Biocarburants : potentiel et perspectives

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1 Énergies renouvelables Production éco-responsable Transports innovants Procédés éco-efficients Ressources durables Biocarburants : potentiel et perspectives Dr. Xavier Montagne IFPEN Montagne, Idées, groupe Biomasse, mars 2013

2 Le contexte énergétique Maîtrise de la demande en énergie Doublement possible à l'horizon 2050 de la demande sous l'effet des pays émergents Diversification du bouquet énergétique Effervescence de la R&D dans le domaine de l'énergie Maîtrise des moyens de transport et de stockage de l'énergie 2

3 Les énergies renouvelables en France 3

4 Contexte énergétique : Les enjeux du secteur des transports Réduire la dépendance énergétique vis à vis du pétrole Réduire la pollution globale : gaz à effet de serre (CO 2, CH4, N2O) Réduire la pollution locale : CO, HC, NO x, fines particules, O 3 Réduire les nuisances : bruit,... dans des conditions économiques acceptables Quels impacts sur les technologies et sur le mix énergétique 4

5 Carburants : Consommation mondiale Consommation mondiale de carburant dans le secteur routier 36.2% 5 En 2009, la consommation de carburants pour le transport dépend du pétrole pour 94% represente 50 % de la consommation pétrolière représente environ 20 % de la consommation d'énergie Sources: KBC, IFPEN, NGVA 57.6% 2.9% 6.2% 1.3% 2.0% Essence Diesel Biocarburants GPL GNV

6 Principales filières de production de biocarburants (actuelles et en développement) G1 EMHA,EEHV,EMHV Hydrogénation Ethanol/ETBE G2 6 Algues G3 Mélange aux gazoles, aux jet Fuels Hydrocarbures

7 Principal atout de la biomasse : la photosynthèse Source : Panorama IFP 2010 Croissance de la biomasse = Photosynthèse 7

8 Biomasse et énergie Ressources agricoles Biocarburants de première génération Bois et déchets végétaux Production de chaleur / électricité Méthanisation et Méthanation Biocarburants de seconde génération, Pyrolyse Microorganismes µalgues levures Transformation chimique : de la biomasse et des biocarburants 8

9 Biomasse et biocarburants Bois et déchets végétaux : filière de seconde génération Ressource qui n'est pas en compétition directe avec l'alimentaire Gisement de biomasse et coût d'accès Approche technologique de valorisation plus ouverte mais plus compliquée Traitement biochimique Traitement thermochimique Pyrolyse Bien prendre en compte les changements d affectation des sols (directs et indirects) 9

10 De nouvelles technologies pour un autre type de ressources: la lignocellulose Les ressources : la biomasse actuellement mobilisable Les résidus agricoles Les résidus forestiers Résidus de culture Surplus de taillis surplus de paille Issu de silo chaume de maïs bagasse de canne àsucre Rémanents et bois de rebut 10

11 De nouvelles technologies pour un autre type de ressources: la lignocellulose Les ressources : les cultures dédiées expérimentées Cultures annuelles plantes entières Pérennes à forte productivité Triticale TCR Sorgho sucre & sorgho fibre Miscanthus 11 TCR de Saule TCR de Peuplier Fétuque élevée Switchgrass

12 La BLNC par rapport aux ressources G1 Productivité Tep carburant à l'ha plus élevée Coût plus faible de la biomasse Moins d'intrants et d'énergie à la culture durée de cycle plus long => bilan GES plus favorable ; moins d impact sur les ressources en eau. Pas de compétition directe avec l'alimentaire Gisement mondial beaucoup plus important (1 à 1,5 GTep*) 12 Toujours en phase R&D Démonstration Coûts carburants plus élevés Ressources BLNC en compétition avec les autres usages énergétiques : chaleur, énergie * Tous usages énergétiques confondus, hors bois de chauffe traditionnel.

13 Voie de conversion de la lignocellulose Température ( o C) Gaz de synthèse (CO, H 2,CO 2,CH 4 ) Gazéification Synthèse Fischer-Tropsch d'hydrocarbures (PCS hydrocarbures 44 MJ / kg 4 ) (oxygène : %pds 1 ) (PCS : MJ / kg 1 ) 500 Pyrolyse rapide (PCS huile de pyrolyse 20 MJ / kg 1 ) Liquéfaction Thermo-chimique Liquéfaction en solvant sous pression (eau 2, alcools, acide formique 3 + sels) Upgrading 300 Mise en œuvre catalytique 13 < 100 Extraction des sucres fermentiscibles Quelles sont les réactions pertinentes à catalyser? Voie Biochimique Fermentation alcoolique Bioéthanol (PCS éthanol 30 MJ / kg 1 ) [Huber et al., 2006] [Goudriaan et al., 2000] [Kleinert et al., 2008] 4 [Norton et al., 1998]

14 Les nouvelles filières : générations 2 Gazéification : CO+H2 biocarburants synthétiques 14 Lignine Cellulose Hemicellulose Sucre : hydrolyses enzymatiques et fermentation (ethanol)

