Utilisation des biocarburants dans l automobile

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1 Journées Thématiques GFC "Bio-combustibles / bio-carburants" Utilisation des biocarburants dans l automobile Gladys Moréac Direction des Technologies Automobiles Avancées, RENAULT

2 Utilisation des biocarburants dans l automobile Plan de la présentation Les contextes écologique et économique Les cycles de vie Les biocarburants actuels et futurs Ex. de biocarburants: E85 Ex. de biocarburants: B30 Les engagements des constructeurs Quel avenir pour les biocarburants dans l automobile? 2

3 Les contextes écologique et économique 3

4 Le contexte écologique Changements climatiques Qualité de l air Santé publique Déchets Ressources Naturelles 4

5 Le contexte économique Réglementations Compétition internationale Qualité/prix des carburants Coût de la matière première 5

6 Les réglementations Protocole de Kyoto (16 février 2005) Réduction de 5.2% des émissions des gaz à effets de serre (GES) d ici 2012 par rapport aux émissions en 1990 dans les 35 pays industrialisés signataires Dans le cadre de ce protocole, l Union Européenne s est engagée à réduire ses émissions de GES de 8% sur la période de par rapport aux émissions en 1990 Institutions clés Commission européenne EUCAR (European Council for automotive R&D) CONCAWE (Conservation of clean air and water in Europe) JRC (Joint Research Committee) 6

7 Biocarburants: une alternative aux carburants conventionnels? December 2006 $61/barrel Prix de l énergie Changements climat + CO 2 Intérêt du consommateur Low CO 2 emissions Less than or equal to 100 g/km Consommation Diversification de l énergie Mais il reste des suspicions (déforestation, utilisation d eau, compétition énergie vs nourriture ) from 101 to 120 g/km from 121 to 1140 g/km from 141 to 160 g/km from 161 to 200 g/km from 201 to 250 g/km more than 200 g/km High CO 2 emissions Émissions CO 2 7

8 Road Map carburants en Europe (CARS21) Reduced WTW CO2 Emissions Reduced oil consumption / dependancy Hydrogen improved conventional fuels Advanced biofuels (blend &neat) LPG natural gas Diesel Synthetic BtL / Gasoline Ligno-cellulosic EtOH Synthetic GtL fuels blending of renewable fuels Today Medium Longterm 8

9 Les cycles de vie 9

10 Les analyses de cycle de vie Besoin d outil général de comparaison des émissions par les différents type de véhicules prenant en compte les émissions et la consommation d énergie lors de l utilisation du carburant mais également lors de sa fabrication. WtT: Well-to-Tank (du puits au réservoir) TtW: Tank-to-Wheel (du réservoir à la roue) WtW: Well-to-Wheel (du puits à la roue) 10

11 Ex. calcul WtT pour les biocarburants Production: Type: Emissions: Transport: Type: Emissions: Culture de végétaux Emission d engrais comme P, N Camion Combustion de gazole Raffinage, Transformation Emissions: Combustion de GN et utilisation de l électricité Distribution Type: Emissions: Camion, barge, trains Utilisation d électricité, combustion de fioul Ex. calcul TtW pour les biocarburants Emissions: La consommation de carburant (MJ/100km) émissions des GES des véhicules (g CO2eq/km) 11

12 Les biocarburants actuels et futurs 12

13 Glossaire Appellations Définition Commentaires Biocarburants Biodiesel EMHV EMAG Terme générique regroupant les filières éthanol et biodiesel Filière issue de toutes plantes (colza, tournesol, soja, palme, ) et des matières grasses animales Ester Méthylique d huile végétale Ester Méthylique d Acides Gras Pour mémoire : Éthanol = incorporation à l essence Biodiesel = incorporation au diesel Appellation européenne. Appellation plus large : Bxx (xx = % d incorporation de biodiesel dans le gazole. B100 = biodiesel pur Appellation utilisée au niveau des douanes. Appellation utilisée dans la littérature. Dénomination chimique du produit. Appellation utilisée au niveau de la norme EN14214 Diester = B100 Marque déposée par la société «Sofiproteol» 13

14 Utilisation des biocarburants dans l automobile Les biocarburants actuels Moteur à allumage commandé E10, E85, E100, DME, ETBE Moteur à allumage par compression B5, B10, B30, B100 (?) NexBtL Les biocarburants de demain Ethanol lignocellulosique Biomass to Liquid : BtL Gas to Liquid : GtL Coal to Liquid : CtL 14

