Télécharger la présentation
La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez
Publié parLyna Kherbouche Modifié depuis plus de 6 années
1
1 Laurent Catoire Professeur des Universités, Université d’Orléans, Département de Chimie et Directeur-adjoint ICARE, CNRS Orléans Biocarburants de seconde génération : enjeux et perspectives Journées académiques UdPPC, Polytech’Orléans, 31 mars 2010
2
2 Interrelations Energie et Environnement
3
3 SOMMAIRE INTRODUCTION : LES SOURCES D’ENERGIE ENERGIES FOSSILES pétrole brut gaz naturel charbons PROBLEMATIQUES LIEES A LA COMBUSTION pollution atmosphérique effet de serre additionnel ENERGIE RENOUVELABLES CHIMIQUES ET DEVELOPPEMENT DURABLE : CONVERSION ENERGETIQUE DE LA BIOMASSE biocarburants de 1 ère génération biocarburants de 2 ème génération CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
4
4 LES SOURCES D’ENERGIE
5
5 Le soleil Les énergies fossiles –le charbon –le pétrole –le gaz naturel Electricité primaire –l’énergie hydraulique –le nucléaire Autres sources –Les combustibles traditionnels (bois, tourbe) –la biomasse et les déchets –l’énergie éolienne –l’énergie des vagues et des marées –la géothermie
6
6 LES SOURCES D’ENERGIE Chauffage Electricités (primaire et secondaire) Carburants
7
7 Evolution technologique et consommation d’énergie Consommation journalière (millions de barils EP) 1860 : 8 1920 : 20 1980 : 150 2000 : 200 2030 : 400 Population : 1860 : ≈ 1 Milliard 1920 : 2 1980 : 5 2000 : 6 2030 : 8
8
8 ENERGIES FOSSILES
9
9 Mais réserves prouvées de pétrole brut conventionnel consommées en ≈ 2045 en fait probablement avant Pétrole brut
10
10 Découvertes et production de pétrole brut Production Découvertes Gb/an
11
11 mais épuisement prévu ≈ 2070 (d’après réserves prouvées de GN conventionnel) Date du pic de production : incertain 2020 car utilisation pour la production d’électricité (aux dépends du pétrole et des charbons) Gaz Naturel (GN)
12
12 Charbons 250 ans de réserves prouvées Réactivation probable de la filière
13
13 Energies fossiles et combustion : problématiques environnementales Couche d’ozone ClimatQualité de l’air UV
14
14 Energies fossiles et combustion : Problématiques Combustion CO 2 Effet de serre additionnel Modifications potentielles du climat NO x Pollution troposphérique et stratosphérique COV HC suies Effets sur la santé Effets sur la couche d’ozone Espèces soufrées Pluies acides
15
15 ENERGIES RENOUVELABLES CHIMIQUES ET DEVELOPPEMENT DURABLE : CONVERSION ENERGETIQUE DE LA BIOMASSE
16
16 Loi d’orientation Grenelle 1 votée le 21 octobre 2008 : 23% des besoins énergétiques français couverts par les énergies renouvelables en 2020. Réduction globale de 20% des émissions de gaz à effet de serre d’ici à 2020 par rapport au niveau de 1990 Objectif de l’Allemagne : réduction de 40 % En 2010, objectif global de 21% d’électricité d’origine renouvelable. La politique énergétique européenne
17
17 BIOMASSE carburants électricité chauffage
18
18 Les biocarburants
19
19 Les biocarburants Avantages Agriculture Aménagement du territoire Débouchés Sécurité d’approvisionnement Environnement Moins d’émissions polluantes Réduction de l’effet de serre Thématique « ancienne » : Diesel (1900)
20
20 Les biocarburants Inconvénients Coûts Augmentation du prix des matières premières Utilisation d’engrais, de pesticides, défrichements
21
21 Biocarburants de 1 ère génération
22
