Biocarburants Les biocarburants Energies Renouvelables

Le cycle fermé du carbone de la biomasse Biocarburants Le cycle fermé du carbone de la biomasse Energies Renouvelables

Biocarburants hier et aujourd’hui Première production fin 19è siècle : Ethanol à partir de maïs, - Rudolf Diesel : son premier moteur fonctionnait à l’huile d’arachide. Abandon face au prix du pétrole bas. Retour dans les années 70 au Brésil sous forme de bioéthanol de canne à sucre. Forte augmentation ces 10 dernières années sous l’impulsion de politiques volontaristes (obligation d’incorporation, incitants fiscaux) : - sécurité approvisionnement, - soutien à l’agriculture, - réduction des émissions de gaz à effet de serre. Energies Renouvelables

Biocarburants hier et aujourd’hui Biocarburants hier et aujourd’hui 1. Huile végétale et biodiesel Tourteau 1800 kg Méthanol 114 kg Glycérine 114 kg 1 ha Biodiesel 1140 kg 1300 l Huile 1140 kg 1240 l Colza 3000 kg trituration transestérification Moteurs diesel Moteurs diesel 5 à 100% dans gazole adaptation de l’alimentation Energies Renouvelables Energies Renouvelables

Biocarburants hier et aujourd’hui 2. Ethanol et ETBE Pulpes 3 t Vinasses 1,2 t isobutène 53%vol 1 ha Betterave 60 t Froment 7 t 6000 l éthanol 2500 l extraction sucre hydrolyse amidon fermentation distillation ETBE Son 850 kg Drèches 2,5 t Moteurs essence Moteurs essence jusque 15% ou 85-100% si moteur adapté 15% sans adaptation Energies Renouvelables

Biocarburants Energies Renouvelables

Biocarburants de 2ème génération Ethanol cellulosique Produit à partir de la conversion de la cellulose et des hémicelluloses en sucres fermentescibles. Ceux-ci sont ensuite transformés en bioéthanol selon les procédés classiques. Principal avantage : meilleur que les biocarburants de 1ère génération sur le plan de la balance énergétique, des réductions d’émissions de gaz à effet de serre et des besoins en sol. Les premières unités de production industrielle entrent en phase de démonstration. Energies Renouvelables

Biocarburants de 2ème génération Biodiesel avancé Carburant aux propriétés similaires au diesel ou au kérosène. Huile végétale hydrogénée : produite à partir de l’hydrogénation d’huiles végétales ou de graisses animales. Les premières installations pilotes industrielles ont démarré en Finlande et à Singapour. Diesel Fischer-Tropsch (BtL) : produit en deux étapes. La biomasse est d’abord transformée en gaz de synthèse riche en hydrogène et monoxyde de carbone; Après lavage, le gaz de synthèse est converti catalytiquement par synthèse de Fischer-Tropsch en une gamme de liquides hydrocarbonés, incluant du diesel de synthèse et du bio-kérosène. Des projets pilotes et de démonstration sont en cours de démarrage. Energies Renouvelables

Biocarburants de 2ème génération Autres biocarburants basés sur les sucres De nouvelles formes de conversion des sucres en diesel de synthèse sont à l’état de recherche : - Utilisation de microorganismes (levures, algues hétérotrophes, cyanobactéries) transformant les sucres en alcanes, la base hydrocarbonée de l’essence, du diesel. - Transformation par reforming en phase aqueuse de sucres hydrosolubles en hydrogène et autres intermédiaires chimiques. Un procédé catalytique les converti ensuite en alcanes. - Conversion des sucres par des levures modifiées en hydrocarbures qui peuvent être hydrogénés en diesel de synthèse. Energies Renouvelables

Biocarburants de 2ème génération Autres filières de production de biocarburants à l’étude - Biogaz de synthèse : du méthane est produit à partir d’une décomposition thermique de la biomasse solide. - Huile pyrolytique : huile produite par la distillation de la biomasse solide; l’huile doit ensuite être raffinée pour pouvoir être utilisée comme carburant. - Dimethylether (DME) : biodiesel produit par conversion thermochimique de la biomasse solide. Energies Renouvelables

