Les biocarburants sont des combustibles fossiles fabriqués à partir de matières organiques renouvelables, telles que la betterave, le colza et le tournesol, ainsi que les déchets agricoles et les résidus forestiers.
Ces carburants alternatifs offrent de nombreux avantages
- en réduisant la dépendance des transports vis-à-vis du pétrole, leur utilisation renforce l’indépendance énergétique,
- Ils réduisent les émissions de gaz à effet de serre liéesaux transports
- Ils contribuent à créer ou à maintenir une activité agricole et forestière.
- Ils contribuent à maintenir ou à créer une activité industrielle,
- Ils peuvent être mélangés à l’essence ou au diesel sans adapter le système de distribution ou les véhicules.
La quasi-totalité du CO2émis dans le monde provient du pétrole.
| Biocarburants : un peu d’histoire Et pourquoi pas un carburant d’origine végétale ? Cette idée n’est pas nouvelle. Nikolaus Otto (1832-1891), l’inventeur du moteur à combustion interne, a conçu son moteur pour fonctionner à l’alcool. Cet alcool était alors fabriqué par la gazéification de produits carbonés, notamment du bois. Rudolf Diesel (1858-1913), l’inventeur du moteur qui porte son nom, a fait fonctionner son invention… avec de l’huile d’arachide ! La mythique Ford T était alimentée au bioéthanol, les amateurs de voitures le savent peut-être. Ces carburants d’origine végétale ont été abandonnés car le pétrole était moins cher et semblait inépuisable. Il aura fallu les chocs pétroliers puis le réchauffement climatique pour que l’on reconsidère leur sort. Les politiques publiques de soutien aux biocarburants ont été largement développées à cette époque. |
Ils sont présents en quantités variables dans presque tous les carburants liquides utilisés pour les voitures: SP95/SP98, E10/E85, etc. Ils peuvent être utilisés dans les véhicules à essence (bioéthanol), et dans les véhicules diesel (biodiesel). Ils peuvent également être utilisés dans l’aviation en remplacement du kérosène fossile.
Nous avons déjà des biocarburants dans nos voitures !
Presque partout dans le monde, des carburants sont disponibles à la pompe. Ils peuvent être mélangés à de l’essence ou du diesel. Les tarifs peuvent varier selon les pays et les réglementations locales.
En France, le biodiesel peut être ajouté au gazole sous forme d’EMHV (Ester Méthylique d’Huile Végétale), à hauteur de 7% ou de 30% pour certains véhicules captifs (véhicules d’entreprise et collectivités locales). Pour les véhicules conventionnels, le bioéthanol peut être ajouté à l’essence à des niveaux de 5-10% et les véhicules FlexFuel à des niveaux plus élevés (jusqu’à 85%).
BIOCARBURANTS CONVENTIONNELS – SUCRE ET HUILE PROVENANT DE PLANTES
Les biocarburants conventionnels sont fabriqués à partir de plantes qui sont habituellement cultivées à des fins alimentaires, comme la canne à sucre, la betterave, les céréales et le colza, le maïs, le tournesol, les arachides et le soja.
Ces biocarburants peuvent être produits à l’échelle industrielle. Ils peuvent être divisés en deux groupes :
Les véhicules à pile à combustible au bioéthanol
Le bioéthanol est un alcool obtenu par fermentation des sucres des plantes (canne à sucre, betterave à sucre) ou de l’amidon des céréales(blé, maïs). Il est utilisé en Europe soit comme alcool, soit transformé en ETBE (éthyl-tertiaire butyléther) avant d’être ajouté à l’essence. Cette transformation résulte de la réaction entre l’éthanol et l’isobutène, qui est un produit pétrolier. Le bioéthanol est le plus souvent fabriqué à partir de ressources locales, comme la canne à sucre au Brésil et le maïs aux États-Unis.
