pour construire une nouvelle usine SAF et la rendre pleinement opérationnelle, de sorte que les parties prenantes devront planifier de nouvelles usines SAF dans les deux à trois prochaines années.

Alors que les biocarburants sont la seule option SAF aujourd'hui, PtL devrait entrer sur le marché à grande échelle à la fin des années 2020 et devenir moins cher au milieu des années 2030. La part de marché de PtL d'ici 2050 dépendra de la rapidité avec laquelle le coût actualisé de l'électricité chutera au cours des 15 prochaines années. Les faibles coûts de l'électricité renouvelable permettront de faibles coûts de production d'hydrogène vert et, en fin de compte, de faibles coûts de PtL.

Dans le scénario optimiste, PtL constitue le principal type de SAF à partir de 2040 environ. Cependant, si la baisse des coûts de production d'électricité renouvelable est plus lente, les biocarburants devraient jouer un rôle important sur le marché en 2050 tant que des volumes suffisants de biomasse durable seront dirigés vers le secteur de l'aviation.

Les avions à hydrogène pourraient entrer sur le marché dans les années 2030 et évoluer jusqu'en 2050, date à laquelle ils pourraient représenter environ un tiers de la demande énergétique de l'aviation. Avec les conceptions d'avions actuelles, les avions à hydrogène pourraient avoir une portée limitée à 2 500 kilomètres. La refonte des cellules et de la technologie de stockage pourrait débloquer des distances plus longues sans réduire le nombre de sièges disponibles. Si les avions à hydrogène entrent sur le marché vers 2035 et atteignent des autonomies plus longues, ils pourraient gagner une part de marché pouvant atteindre un tiers d'ici 2050. La part de marché estimée chute à 13 % d'ici 2050 s'ils entrent sur le marché d'ici 2040 et n'atteignent que des autonomies plus courtes. En supposant des percées dans la chimie des batteries, les avions électriques à batterie pourraient potentiellement propulser des avions régionaux sur des vols allant jusqu'à environ 1 000 km d'ici le milieu du siècle.

Jusqu'à 9 300 térawattheures (TWh) de capacité de production d'électricité renouvelable supplémentaire seraient nécessaires dans le scénario optimiste. Cela représenterait jusqu'à 10 % de la production mondiale d'électricité de 90 000 à 130 000 TWh en 2050.

Dans le scénario prudent, qui mise davantage sur les biocarburants, 12 exajoules2Un exajoule = un quintillion (1018) joules. (EJ) de biomasse pourrait être nécessaire pour le secteur de l'aviation. Cela exigerait 10 à 25 % de la disponibilité mondiale de biomasse durable d'ici 2050. La conversion de 12 EJ de biomasse durable en biocarburants entraînera simultanément la production de sous-produits tels que le diesel/l'essence ou le naphta, qui exigeront 8 EJ supplémentaires. Cela signifie que 20 à 40 % de la biomasse durable indicative disponible à l'échelle mondiale devraient être consacrés au secteur de l'aviation.

Les gains d'efficacité énergétique des moteurs conventionnels, ainsi que l'amélioration de la conception de la cellule, des opérations au sol, de la gestion du trafic aérien et de la planification des itinéraires, représentent un autre levier de réduction des émissions dans l'aviation. Ces mesures pourraient améliorer l'efficacité énergétique de 2 % par an. Remplacer la flotte actuelle d'avions commerciaux par les avions les plus économes en carburant en service aujourd'hui réduirait la consommation de carburant d'environ 20 %.

Historiquement, des gains d'efficacité moyens de 1 % par an sont typiques, mais il existe des exceptions. Dans les années 1980 et 2010, la flambée des coûts du carburant d'aviation a entraîné une augmentation des mesures d'efficacité énergétique. La perspective d'augmentations futures du coût du carburant résultant du passage aux SAF pourrait à nouveau être un moteur pour des efforts accrus d'efficacité énergétique.

Les carburants renouvelables réduisent les émissions de gaz à effet de serre (GES) d'environ 75 à 95 % par rapport au carburéacteur fossile. En tant que telles, des émissions résiduelles non réduites d'environ 120 à 140 tonnes métriques d'équivalent CO2 (Mt CO2e) subsisteront en 2050. Celles-ci devront être atténuées par le CDR, y compris des solutions climatiques naturelles, des solutions hybrides et des solutions techniques, telles que la capture et le stockage directs du carbone dans l'air (DACCS). L'équilibrage des émissions résiduelles pourrait coûter entre 15 et 18 milliards de dollars supplémentaires rien qu'en 2050.

La décarbonisation de l'aviation est possible, mais un effort concerté est essentiel pour réaliser le scénario optimiste dans plusieurs domaines. Cela impliquerait d'augmenter considérablement la production de SAF, de réduire les coûts et d'élargir l'accès à l'électricité renouvelable, d'accélérer le développement de nouveaux types d'avions net zéro, de continuer à améliorer les gains d'efficacité des flottes existantes et de capturer sans relâche les émissions résiduelles.

Axel Esquéest associé du bureau parisien de McKinsey ;Adam Mitchellest associé associé au bureau de Toronto;Kritika Rastogui est consultant au bureau de New York ; etRobin Ridelest un associé du bureau de San Francisco.