Biocarburants et production durable Le caractère durable de la production de biocarburants a été largement remis en question ces deux dernières années : - Les biocarburants permettent-ils réellement de diminuer les émissions de gaz à effet de serre ? Qu’en est-il de leur impact sur les émissions liées au changement direct ou indirect d’affectation des terres (DLUC et ILUC) ? - La production de biocarburants ne risque-t-elle pas de mettre en danger la sécurité alimentaire (compétition pour les terres, augmentation des prix) ? - Quels sont les bénéfices réels de la production et de l’utilisation des biocarburants pour l’environnement, l’économie et la société ? Energies Renouvelables

Biocarburants et production durable Emissions de gaz à effet de serre Comparaison avec filières carburants fossiles par analyse de cycle de vie (ACV) Les pourcentages de réduction varient énormément selon : -la ressource utilisée, le procédé, et, notamment, l’utilisation des coproduits. Dans les biocarburants de 1ère génération, l’éthanol produit à partir de canne à sucre est potentiellement le plus important s’il n’y a pas d’effet négatif DLUC ou ILUC. Les biocarburants de 2ème génération sont très prometteurs et permettraient potentiellement de réduire les émissions de gaz à effet de serre, de plus de 100% pour certains procédés qui valorisent les coproduits dans la production de chaleur et d’électricité. Mais estimations restent relativement théoriques puisque ces technologies n’ont pas encore atteint le stade commercial. Energies Renouvelables

Biocarburants et production durable Energies Renouvelables

Biocarburants et changement d’affectation des sols Les changements d’affectation des sols (LUC) peuvent-ils réduire ou annuler les réductions d’émissions de gaz à effet de serre ? Les changements d’affectation des sols sont : directs (DLUC) lorsque les cultures destinées aux biocarburants sont cultivées sur des sols auparavant sous couvert forestier; indirects (ILUC) lorsque la production de biocarburants déplace la production d’autres spéculations vers d’autres sols ailleurs (évent. Dans une autre région ou pays). Energies Renouvelables

Biocarburants et changement d’affectation des sols Pour atteindre les niveaux attendus de réductions de gaz à effet de serre, il faut que leur production évite de générer de grandes quantités d’émissions de gaz à effet de serre par changement d’affectation des sols. Actuellement, les émissions liées à la production de biocarburants ne représentent que 1% du total des émissions provoquées par le changement d’affectation des sols dans le monde ! La plus grande partie de ces émissions LUC provient des cultures alimentaires et fourragères. Energies Renouvelables

Comptabilisation du changement d’affectation des sols Biocarburants Comptabilisation du changement d’affectation des sols Pour établir la balance environnementale des biocarburants, la comptabilisation des impacts DLUC est relativement facile : les données sont disponibles et les estimations de carbone déplacé peuvent être calculées aisément. Les modèles d’ACV intègrent aujourd’hui ces données. La comptabilisation des ILUC est, elle, beaucoup plus difficile. Différentes approches de modélisation existent, mais donnent des résultats tellement variables pour une même spéculation qu’elles doivent encore être soumises à du développement afin de garantir leur robustesse et leur justesse. Energies Renouvelables

Comptabilisation du changement d’affectation des sols Biocarburants Comptabilisation du changement d’affectation des sols Comme il est impossible d’obtenir des résultats fiables pour le calcul des ILUC, les gouvernements recommandent différentes approches : utiliser de préférence les déchets et les sous-produits (paille, DDGS,…) comme matière première; maximiser l’utilisation efficiente des sols en augmentant de manière durable la productivité et l’intensité des cultures; utiliser des cultures énergétiques pérennes (taillis à courte rotation, miscanthus,…) en particulier sur les sols pauvres ou pauvres en carbone; maximiser l’efficience des procédés de conversion de la matière première; développer le bioraffinage, l’utilisation de la biomasse en cascade; coproduire des cultures énergétiques et alimentaires. Energies Renouvelables