Le biodiesel pour les véhicules diesel
Il est fabriqué à partir de plantes contenant de l’huile (colza, tournesol, soja, palme), qui sont soumises à une transformation chimique. Pour obtenir une huile végétale, l’ester méthylique (EMHV), on fait réagir l’huile sur du méthanol. Ce composé a des propriétés similaires à celles du carburant diesel. L’année 2019 permet d’ajouter de l’ester méthylique d’huile végétale au carburant diesel à 7 % vol (B7) et à 10 % vol (B10). L’hydrotraitement de ces huiles est une autre option. Le produit qui en résulte (HVO Hydrotreatedvegetable Oil), peut être ajouté directement au carburant diesel dans n’importe quelle quantité.
Cependant, ces biocarburants conventionnels ne peuvent pas être produits en grandes quantités car ils sont principalement dérivés de ressources alimentaires. L’Union européenne a établi un seuil maximal d’incorporation dans le carburant de 7,7 % depuis 2015. Les biocarburants avancés ont été créés par la découverte de nouvelles matières premières.
Les biocarburants avancés : Utilisation de ressources non alimentaires
Les biocarburants avancés utilisent une matière végétale dite lignocellulosique. Cette matière est différente des biocarburants conventionnels : déchets agricoles, forêts et cultures dédiées comme le miscanthus.
Ces biocarburants offrent de nombreux avantages, même si le processus de production est plus compliqué.
- La valorisation des composants végétaux non comestibles, est une ressource plus importante.
- Le prix de la biomasse est inférieur à celui des biocarburants classiques.
- une meilleure performance environnementale.
Les biocarburants avancés peuvent également être divisés en deux groupes :
Le bioéthanol avancé (également appelé 2èmegénération).
Il est destiné aux moteurs à essence et est produit par un procédé biochimique. Il est similaire à la filière conventionnelle en ce sens qu’il est fabriqué à partir de sucres fermentés. Cependant, cette fois, la source végétale n’est pas directement responsable de la production d’un sucre utilisable.
Des étapes de transformation supplémentaires sont nécessaires pour les ressources lignocellulosiques :
- Il est donc essentiel d’éliminer d’abord la cellulose de la biomasse à l’aide d’un procédé physico-chimique,
- La cellulose est ensuite convertie en glucose (glucide simple) à l’aide d’enzymes d’hydrolyse. Ces enzymes sont fabriquées à partir de micro-organismes et convertissent naturellement la cellulose en glucose.
- Le glucose peut ensuite être converti en éthanol par fermentation avec des levures. Il s’agit du même processus que celui utilisé pour la filière traditionnelle. Enfin, l’éthanol peut être purifié par distillation et séchage.
Cette production répond à deux défis.
- Le coût de la transformation de la cellulose en sucres est élevé, et nécessite beaucoup d’enzymes. Les chercheurs ont mis au point de nouvelles enzymes qui fonctionnent plus rapidement et sont moins coûteuses.
- des coproduits (hémicelluloses, lignine) qui n’étaient pas ou peu valorisés par le passé. Les projets actuels se concentrent sur la lignine comme source d’énergie à différentes étapes du processus ou sur les hémicelluloses pour fabriquer de l’éthanol.
Biodiesel avancé, biokérosène
La technologie BtL (Biomass-to-Liquids) ou le détournement thermochimique peuvent être utilisés pour produire du biodiesel et/ou du biokérosène. Le premier est une alternative au Jet Fuel pour l’aviation.
La biomasse est d’abord traitée pouren faire un matériau homogène par pyrolyse et torréfaction.
En présence de vapeur et d’oxygène, la gazéification s’effectue à plus de 1 000°C. Le résultat est un gaz de synthèse composé d’hydrogène ( ) et de monoxyde de carbone.
Le gaz de synthèse peut être purifié. Les composés tels que le soufre, les métaux ou le dioxyde de carbone ( CO2) peuvent être éliminés.
Après avoir éliminé les composés indésirables, on peut procéder à la synthèse de Fischer-Tropsch. Il s’agit d’une réaction qui convertit le gaz de synthèse purifié en diesel ou en kérosène synthétique à l’aide de catalyseurs.