15 Le carburant BIOETHANOL 15

16 Bio éthanol dans le monde Europe < 10% (2008?) Incorporation du bioéthanol dans l essence Canada Sweden Japan < 3% (2004) USA Colombia Cuba < 5% Venezuela 10% (2005) Ethiopia Kenya China Thailand Thailand 10% (2007) Philippines Situation actuelle Brazil Zambia Malawi India 10% (2006-7) < 5% ethanol < 10% ethanol < 20% ethanol Paraguay Argentina < 5% South Africa Australia 20 à 26% ethanol New Zealand E85, E100 (FFV) 16

17 Potentiel production de bioéthanol en France Horizon 2008 TEREOS Lillebonne (76) Céréales Projet = 220 kt TEREOS Origny (02) Betterave Céréales Projet = 105 kt SOUFFLET Nogent sur Seine (10) Céréales Projet = 160 kt CRISTAL UNION Bazancourt (51) Betterave - Céréales Projet = 280 kt ROQUETTE Beinheim (68) Céréales Projet = 160 kt AB BIOENERGY Lacq (64) Céréales - Alcool vinique Projet = 180 kt Capacité industrielle visée e : tonnes (Source : SNPAA) 17

18 En usage carburant, le bioéthanol peut-être : Mélangé à l essence sous forme d ETBE (éthyl-tertiobutyl-éther) après association avec de l isobutylène (produit de raffinage du pétrole) Ethanol + Isobutylène ETBE (C 4 H 9 -O-C 2 H 5 ) 47 % 53 % 100 % (volume) La norme européenne EN228 fixe un maximum d incorporation de 15% en volume pour l ETBE (soit 7% en bioéthanol) Quatre unités de production en France : Total Feyzin, Gonfreville l Orcher, Dunkerque & Lyondell Fos sur Mer Mélangé dans des bases essence à «basse volatilité» fabriquées à cet usage (dites «bases essences à éthanoler») Une essence contenant xx % de bioéthanol en volume est commercialement appelée Exx (exemple : E10 si 10% d incorporation en volume) La norme européenne EN228 fixe un maximum d incorporation 5% en volume pour le bioéthanol 18

19 Principaux carburants E85 E85 appellation «commerciale» d une essence contenant 85 % de bioéthanol en volume Comparaison des qualités à l international Des produits différents selon leur origine Propriétés E100 Brésil E85 USA E85 Suède (11/05) Teneur en bioéthanol (% vol.) 92 % Classe 1 : 79 % min. (été) Classe 2 : 74 % min Classe 3 : 70 % min. (hiver). 86 % environ Tension de vapeur (kpa) 15 Classe 1 : (été) Classe 2 : Classe 3 : (hiver). 35 (hiver) PCI (MJ/kg) 24,4 > E85 Suède 29,9 Densité

20 Principales caractéristiques E85 Comparaison E85 commercialisé en Suède - Essence SP95 Pas de spécification européenne pour le E85 E85 Suède répondant aux spécifications SEKAB («Svensk Ethanol Kemi AB») Propriétés Teneur en bioéthanol (% vol.) Indice d octane Tension de vapeur (volatilité en kpa) PCI (MJ/kg) AFR Essence SP95 0 à 5 % RON min. = 95 MON min. = (été) (hiver) 43 14,7 E85 Suède (11/05) 86,4 % RON > 100 MON = 91 34,7 29,9 9,7 Densité (Source : UET Carburant Renault) 20

21 Orientations politiques en France - Rappel dates-clés Depuis 1992 : Exonération partielle de la TIPP (TIC) concernant les biocarburants incorporés à l essence (bioéthanol direct) 2005, 37 /hl (38 si utilisation dans ETBE) 2006, 33 /hl Décembre 2004 : Instauration d un prélèvement supplémentaire de la TGAP (Taxe Générale sur les Activités Polluantes - particularité française) pour les distributeurs de carburants ne respectant pas les niveaux réglementaires d incorporation de biocarburants (taux fixés dans la loi de finance 2006) : 2005, 1,20 % 2007, 3,50 % 2008, 5,75 % 2010, 7,00 % (taxe applicable de 02/06 à 05/06 : 800 /m 3 ) Septembre 2005 : Plan «Villepin» - Consommation de bioéthanol fixée à (loi d orientation agricole 2006) : Taux définis par la directive européenne 2008, 5,75 % (en PCI) du total n 2003/30/CE 2010, 7 % (en PCI) du total 2005, 2,00 % (en PCI) du total 2015, 10 % (en PCI) du total. 2008, 4,25 % (en PCI) du total 2010, 5,75 % (en PCI) du total PCI = Pouvoir Calorifique Inférieur exprimé en MJ/kg 21