Autres composantes de la durabilité des biocarburants Pilier 1 : Société Emploi Tenure des terres Intégration des petits paysans Sécurité alimentaire Pilier 2 : Environnement Emissions gaz à effet de serre Qualité de l’air Qualité des sols Utilisation et qualité de l’eau Biodiversité Pilier 3 : Economie Sécurité énergétique et autosuffisance Balance des paiements Financements Coûts des carburants Energies Renouvelables

Autres composantes de la durabilité des biocarburants Exemple Cultiver des cultures énergétiques pérennes sur des sols dégradés permet: de réduire l’érosion; d’accroître le stock de carbone du sol; d’accroître la capacité de rétention d’eau du sol; d’améliorer la biodiversité; de fournir des revenus supplémentaires en milieu rural. Energies Renouvelables

Biocarburants Critères et normes De nombreuses initiatives existent de par le monde visant à établir des critères et normes pour garantir le caractère durable des biocarburants: Global Bioenergy Partnership Roundtable on Sustainable Biofuels International Organization for Standardization International Sustainability and Carbon Certification System European Union USA ….. Bref, c’est la cacophonie et un gros effort d’harmonisation est nécessaire. Energies Renouvelables

Développement technologique Biocarburants Développement technologique Objectifs 2010-2015 : démontrer que la production de bioéthanol cellulosique, de BtL-diesel, de HVO et de biogaz de synthèse est fiable et viable au niveau commercial. 2015-2020 : tous les biocarburants atteignent plus de 50% de réduction des émissions de GHG sur leur cycle de vie. 2020-2030 : démontrer la faisabilité économique de la production de biocarburants à partir d’algues ou d’autres nouvelles filières. 2015-2025 : introduire la production de biocarburants dans les concepts innovants de bioraffinage. Energies Renouvelables

Développement technologique Biocarburants Développement technologique Biocarburants conventionnels : réduire coûts de production et améliorer l’efficience économique et environnementale Biodiesel : Régénération plus efficiente des catalyseurs Purification améliorée de la glycérine (coproduit) Plus grande flexibilité vis-à-vis des matières premières Bioéthanol : Enzymes nouveaux et plus performants Amélioration de la qualité nutritionnelle du DDGS Meilleur efficacité énergétique des procédés Energies Renouvelables

Développement technologique Biocarburants Développement technologique Biocarburants de 2ème génération : prouver la faisabilité technique, diminuer les coûts d’investissement Ethanol cellulosique : Amélioration des micro-organismes et enzymes Utilisation des sucres C5, soit pour l’éthanol soit en coproduits valorisables Utilisation de la lignine pour la production d’énergie ou comme matière première HVO : Flexibilité du procédé par rapport aux matières premières Utilisation d’hydrogène renouvelable pour améliorer la balance GHG Energies Renouvelables

Développement technologique Biocarburants Développement technologique Biocarburants de 2ème génération : prouver la faisabilité technique, diminuer les coûts d’investissement BtL diesel : Améliorer la longévité et la robustesse des catalyseurs Réduction des coûts de lavage des gaz de synthèse Utilisation efficiente de la chaleur basse température du procédé Biogaz de synthèse : Flexibilité du procédé par rapport aux matières premières Amélioration du procédé de production et de lavage du gaz de synthèse Energies Renouvelables

Développement technologique Biocarburants Développement technologique Biocarburants de 2ème génération : prouver la faisabilité technique, diminuer les coûts d’investissement Biocarburants d’algues : Culture, récolte et extraction huile plus efficientes énergétiquement et économiquement Recyclage des nutriments et de l’eau Valorisation des coproduits Huile pyrolytique : Amélioration des catalyseurs de stabilisation de l’huile Amélioration en un carburant équivalent au diesel Energies Renouvelables

Développement technologique Biocarburants Développement technologique Production de matières premières : Amélioration des rendements des cultures énergétiques par la sélection et l’adoption de techniques culturales performantes Cultures sur sols dégradés ou contaminés (phytoremédiation) Développement de systèmes intégrés alimentaire-énergie Energies Renouvelables