Des améliorations sont en cours pour adapter la technologie BtL à une large gamme de biomasses et optimiser les performances techniques et économiques (investissement et rendement, matériel, etc.). Pour passer au stade industriel, nous devons améliorer nos performances environnementales (consommation d’énergie, émissions de carbone ).
| Quel est le statut des biocarburants avancés en 2019 ? Ces biocarburants sont produits à un prix abordable par des chercheurs et développeurs internationaux. En Europe, aux États-Unis d’Amérique, au Brésil, en Inde et en Chine, on construit actuellement les premières unités industrielles de bioéthanol avancé. Les projets français Futurol(tm), et BioTfueL (r), qui réunissent tous les acteurs majeurs de la filière, dont l’IFP Energies nouvelles, visent à créer des filières de biocarburants avancés . Axens a fait passer le Futurol(tm), une technologie avancée de production de bioéthanol, en phase de commercialisation. Les débouchés commerciaux ne pourront pas déployer la technologie tant que les cadres réglementaires nationaux – qui a été finalisé en décembre 2018 par la directive REDII – ne seront pas clarifiés et les politiques publiques incitatives renforcées pour soutenir le lancement de la filière par des premières industrielles. Le projet de loi ” Programmation pluriannuelle de l’énergie ” (PPE) en France permet l’intégration de 3,8% de biocarburants avancés dans l’essence et de 3,2% dans le diesel. Cette intégration devrait être achevée d’ici 2028. |
Que pensez-vous des biocarburants fabriqués à partir d’algues ?
Même si c’est une excellente idée de fabriquer des biocarburants à partir d’algues, il s’agit encore d’une expérience de laboratoire. Il s’agit de récupérer les triglycérides des algues pour en faire du biodiesel et du biokérosène. Cela nécessite la maîtrise d’un ensemble de technologies et leur intégration. Or, c’est loin d’être le cas aujourd’hui.
Ces biocarburants sont produits en quatre étapes :
- la sélection des micro-algues pour leur teneur en huile
- culture dans de grands bassins à ciel ouvert et dans des photobioréacteurs, des tubes transparents
- Récolte et extraction de l’huile par différentes méthodes (centrifugation, traitement par solvant, lyse thermique, etc.),
- Conversion de l’huile en biocarburant. Il y a deux façons de le faire :
- La transestérification est une réaction de l’huile d’algues avec le méthanol et l’éthanol pour produire un ester d’huile d’algues, ou biodiesel. Il peut être mélangé au diesel dans une proportion d’environ dix pour cent.
- L’hydrocraquage et l’hydrogénation catalytique font réagir le pétrole avec de l’hydrogène pour produire des hydrocarbures qui peuvent ensuite être ajoutés au diesel ou au kérosène en grandes quantités.
Selon les estimations actuelles, les coûts de production des biocarburants avancés sont beaucoup plus élevés (plus de 300 dollars par baril).
Ces coûts peuvent être réduits et une production à grande échelle est possible. Cependant, il reste encore de nombreux problèmes scientifiques et économiques non résolus. Les algues sont actuellement utilisées dans des applications à faible volume et à forte valeur ajoutée, et en très petites quantités, comme dans l’industrie cosmétique.
LES BIOCARBURANTS SONT-ILS ADAPTÉS À L’ENVIRONNEMENT ?
Évaluation environnementale complète des biocarburants : Analyse du cycle de vie
Chaque étape de la production doit être prise en compte afin d’établir le bilan environnemental d’un biocarburant. Cela va de la culture de la plante (consommation d’énergie des machines agricoles, des engrais ou de l’eau) à son utilisation finale comme véhicule.
Cependant, les bilans peuvent varier fortement en fonction de la filière.
- Les espèces végétales utilisées
- La région de production et la zone de consommation (transport)
- Le mode de production agricole
- Le mode de production industrielle.
Prenons l’exemple des filières de production de bioéthanol à partir de ressources agricoles actuellement disponibles sur le marché. La canne à sucre donne les meilleurs résultats environnementaux. La canne à sucre est une plante à faibles intrants et la bagasse (résidu fibreux de la canne à sucre) peut être utilisée pour la production de chaleur. Cependant, si l’on utilise du charbon pour distiller la bagasse, le bilan environnemental sera sévèrement affecté.