15 15

16 COPRODUITS AGRICOLES ET FORESTIERS RESIDUS BIOMASSE DEDIEE PRETRAITEMENT BIOMASSE PRETRAITEE LE PROCEDE BACTERIES CHAMPIGNONS ENZYMES DISTILLATION HYDROLYSE ENZYMATIQUE SUBSTRAT FERMENTESCIBLE ETHANOL FERMENTATION LEVURES 16

17 G2 : filière éthanol et alcools supérieurs Principaux verrous Cout de l éthanol Prétraitement de la biomasse Enzymes Conversion des sucres en C5 Valorisation des co-produits.; Disponibilité de la ressouirces Intégration : bioraffinerie Vers le Biobutanol 17

18 Le projet FUTUROL Budget : 74 M avec un soutien d'oséo 11 partenaires ACTEURS ACTEURS R&D INDUSTRIELS ACTEURS FINANCIERS Initié et labellisé par le pôle de compétitivité Industrie et Agro Ressources (IAR) Porté par la société Procéthol-2G 18

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22 Biodiesel et biokérosène G2 projet BioTfueL 22

23 Projet BioTfuel : les partenaires 23

24 Les unités de démonstration du projet BioTfueL: Unités multi-échelles pour obtenir les données permettant l'extrapolation à grande échelle valider différents schémas et configurations d'unité Torréfaction Torrefaction Gazéifieur Gasifier WGS AGR FT Demonstration 3 t/h Sofiproteol Compiègne Unité multi-échelles Multiple scale Demo plants Lab o FT 15 ccc MW th Nm 3 /h l Etablissement des Flandres Total RM Dunkerque France France 24

26 Introduction des biocarburants Algues? Cultures lignocellulose dédiées Autres voies (pyrolyse, APR, Butanol...)? 26 G1 G2 déchets lignocellulosiques amidon, sucre, huiles Biodiesel EtOH BXTL (gazéification) EtOH cellulosique Biokéros rosène ex huile

27 Biocarburants critères de durabilité UE Carburant fossile conventionnel Dès Réduction des émissions de CO2 Dès Après % de GES émis pour un biocarburant par rapport à la référence fossile [1] Directive 2009/28/CE DU PARLEMENT EUROPÉEN ET DU CONSEIL du 23 avril 2009 relative à la promotion de l utilisation de l énergie produite à partir de sources renouvelables et modifiant puis abrogeant les directives 2001/77/CE et 2003/30/CE

28 Emission GES des filières G1 WTW GHG emission assessments of existing biofuels pathways (G1) Source : Directive 2009/28/EC on the promotion of the use of energy from renewable sources Detailed typical values Cultivation Transport & distribution steps Processing HVO - Palm oil (process not specified) HVO - Rape seed FAME - Waste vegetable or animal oil Min saving = 60% * Min saving = 50% * Min saving = 35% * FAME - Palm oil (process w ith CH4 capture at oil mill) FAME - Palm oil (process not specified) FAME - Soybean FAME - Sunflow er FAME - Rape seed ETHANOL - Sugar cane 28 ETHANOL - Corn EU (NG as f uel in CHP plant) ETHANOL - Wheat (straw as fuel in CHP plant) ETHANOL - Wheat (NG as fuel in CHP plant) ETHANOL - Wheat (lignite as fuel in CHP plant) ETHANOL - Sugar beet * Compared to reference fossil fuel chain = 83,8 gco2eq/mj gco 2eq / MJ of fuel *changement indirect d usage des sols : g CO2/MJ éthanol, 55 g CO2/MJ pour l huile.

29 Emission GES des filières G2 Well to wheel GHG assessments of lignocellulosic biofuels pathways Source: Europeean Energy Directive Detailed typical values and agregated default values Resource cultivation Transportation steps Conversion Default values METHANOL - SRC METHANOL - wood residues Gain min = 60% Gain min = 50% Gain min = 35% DME - SRC DME - wood residues Diesel FT - SRC Diesel FT - wood residues ETHANOL - SRC ETHANOL - wood residues ETHANOL - wheat straw g CO2eq/ MJ fuel 29

30 CONCLUSIONS (1) : biocarburants : de la G1 à la G3 Les biocarburants ont la capacité de réduire les émissions de CO2 des transports améliorer l'indépendance énergétique La 1 ère génération est une réalité industrielle qui répond à ces questions mais elle plafonne en capacités et performances La 2 ème génération est en préparation et permettra de compléter significativement l'offre à partir de

31 CONCLUSIONS (2) biocarburants : de la G1 à la G3 La 3 ème génération n'a pas encore montré son potentiel pour une production de carburants mais pourrait permettre d'atteindre des productivités plus élevées De nouvelles approches de transformation de la biomasse conduiront à élargir les possibilités pour la production d'énergie mais aussi pour la chimie, les matériaux, 31