Carburants ex biomasse

Des biocarburants d'aujourd'hui...

Une 1^re génération de biocarburants est actuellement disponible à la pompe, mélangée à l'essence et au diesel à des taux variables. Elle regroupe deux grandes familles :

• le biodiesel, destiné aux moteurs diesel et fabriqué à partir de plantes contenant de l'huile (colza, tournesol, soja, palme),
• l'éthanol, alcool produit par fermentation du sucre ou de l'amidon contenus dans la biomasse végétale, utilisé pour les moteurs à essence.

IFP Energies nouvelles a été pionnier dans le développement de ces biocarburants de 1^re génération. Il est ainsi à l'origine du procédé Esterfip-H^TM , commercialisé par Axens et permettant la production de biodiesel.
IFP Energies nouvelles travaille également sur l'hydrogénation des huiles végétales (Hydrotreated vegetable oil ou HVO). Les carburants issus de cette technologie ont d'excellentes qualités pour les motorisations diesel : indice de cétane élevé, absence de soufre et d'hydrocarbures aromatiques, propriétés à froid ajustables. Ce procédé a été mis sur le marché par Axens en 2011 sous l'appellation Vegan^TM. Il permet de produire une base pour kérosène, incorporable jusqu'à 50 %.

... à la 2^e génération à partir de biomasse lignocellulosique ...

Les biocarburants de 2^e génération sont issus de la transformation de l'intégralité de la plante, et en particulier de la lignocellulose, principal constituant de la paroi des végétaux. Cette ressource est disponible en grande quantité sous diverses formes : bois, paille, foin, déchets forestiers, etc. L'un de ses principaux intérêts est qu'elle n'entre pas en concurrence avec les usages alimentaires.
L'objectif des filières de 2^e génération est de produire des carburants utilisables avec les essences, le diesel et le kérosène. Deux voies sont principalement étudiées : la conversion biochimique et la conversion thermochimique.

Conversion biochimique

La conversion biochimique permet de transformer de la biomasse en éthanol. Les travaux d'IFP Energies nouvelles visent à développer de nouveaux procédés pour chacune des étapes de la filière : prétraitement pour libérer les sucres complexes, hydrolyse enzymatique pour transformer les sucres complexes en sucres simples facilement fermentescibles, fermentation par des micro-organismes (levures) pour transformer les sucres simples en éthanol, 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 carburant.

IFP Energies nouvelles met son expertise au service du projet de démonstrateur Futurol. Lancé en 2008, Futurol doit aboutir, en 2016, à une chaîne complète de production de bioéthanol de 2e génération à partir de plantes entières. Il vise la mise sur le marché d'un procédé, de technologies et de produits optimisés sur le plan de l'efficacité énergétique, permettant de produire du bioéthanol dans une logique de développement durable. Une étape importante a été franchie en 2011, avec la mise en service d'une usine pilote. Les différents verrous technologiques qu'il reste encore à lever concernent notamment le prétraitement de la biomasse, la production d'enzymes et la valorisation des coproduits. IFP Energies nouvelles est un contributeur majeur à Futurol, auquel il apporte son expertise dans les domaines du développement de procédés, des biotechnologies et de l'analyse technico-économique et de cycle de vie.

Conversion thermochimique

La deuxième voie étudiée par IFP Energies nouvelles est la filière thermochimique, ou BtL (Biomass to Liquids). Il s'agit de conditionner la biomasse, de la gazéifier, de purifier le gaz de synthèse obtenu, puis de procéder à une synthèse Fischer-Tropsch pour transformer le gaz en biodiesel et biokérosène de très haute qualité.