22 Les biocarburants de 1 ère génération Seules énergies renouvelables directement disponibles sous forme liquide de nos jours Carburants (de substitution, co-carburant, additif): Moteur DIESEL (Huiles végétales pures HVP, EMHV esters méthyliques d’huiles végétales, EEHV) Moteur ESSENCE (Éthanol, ETBE)
23
23 Principaux modes d’obtention des biocarburants de 1 ère génération ETBE Ethanol sucres Etherification Plantes sucrières Fermentation & distillation Extraction Hydrolyse Plantes amylacées Plantes oléagineuses Extraction & raffiinage transesterification EMHV (Biodiesel) (Biogazole) Huiles végétales Graisses animales Hydrodésoxygénation Gazole renouvelable (C n H 2n+2 ) Graisses animales
24
Les biocarburants de 1 ère génération (Agrocarburants) Matières premières : produits de réserve BIOETHANOL Betteraves Canne à sucre Erable à sucre Blé Maïs Pommes de terre BIODIESEL (DIESTER) Colza Tournesol Soja Arachide Lin Olivier Palmier à huile Cocotier Plantes sucrières et plantes amylacées Plantes oléagineuses
25
25 Les biocarburants de 1 ère génération Obtention de bioéthanol à partir des plantes amylacées Plantes amylacées Amidon Glucose C 6 H 12 O 6 Fermentation anaérobie Saccharomyces cerevisiae 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 3,5 tonnes de blé produisent 1 tonne d’éthanol 1 hectare de céréales produit 2,5 tonnes d’éthanol Hydrolyse enzymatique -amylase amyloglucosidase
26
26 Les biocarburants de 1 ère génération Obtention d’éthanol à partir des plantes sucrières Plantes sucrières C 12 H 22 O 11 + H 2 O Fermentation anaérobie Catalyse enzymatique 4 C 2 H 5 OH + 4 CO 2 12,6 tonnes de betteraves produisent 1 tonne d’éthanol 1 hectare de betteraves produit 5,8 tonnes d’éthanol 1 hectare de betteraves produit 2 tep/an saccharose
27
27 Les biocarburants de 1 ère génération Obtention de biodiesel à partir des plantes oléagineuses Plantes oléagineuses Huile végétale : triglycérides R : chaîne alkyle (C6-C30) grasse saturée, monoinsaturée ou polyinsaturée trituration
28
28 Les biocarburants de 1 ère génération Obtention de biodiesel à partir des plantes oléagineuses : transestérification Huile végétale : triglycérides +3 CH 3 OH + Cat. 50°C P atm 3
29
29 Les biocarburants de 1 ère génération Esters méthyliques (EMHV) 2,55 tonnes de graines de colza1 tonne d’huile 1000 litres d’ester Autres « biocarburants » : ETBE et MTBE
30
30 Biocarburants : bilan environnemental Remplacer un litre d’essence par : un litre d’éthanol un litre d’ETBE Remplacer un litre de gazole par : un litre d’EMHV - 75 % gaz à effet de serre - 31 % gaz à effet de serre - 80 % gaz à effet de serre
31
31 Biocarburants de 1 ère génération : carburants de substitution ? Filière Culture initiale Poids brut de carburant obtenu par hectare (tonnes) tep/ tonne Energie brute produite par ha (tep) Nombre de km 2 mobilisés pour produire 50 Mtep en % du territoire français en % des SAU 1997 Huile Colza1,371 36500066%122% Huile Tournesol 1,061 47200086%157% Ethanol Betterave5,780,693,98 12550023%42% Ethanol Blé2,550,691,76 28400052%95% source : rapport DIREM/ADEME sur les biocarburants, 2003
32
32 Biocarburants de 2 ème génération
33
33 o filière en développement o Programme National de Recherche sur les Bioénergies (PNRB) : financement ANR (Agence Nationale de la Recherche), mise en œuvre ADEME (Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie) GALACSY SUPERBIO
34