Les procédés avancés montrent des gains d’émissions de gaz à effet de serre d’environ 80-90% par rapport aux combustibles fossiles. Les étapes de mobilisation des ressources sont en fait très peu émettrices, voire non émettrices en cas de valorisation des déchets.
Ces bilans environnementaux sont largement positifs pour autant que les biocarburants puissent être utilisés de manière responsable. Les émissions de gaz à effet de serre seront ainsi réduites jusqu’à 80% par rapport aux carburants pétroliers classiques. Les principaux pays consommateurs (États-Unis, États membres de l’Union européenne, Brésil) ne favorisent que les biocarburants compatibles avec le développement durable. Ce système de certification comprend des critères permettant de réduire les émissions de gaz à effet de serre de 60 % par rapport à la référence en matière de combustibles fossiles. Les nouvelles unités qui entreront en service après le 1erjanvier 2021 devront atteindre un gain supérieur à 60% par rapport à la référence fossile.
LES BIOCARBURANTS… QUEL PRIX ?
Aujourd’hui, les biocarburants sont plus chers à produire que l’essence et le carburant diesel. Le coût supplémentaire d’un biocarburant (hors taxes) est largement déterminé par le prix de la ressource. Cela inclut le pétrole pour le biodiesel et le coût de la main-d’œuvre dans les différents pays.
Le bioéthanol américain est actuellement compétitif par rapport à l’essence.
Le biodiesel argentin fabriqué à partir de soja et le biodiesel asiatique fabriqué à partir de palme sont tous deux proches du prix du diesel, tandis que le biodiesel européen fabriqué à partir de colza est environ 40 % plus cher.
La commercialisation et la vente des biocarburants nécessitent dans la grande majorité des cas un soutien des pouvoirs publics : défiscalisation des ventes, soutien direct ou indirect à la production ou à l’investissement dans des unités de fabrication, incorporation obligatoire aux carburants, etc.
Le taux de change euro/dollar en Europe a un impact sur l’attractivité et la valeur des biocarburants. Le pétrole est coté en dollars, tandis que les biocarburants peuvent être achetés en euros. Un euro fort par rapport au dollar diminue la compétitivité des biocarburants.
Les nouvelles industries devraient permettre de réduire les coûts d’exploitation. Cependant, leur compétitivité ne se réalisera pas immédiatement car elles doivent tirer les leçons de leur courbe d’apprentissage industrielle. Il faut donc prévoir des incitations pendant quelques années encore pour permettre leur déploiement et permettre aux industriels de prendre le risque d’investir.
DES BIOCARBURANTS À BORD DE NOS AVIONS ?
Le trafic aérien représente environ 11% de la consommation mondiale de carburant . Cependant, avec la croissance constante du trafic, cet impact pourrait doubler d’ici 15 ans. Le secteur s’est fixé des objectifs ambitieux pour réduire les émissions de CO2. L’une des voies explorées est celle des biocarburants. Les biocarburants pourraient remplacer une partie du carburant fossile actuellement utilisé pour alimenter les avions. Ce combustible représente actuellement 100 %. Ils peuvent réduire les émissions de gaz à effet de serre jusqu’à 90 % par rapport au kérosène actuel.
Cinq produits sont actuellement certifiés pour être mélangés au kérosène jusqu’à un ratio de 50%. Ces biocarburants ne posent aucun problème technique ou de sécurité et ont fait l’objet de nombreux tests. Leur déploiement à grande échelle est entravé par l’absence d’une obligation d’incorporation minimale, d’un régime fiscal pour ce type de kérosène et par la complexité de la mise en place d’une réglementation internationale. Leur utilisation régulière est donc limitée.
Les biocarburants peuvent être utilisés dans l’aviation pour réduire les émissions de gaz à effet de serre de 50 à 90 %, par rapport au kérosène.