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Les biocarburants de 2e génération proches de l'industrialisation

Les biocarburants de 2e génération proches de l'industrialisation
juin 2015

Pour réduire l'impact des transports sur l'environnement et leur dépendance au pétrole, il faut diversifier les sources d'énergie. Les biocarburants de 1re génération, issus de sucre, d'amidon de céréales ou d'huiles végétales, sont déjà dans nos réservoirs mélangés à l'essence et au gazole, mais leur potentiel est limité. Pour augmenter les quantités de biocarburants disponibles, de nouvelles filières sont à l'étude. Ce sont les biocarburants de 2e génération que l'on pourra produire à partir des constituants végétaux non alimentaires : pailles de céréales, résidus forestiers, etc. Cette ressource dite "lignocellulosique" représente un gisement de renouvelables beaucoup plus important que les ressources de la première génération.

Pierre Porot, directeur adjoint Procédés et responsable de programme Biocarburants à IFP Energies nouvelles, nous explique quelles sont les perspectives de développement de ces biocarburants.

Pierre Porot
  • Qu'entend-on exactement par biocarburants de 2e génération ?

P. P. : Il faut d'abord rappeler la définition des biocarburants actuels, dits de 1re génération.
 Ils sont de deux types :
 - l'éthanol pour les moteurs à essence, produit par la fermentation alcoolique de sucres issus de matières premières agricoles (canne à sucre, betteraves sucrières ou céréales) ;
 - le biodiesel destiné aux moteurs diesel produit par estérification d'huiles végétales (colza, tournesol, etc.).
 
Les biocarburants de 2e génération sont obtenus à partir de la biomasse lignocellulosique, sans concurrence d'usage avec l'alimentaire : paille de céréales, miscanthus, bois et résidus forestiers, cultures dédiées, etc. Il y a, à ce jour, deux filières principales de production proches de l'industrialisation : la filière biochimique de production d'éthanol cellulosique et la filière thermochimique de production de gazole et de kérosène de synthèse appelé BtL (Biomass to Liquid). D'autres voies moins matures sont à l'étude, comme par exemple la liquéfaction de la biomasse par pyrolyse rapide accompagnée d'un traitement catalytique du liquéfiat.

Biocarburant
  • Pouvez-vous nous décrire ces nouvelles filières de production ?

P. P. : La voie biochimique s'effectue en 3 grandes étapes.
 Des 3 constituants majeurs de la biomasse lignocellulosique - cellulose, hémicelluloses et lignine - seule la cellulose est aujourd'hui facilement transformable en éthanol ; l'hémicellulose fait l'objet de recherches intensives pour la rendre convertible.
 
- Une première étape consiste donc à extraire la cellulose puis à la transformer en glucose par hydrolyse à l'aide d'enzymes*.
 - Le glucose est ensuite fermenté par des levures en éthanol. A moyen terme, il pourra être fermenté en d'autres alcools ou en hydrocarbures par des micro organismes adaptés si les recherches en cours aboutissent.
 - Enfin, l'éthanol est purifié par distillation et déshydratation.

 

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Pour la voie thermochimique, les étapes sont les suivantes :
 
- La biomasse est conditionnée par pyrolyse ou torréfaction.
 - Ensuite, elle est gazéifiée en présence de vapeur d'eau ou d'oxygène. On obtient ainsi un gaz de synthèse, constitué de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrogène (H 2).
 - L'étape suivante est, en général, la synthèse Fischer-Tropsch, transformation chimique catalytique du gaz de synthèse en paraffines linéaires qui, hydrocraquées et isomérisées, produiront un gazole et un biokérosène de synthèse.

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D'autres transformations du gaz de synthèse peuvent être envisagées comme la production de méthanol ou d'autres alcools, eux-mêmes convertibles en carburants ou directement utilisables comme tels. Des filières hybrides sont également en développement dans lesquelles le gaz de synthèse est utilisé comme substrat de fermentation.
  
 *  Les enzymes produits dans des réacteurs à partir de micro-organismes (par exemple le champignon trichoderma reesei) sont capables de dégrader naturellement la cellulose en glucose.
   

  • Quels sont les avantages des biocarburants de deuxième génération ?

P. P. : Les biocarburants actuels ont un potentiel limité en volume, en raison notamment de la concurrence avec les usages alimentaires. Ceux de 2e génération permettent de mobiliser des volumes plus importants de biomasse. Ils présentent des avantages indéniables : utilisation de la plante entière et valorisation des différents constituants non comestibles du végétal, coût des matières premières plus faible, bilans environnementaux plus favorables pour autant qu'ils soient produits de façon raisonnée.
 

  • Ont-ils un meilleur bilan environnemental que les carburants fossiles ?

P. P. : Même si les bilans sont a priori meilleurs, la question de l'optimisation des systèmes de production, notamment en termes de consommation d'énergie et de réduction des gaz à effet de serre, se pose pour les futures filières comme pour les filières existantes. Seuls les biocarburants compatibles avec un développement durable doivent être promus. L'Europe a mis en place une certification en la matière avec des critères de durabilité des biocarburants. Ces critères portent sur différents aspects, et en particulier sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) par rapport à la référence fossile. A l'heure actuelle, un gain en termes d'émissions de GES de 35 % par rapport aux références essence et gazole est exigé. Ce niveau sera porté en 2017 à 50 %. Et en 2018, à 60% pour les nouvelles unités.
 

  • Où en est la recherche aujourd'hui ?

P. P. : Dans le domaine de la production des biocarburants de 2e génération, on assiste à un effort de R&D sans précédent au niveau international. Plus de 10 unités industrielles d'éthanol 2G sont en train de voir le jour en Europe et aux États-Unis. Si l'éthanol cellulosique et le BtL bénéficient des efforts les plus importants, les autres filières de deuxième génération ne sont pour autant pas oubliées. L'idée est de créer une activité économique à part entière autour du concept de "bioraffinerie". Parmi les autres pays qui investissent dans la deuxième génération, on peut citer, entre autres, le Brésil et la Chine.
 
Tout l'enjeu R&D est de produire ces biocarburants à un prix compétitif et avec les meilleurs bilans environnementaux possibles.
 

  • Et à IFP Energies nouvelles ?

P. P. : Nous travaillons sur les deux voies de transformation de la biomasse, biochimique et thermochimique. IFPEN mobilise dans ce domaine ses compétences en biotechnologies, procédés, génie chimique, catalyse et séparation, évaluation technico-économique et environnementale. Nos recherches en laboratoire ont permis, depuis une dizaine d'années, des avancées scientifiques et techniques significatives. Nous participons, avec les autres acteurs clés du domaine, à des projets de démonstrateurs, dernière étape pour valider les technologies avant leur déploiement industriel. Nous participons activement au PROJET FUTUROL qui a pour objectif de mettre sur le marché un procédé industriel français de production d'éthanol cellulosique. Nous sommes également fortement impliqués dans BioTfueL qui vise à développer toute la chaîne de production BtL de biodiesel et de biokérosène.
  

 

+ Biocarburants : où en est le PROJET FUTUROL ? - Interview de Gilles Ferschneider, chef de projet à IFPEN
+ Les clés pour comprendre > Automobile et carburants > Les carburants alternatifs
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+ Axes de recherche > Energies renouvelables
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La presse en parle

La nouvelle jeunesse des biocarburants (Les Echos - 12/05/2015)
Avec l'arrivée sur le marché de produits de deuxième génération, les biocarburants, un temps décriés, apparaissent de nouveau comme une solution d'avenir.
> www.lesechos.fr