Le projet de démonstration BioTfueL, lancé en 2010, comprend toutes ces étapes. Soutenu par le Fonds démonstrateur de l'Ademe et par la région Picardie, le projet doit permettre de tester, valider et optimiser les technologies de développement d'une chaîne de production de biodiesel et de biokérosène d'ici à 2017. Il rassemble un consortium de six partenaires (Axens, CEA, IFP Energies nouvelles, Sofiprotéol, ThyssenKrupp Uhde et Total) qui ont décidé de lancer la construction de deux pilotes de production avant de passer à l'échelle industrielle en 2020.

Biokérosène

Le biokérosène doit respecter des normes internationales et répondre à des contraintes très strictes, auxquelles répondent le kérosène issu de la filière BtL et celui produit par le procédé HVO. Ces contraintes concernent la disponibilité du biokérosène en grande quantité, mais aussi sa capacité à supporter sans dégradation des changements importants de température (de - 60°C en altitude à + 50°C sur le tarmac) et de pression.
L'ASTM (American Society for Testing and Materials) a d'ores et déjà validé la possibilité d'utiliser ce biokérosène en mélange avec le kérosène d'origine fossile, d'où la notion de carburant alternatif drop-in, pouvant être incorporé en toutes proportions dans un moteur d'avion conventionnel sans perturber les propriétés du carburant.
Avec les industriels du secteur, la Communauté européenne s'est fixé comme objectif une production de 2 Mt de biokérosène à l'horizon 2020. Pour l'heure, quelques vols ont déjà eu lieu avec des mélanges de kérosène et de carburants alternatifs.

Vers une 3^e génération à partir d'algues

On désigne sous l'appellation 3^e génération les biocarburants pouvant être fabriqués à partir de biomasse algale autotrophe, c'est-à-dire utilisant la photosynthèse par opposition à l'hétérotrophie ui demande un apport de carbone externe comme le sucre. Certaines espèces de microalgues peuvent en effet accumuler le CO₂ de la photosynthèse sous forme de lipides, dont la teneur peut atteindre jusqu'à 30 % de matière sèche.

De nombreux verrous limitent la viabilité économique et environnementale de la filière de production de carburants à partir de microalgues : coût de production, consommation énergétique, rendement, procédures de récolte, contenu CO₂ , etc. Des analyses ont montré que les bilans environnementaux et énergétiques représentent des enjeux majeurs. En effet, pour assurer la viabilité économique de la filière, il faut réduire fortement les consommations d'énergie sur l'ensemble de la chaîne. De nombreux progrès apparaissent nécessaires pour développer le processus de production à grande échelle et réduire les coûts (estimés actuellement à plus de 300 $ le baril).
En revanche, la production de produits à haute valeur ajoutée (oméga 3, caroténoïdes, etc.) semble plus adaptée à l'économie de cette filière. Dans ce contexte, une coproduction d'huiles à finalité carburant pourrait trouver sa place, mais le volume maximal produit sera forcément marginal par rapport à la demande en biocarburants.

Évaluer la performance de ces filières

Pour évaluer leurs performances environnementales qui conditionnent leur viabilité, les différentes filières de production de biocarburants doivent être étudiées de façon globale : c'est-à-dire en intégrant l'ensemble des étapes qui les constituent . C'est l'objet des analyses de cycle de vie (ACV), dont IFP Energies nouvelles s'est fait une spécialité.
Ces méthodes sont devenues une référence et sont notamment utilisées dans la définition des politiques européennes et américaines sur la durabilité des filières énergies renouvelables. Jusqu'alors souvent limitées à l'évaluation des bilans de gaz à effet de serre, ces évaluations font aujourd'hui l'objet de développements pour élargir l'analyse à d'autres impacts environnementaux (liés à la ressource en eau, aux émissions d'autres polluants, etc.).

Voir aussi
+ Développement industriel > Carburants alternatifs
+ Les biocarburants s'appuient sur le champignon, par Antoine Margeot et Frédéric Monot
+ Biocarburants 2e génération : améliorer l'efficacité de la désulfurisation du gaz de synthèse, par David Chiche

Liens
> site web Axens
> site web Futurol