22 Intérêt du bioéthanol Des enjeux environnementaux mais aussi économiques, industriels et politiques Forces Substitut (partiel) à l essence (indépendance énergétique) Bilan CO2 favorable («du puit à la roue») Énergie renouvelable Disponibilité des matières premières Opportunités Protocole de Kyoto Volontés et engagements politiques Externalités positives (emplois, PAC, ) Image «environnement» Faiblesses Coût de production Impact véhicule et prestations client Disponibilité des matière premières versus disponibilité des terres agricoles Transport du bioéthanol/pipelines Diésélisation du marché Europe Menaces Rentabilités des filières industrielles liées au cours du brut et à des mécanismes d incitations fiscales Qualité/normes du produit Pas de politique européenne Stratégie des pétroliers 22

23 Impacts E85 sur la conception véhicule Système d injection Impact sur dessin et matériaux injecteurs Nouvelle calibration & nouveaux réglages sonde lambda Compatibilité matériaux y compris polymères Moteur Modification du taux de compression Nouveau dessin de l arbre à came Modification matériaux soupapes et sièges de soupape Réservoir à carburant Compatibilité matériaux y compris polymères Pompe et circuit à carburant Compatibilité matériaux y compris polymères Augmentation pression carburant Filtre à carburant Compatibilité matériaux y compris polymères Modification caractéristiques matériau filtrant Démarrage Système d aide au démarrage à froid Pot d échappement Compatibilité matériaux Compatibilité avec des taux de vapeur élevés Pot catalytique Impact définition technique 23

24 Ex. de véhicules fonctionnant au carburant E85 RENAULT 2 L Laguna III 1.6 L Mégane Berline / Mégane Estate /Kangoo 1.2 L Clio III / Twingo / Modus 50 % des véhicules à moteurs essence proposés à la vente en Europe en 2009 pourront fonctionner avec un mélange d essence et d éthanol PSA 1,6 L L C4 Bioflex FORD (commercialisation depuis 2001) Ford Focus & Ford Focus C-Max 1.8 bioflex VOLVO S F flexiflex V F flexiflex 24

25 Le carburant BIODIESEL 25

26 Esters méthyliques d huiles végétales (EMHV) Carte d'implantation des sites de «trituration» en France (carte à l'horizon 2008) Dieppe Metz Rouen Gennevilliers Compiègne Brest Nogent/Seine Saint Nazaire Lezoux Bordeaux Béziers Sète (source : Énergie & développement durable magazine) 26

27 Esters méthyliques d huiles végétales Carte d'implantation des sites de «Diester Industrie» et des volumes de production et d'importation de gazole en France (carte à l'horizon ) *Coudekerque (DI) tonnes Grand-Couronne (DI) tonnes *Grand-Couronne 2 (DI) tonnes Compiègne (DI) tonnes Compiègne 2 (DI) tonnes Metz Gennevilliers Le Mériot (DI) tonnes (2007) Montoir / Saint-Nazaire (DI) tonnes (2007) *Bordeaux/Bassens (DI) tonnes Bordeaux/Bassens Basse-Seine Grand Est Production + importation Gazole 12 Mt 3,5 Mt Flandres 2,5 Mt Boussens (travail à façon pour DI) tonnes Sète (DI) tonnes Façade Atlantique Etang de Berre 7 Mt 8 Mt raffineries dépôts site de production de Diester *Ville (DI) tonnes site sous réserve des agréments Dépôts biodiesel Total (source Diester Industrie) 27

28 Production de biodiesel (EMHV) en Europe (EU 25) Milliers de tonnes Allemagne France Italie Rép. Tchèque Pologne Autriche Slovaquie Espagne Danemark + 39 % (source European Biodiesel Board) + 60 % Total : t Total : t 750 UK + 35 % Total : t 500 Total : t

29 Esters méthyliques d huiles végétales Orientations politiques en France - Rappel dates-clés Depuis 1992 : Exonération partielle de la TIPP (TIC) concernant les biocarburants incorporés au gazole ou au fioul domestique : 1992, 40 /hl 2005, 33 /hl 2006, 24 /hl 2007, 20 /hl? Décembre 2004 : Instauration d un prélèvement supplémentaire de la TGAP (Taxe Générale sur les Activités Polluantes particularité française) pour les distributeurs de carburants ne respectant pas les niveaux réglementaires d incorporation de biocarburants (taux fixés dans la loi de finance 2006) : 2005, 1,20 % (~ ) 2007, 3,00 % 2008, 5,75 % 2010, 7,00 % (Taxe applicable de 02/06 à 05/06 : 766 /m 3 ) Septembre 2005 : Plan «Villepin»-Consommation de biodiesel fixée à(loi d orientation agricole 2006) : Taux définis par la directive européenne 2008, 5,75 % (en PCI) du total 6,3 % en volume n 2003/30/CE 2010, 7 % (en PCI) du total 7,6 % en volume 2005, 2,00 % (en PCI) du total 2015, 10 % (en PCI) du total. 2008, 4,25 % (en PCI) du total 2010, 5,75 % (en PCI) du total PCI = Pouvoir Calorifique Inférieur exprimé en MJ/kg 29

