Carburants alternatifs demain

L'idée est de transformer l'intégralité de la plante, et en particulier la lignocellulose, principal constituant de la paroi des végétaux et disponible en grande quantité sous diverses formes : paille, foin, bois, etc.

Conversion thermochimique de la biomasse

La transformation thermochimique de la biomasse lignocellulosique en carburants gazole et kérosène met en œuvre des procédés à hautes températures.

Voies directes par pyrolyse flash ou par hydroliquéfaction.
La pyrolyse flash est un traitement purement thermique qui permet d'obtenir une biohuile, des composés volatiles (gaz) et des goudrons.
L'hydroliquéfaction consiste à transformer la biomasse dans l'eau, dans des conditions proches de son point critique (374 °C et 221 bar), pour obtenir un biocrude.
Dans les deux cas, les propriétés de la fraction liquide peuvent être améliorées par des traitements sous pression d'hydrogène.

Voie indirecte Biomass to Liquid (BtL)
C'est un enchaînement d'étapes : gazéification de la biomasse, purification du gaz de synthèse produit, synthèse FischerTropsch et hydroisomérisation pour produire des hydrocarbures.
Pour ces différentes étapes, les technologies existent mais elles présentent des degrés de maturité inégaux et ne sont utilisées en général que pour traiter des charges fossiles. Il faut donc, d'une part, les adapter à la biomasse et d'autre part, lever les verrous technologiques existants pour qu'elles atteignent l'échelle industrielle. Cette voie BtL exige, pour des raisons de rentabilité, des unités de grande taille dont l'approvisionnement est un des enjeux importants. De ce point de vue, la flexibilité de la chaîne de procédés vis-à-vis des charges à traiter constituera un atout majeur.

IFPEN travaille sur la possibilité de traiter, dans une même installation de type BtL, à la fois des charges d'origine végétale et des charges fossiles ; on parle de coprocessing ou de filière BXtL. C'est l'objet du projet BioTfueL, qui réunit industriels et centres de recherche, et ambitionne de mettre au point une technologie pour une valorisation de biomasse lignocellulosique et de charges fossiles, en vue de produire du biogazole et du biokérosène. La solution prendra en compte l'ensemble de la chaîne de gazéification de la biomasse : séchage et broyage de la biomasse, torréfaction, gazéification, train d'épuration des gaz, synthèse Fischer-Tropsch.

Conversion biotechnologique de la biomasse

Éthanol lignocellulosique
La lignocellulose, principal constituant des parties non alimentaires des végétaux, consiste en un assemblage complexe de deux polymères de sucres, la cellulose et l'hémicellulose, et d'un polymère essentiellement composé de motifs aromatiques : la lignine. La principale difficulté pour transformer cette matière première est de rendre les sucres fermentescibles sans dégradation excessive.

Les travaux d'IFPEN visent à résoudre cette problématique et à développer de nouveaux procédés pour chacune des étapes de la filière éthanol lignocellulosique :

• le conditionnement de la biomasse en poudre pour en augmenter la réactivité,
• le prétraitement pour libérer les sucres complexes,
• l'hydrolyse enzymatique pour transformer les sucres complexes en sucres simples facilement fermentescibles,
• la fermentation par microorganisme (levures) pour transformer les sucres simples en éthanol,
• la séparation - via une première étape de distillation et une étape finale de déshydratation - pour atteindre les spécifications de pureté requises de l'éthanol en usage biocarburant.

L'économie de ces procédés repose sur l'optimisation des conditions opératoires de l'ensemble de ces étapes, sur une augmentation de l'activité et la baisse des coûts de production des enzymes. La valorisation des coproduits est aussi prise en compte avec, par exemple, l'utilisation des sucres non fermentescibles comme source de carbone pour la production d'enzymes et la combustion de la lignine pour produire de l'énergie. Des travaux sont menés par IFPEN dans le cadre du projet Futurol.

Biobutanol
Certaines propriétés du butanol - pouvoir calorifique supérieur, tension de vapeur plus faible et moindre miscibilité à l'eau - le rendent plus intéressant que l'éthanol pour une incorporation dans les essences.
Depuis quelques années, le butanol synthétisé par voie biologique connaît un fort regain d'intérêt car il peut être obtenu à partir de biomasse, y compris lignocellulosique. Le procédé suit les mêmes étapes que celles destinées à la production d'éthanol cellulosique. En revanche, le rendement et la productivité de la fermentation sont plus faibles et le coût de la distillation beaucoup plus élevé.
Certains sucres contenus dans les hémicelluloses peuvent être transformés en butanol. Ce dernier aspect est étudié par IFPEN dans le cadre du projet européen Biosynergy, qui recherche les meilleures valorisations possibles des coproduits, s'inscrivant ainsi dans un concept de bioraffinerie.

Carburants à partir d'algues

Certaines microalgues sont capables de synthétiser des lipides ou des hydrocarbures à partir du CO₂ avec une productivité potentiellement supérieure à celle des plantes oléagineuses.
Ce sont de véritables usines chimiques utilisant l'énergie solaire, dont la maîtrise et l'amélioration du potentiel nécessite :

• la sélection biologique et l'étude des cultures,
• une optimisation des étapes de séparation et de transformation des huiles et hydrocarbures.

IFPEN participe à des travaux d'analyse de cycle de vie et d'évaluation des impacts environnementaux de cette filière en devenir.

+ Axe de recherche > Energies renouvelables > Carburants ex biomasse
+ Axe de recherche > Procédés éco-efficients