34 Biocarburants et biocombustibles de 2 ème génération o issus de la biomasse non alimentaire : produit de parois o branches mortes, écorces, broyats divers, plaquettes forestières o biomasse agricole non-spécifique : paille, son, déchets industrie viticole o biomasse agricole dédiée (spécifique) : taillis à très courte rotation (TTCR : bouleau, saule), Miscanthus giganteus o sous-produits et résidus de l’industrie papetière o lisiers, décharges (ordures ménagères), stations d’épuration, etc. (biogaz) o microalgues (biocarburant et biogaz) o huiles végétales usées
35
35 Biocarburants et biocombustible de 2 ème génération o miscanthus giganteus
36
36 BIOMASSE (Chauffage et électricité) Logements sociaux chauffés aux granulés de paille (Droué, Loir-et- Cher) depuis début 2008 Remplacement partiel du charbon par la biomasse (déchets de bois, etc.) dans la plus grande centrale thermique au charbon du Royaume- Uni courant 2009 Construction par AREVA de centrales thermiques à biomasse (déchets de bois, paille de riz) en Thaïlande et au Brésil
37
37 BOIS et DECHETS SYLVICOLES DECHETS AGRICOLES (paille)
38
38 Ressources en bois (forêts)
39
39 Ressources en bois
40
40 Ressources en bois (forêts) 13 Mtep/an
41
41 Ressources en bois (forêts) 1,6 Mtep/an
42
42 Autres ressources ligneuses 1,75 Mtep/an - Vignes - Vergers - Arbres urbains
43
43 Conversion de la biomasse lignocellulosique : thermochimique ou biochimique 40 à 50 % de la masse du bois sec : cellulose Matières premières : produits de paroi
44
44 25 à 35 % de la masse du bois sec : hémicelluloses Conversion de la biomasse lignocellulosique Mannose Xylose Glucose Galactose ArabinoseAcide glucuronique
45
45 16 à 33 % de la masse du bois sec : lignine Conversion de la biomasse lignocellulosique
46
46 Conversion thermochimique de la biomasse lignocellulosique : Bio-oil pyrolyse lente pyrolyse rapide ≈ 600°C dT/dt faible 5-30 min ≈ 650°C dT/dt très élevée 0,5-5 s Huile + « charbons » + gaz Bio-oil trempe Chauffage industriel Electricité CO + H 2 Biocarburants de 2 ème génération FT bois, déchets forestiers, déchets agricoles
47
47
48
48 Fischer-Tropsch : conversion du gaz de synthèse
49
49 Conversion biochimique de la biomasse lignocellulosique : Ethanol Délignification par enzymes lignolytiques Pycnoporus cinnabarinus Enzymes : cellulases + hémicellulases Trichoderma reesei Levures Bactéries Saccharomyces cerevisiae Thermoanaerobacter ethanolicus
50
50 ORDURES MENAGERES EAUX USEES – BOUES DECHETS AGRICOLES (lisier)
51
51 Méthanisation de la biomasse : Biogaz Méthanisation de la biomasse (déchets végétaux, OM, boues, lisiers) dans un digesteur : Fermentation anaérobie des matières organiques pendant 1 à 3 semaines 55 à 80 % de méthane 20 à 45 % de CO 2 épuration méthane GNV réseauélectricité
52
52 Méthanisation de la biomasse : Biogaz conversion possible en carburants liquides : procédé Fischer-Tropsch CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2 carburant CH 4 + ½ O 2 → CO + 2 H 2 carburant Cat. Fe ou Co P = 30 bar T = 300 K Cat. Fe ou Co P = 30 bar T = 300 K
53
53
54
54
55
55 Production de biogaz (ktep) 3 Mtep
56
56 DECHETS VITICOLES
57
57 Déchets viticoles : hétérogènes de faible valeur énergétique Conversion énergétique dans l’eau supercritique (374°C, 218 atm) 1 atm = 101325 Pa
58
58 0s7s21s30s94s118s280s 28°C125°C 288°C 202 MPa 374°C 233 MPa 496°C 278 MPa 85°C31°C
59
59 H2H2 CH 4
60
60 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
61
61 Urgences Limiter le changement climatique Subvenir à nos besoins énergétiques de manière durable → panachage énergétique pour chauffage, électricité et transports → en France, les biocarburants de 2 ème génération semblent crédibles pour assurer une part des transports
Présentations similaires
© 2024 SlidePlayer.fr Inc.
All rights reserved.