30 Intérêt des EMVH Des enjeux environnementaux mais aussi économiques, industriels et politiques Forces Substitut (partiel) au gazole (indépendance énergétique) facile d utilisation Bilan CO2 favorable («du puit à la roue») Énergie renouvelable Opportunités Protocole de Kyoto Volontés et engagements politiques Externalités positives (emplois, PAC, ) Image «environnement» Faiblesses Coût de production Disponibilité des ressources limitée (production matière premières versus disponibilité des terres agricoles) Menaces Rentabilités des filières industrielles liées au cours du brut et à des mécanismes d incitations fiscales Qualité/normes du produit Pas de politique européenne Stratégie des pétroliers 30

31 Conséquences potentielles d une utilisation directe : Altération profonde des systèmes de combustion due à la formation de dépôts Dégradation des performances Dégradation de la qualité des émissions Augmentation des émissions sonores A basse température, problèmes de démarrage à froid Risque de dilution du lubrifiant moteur Instabilité du carburant (source IFP) Les huiles végétales brutes sont donc IMPROPRES à un usage direct dans un moteur diesel moderne 31

32 Impact du B30 sur le véhicule Température de filtrabilité et au Point de trouble Démarrage à froid Résistance à l oxydation et à la stabilité thermique Dépôts (fiabilité du système d injection) Grippage des pièces en contact Colmatage du filtre à gazole Compatibilité avec les matériaux (y compris polymères) Teneur en eau - Limite de solubilité Corrosion et usure des pièces en contact Instabilité voire non démarrage Non respect des normes de dépollution Fiabilité/durabilité des systèmes de post-traitement 32

33 Impact du B30 sur le véhicule Les trois grandes fonctions impactées par l utilisation du biodiesel (B30) Circuit à carburant Moteur Ligne d échappement 33

34 Ex. de véhicules fonctionnant au B30 RENAULT 2 L Traffic 2.5 L Master 1.5 L Logan Eco² (concept) Tous les moteurs diesel de la gamme seront en 2009 capables de fonctionner avec un taux de 30 % de diester. PSA 307 Hybride HDi B30 Tous les moteurs diesel de la gamme sont compatibles B30 34

35 L utilisation des biocarburants dans l automobile: l engagement des constructeurs 35

36 RENAULT CONTRAT 2009 Engagement qualité et prestations technologiques 50 % des véhicules à moteurs essence proposés à la vente en Europe en 2009 pourront fonctionner avec un mélange d essence et d éthanol. Tous les moteurs diesel de la gamme seront à la même date capables de fonctionner avec un taux de 30 % de diester (*). (*) Le diester est un carburant obtenu à partir d huile végétale ou animale «C. Ghosn - février 06» 36

37 Charte «Renault ECO²» Un véhicule signé «Renault ECO²» répond à trois critères: - il est fabriqué dans une usine certifiée ISO 14001, - il émet moins de 140g CO2/km ou fonctionne avec des biocarburants, - il est valorisable à 95 % en fin de vie et comporte au moins 5 % de matière plastique issue du recyclage. Aujourd hui, 40% des versions de la gamme Renault reçoivent déjà la signature Renault eco2. 37

38 Quel avenir pour les biocarburants dans l automobile? 38

39 Contexte du marché Français des carburants Evolution du Marché des Carburants Millions de tonnes / an Gazole : + 40% en 10 ans Essences : - 25% en 10 ans Prévisions Essences Gazole (source UFIP) 39

40 Conclusions Les carburants conventionnels sous forme liquide sont encore disponibles Besoin d adaptation des motorisations actuelles aux nouveaux carburants (XtL) afin de répondre aux réglementations sur les émissions de CO 2 et autres GES. Adaptation des motorisations aux combustions non conventionnelles (HCCI, CAI ) Plusieurs filières de production de biocarburants s offrent à nous mais doivent être examinées en tenant compte des cycles de vie tels que le WtW et également ne pas entrer en compétition avec une agriculture vivrière. 40

41 Merci de votre attention 41