Les biocarburants Fabien Volle Double Module Développement Durable 2012 Perspectives de développement Intérêts environnementaux Enjeux économiques Filières
Sommaire Contexte énergétique et réglementaire Les biocarburants aujourd'hui : marchés, bilan Les biocarburants de 2ième génération : voies de transformation La 3ième génération de biocarburant : algues... 2
Introduction Biocarburant Biomasse Bioénergie Biocarburant : Un combustible liquide ou gazeux utilisé pour le transport et produit à partir de la biomasse [agrocarburant = biocarburant issu de cultures agricoles] Biomasse : Dans le domaine de l'énergie, la biomasse regroupe «la fraction biodégradable des produits, déchets et résidus provenant de l agriculture, y compris les substances végétales et animales, de la sylviculture et des industries connexes ainsi que la fraction biodégradable des déchets industriels et ménagers» (art. 29 de la loi 2005-781, POPE) Bioénergie : ensemble des valorisations énergétiques possibles de la biomasse : combustible chaleur (ex. le bois énergie), électricité (ex. le biogaz issus des effluents d élevages), carburant (ex. l ester de colza) 3
Introduction Biomasse = source d énergie renouvelable Énergie solaire CO 2 Eau Minéraux Photosynthèse Végétal = biomasse La biomasse agricole est une forme de stockage de l énergie solaire sous forme d amidon, de cellulose, de protéines, de matières grasses donc une énergie renouvelable «rapidement» 1t de biomasse de type bois à 35% d humidité 1m 3 3MWh 0,25 tep 4
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Contexte Des enjeux essentiels pour notre pays Economiques : une ressource fiable et de valeur Hausse du cours du pétrole Augmentation du coût de la facture énergétique et des importations Développement de filières valorisation de la biomasse Géopolitiques : une contribution à l autonomie énergétique Sources d énergie situées dans des zones isolées/instables Allier énergie bio-sourcée à d autres formes d énergies renouvelables Nécessite maîtrise de la consommation et de l efficacité énergétique Aménagement du territoire, emploi, développement local / rural Valorisation des productions difficiles en raison de la concurrence : une nouvelle voie de valorisation serait donc bénéfique Production et valorisation à peu de distance l une de l autre 6
Contexte Demande en transports en forte croissance Transport de passagers Transport de marchandises Trillion (1012) de Passager-km/An +62% Trillion (1012) de Tonne-km/An +131% +200% +100% Afrique Amérique Latine Moyen Orient Inde Autre Asie Chine Europe de l'est Ex-URSS OCDE Pacifique OCDE Europe OCDE Amérique du Nord Étude «The Sustainable Mobility Project», WBCSD, 2004 4 7
Contexte Enjeux des biocarburants Les biocarburants sont : Des débouchés non alimentaires pour la production agricole Des produits de substitution des carburants pétroliers Des possibilités de valoriser des déchets avec un produit à haute valeur ajoutée (biogaz biognv) Les biocarburants font partie : De la stratégie européenne d approvisionnement énergétique (Livre blanc de l UE) Des axes de développement pour la lutte contre les gaz à effet de serre (Protocole de Kyoto) De la stratégie nationale du développement de carburants de substitution (Plan Climat, Plan Biocarburant) 8
Contexte Enjeux énergétiques et environnementaux (GES) Balance énergétique: consommation 276 Mtep production 138 Mtep Importation énergie [50 %, 138 Mtep] 30% des importations pour les besoins de transports routiers Consommation d'énergie par secteur Part des émissions par secteur - Année 2004 Sidérurgie Industrie Résidentiel-Tertiaire Agriculture Transports Besoins internes Usage non énergétique 15Mtep 5% 6Mtep 2% 32Mtep 12% 99Mtep 37% 70Mtep 25% Source MINEFI 2005 transports 51Mtep 18% 3Mtep 1% Pétrole à 96% (50% conso mondiale) 71% gazole [29Mt] 29% essence [12Mt] Biocarburant 1% Entre parenthèses l évolution depuis 1990 [Source CITEPA 2005] 9
Contexte Des contraintes qu il faut gérer Concurrence entre «alimentaire» et «énergétique» Développement de cultures sur terres en jachères Diminution des exportations de denrées agricoles hors UE Réorientation d une partie des terres agricoles vers non-alimentaire Concurrence entre différentes utilisations du bois Equilibre jusqu à maintenant Augmentation des prix pour le bois «énergie» Diminution du stock de déchets utilisables pour le papier par ex. Développement et adaptation des filières Gestion des volumes Diversification des usages 10
Contexte Impacts environnementaux 11
Contexte Objectifs et stratégies Politiques visant à: Protéger la santé publique et l'environnement de produits toxiques et polluants respecter le protocole de Kyoto et maîtriser les émissions de gaz à effet de serre épargner et mieux utiliser l'énergie devenue chère et dont les ressources sont limitées 12
Contexte Stratégie adoptée - 2003/30/CE - 2003/96/CE loi POPE du 13/07/2005 Plan Biocarburants REGLEMENTAIRE ECONOMIQUE FISCAL Quotas CO2 R & D Défiscalisation 13
Contexte Réglementation européenne et française Directive européenne 2003/30/CE 2,00 % PCI fin 2005 5,75 % PCI en 2010 10,00 % PCI en 2020 La France s'impose: 5,75 % PCI en 2008 7,00 % PCI en 2010 10,00% PCI en 2015 Révision UE en 2008-09 20% énergie renouvelable en 2020 dont 10% pour le transport Critères de durabilité 14
Contexte Critères de durabilité en termes de GES Méthodologie de comptabilisation définie dans la Directive ( préconisation du prorata énergétique pour allouer les émissions aux produits et coproduits) Bilans GES des filières biocarburants existantes et futures en annexe de la Directive (ne tenant pas compte de changement d'usage des sols) Valeurs typiques Valeurs par défaut Seuils de réduction (vs. réf. fossile essence ou gazole) et échéances 35% minimum (dès mise en application pour nouvelles installations et à partir du 1er Avril 2013 pour installations existantes en janvier 2008) 50% minimum (à partir de 2017 pour installations existantes à cette date) 60% minimum (après 2017 pour nouvelles installations) 7 15
Contexte Loi POPE Loi du 13 Juillet 2005 fixant les orientations de la politique énergétique française Objectifs clés : Diminuer de 3 % par an en moyenne les émissions de gaz à effet de serre de la France. Baisser l intensité énergétique finale de 2 % par an dès 2015 et de 2,5 % d ici à 2030. Satisfaire, à l horizon 2010, 10 % de nos besoins énergétiques à partir de ressources renouvelables. Produire 21 % de la consommation d électricité à partir de ressources renouvelables à l horizon 2010. Augmenter de 50 % la production de chaleur d origine renouvelable d ici à 2010. Tenir les engagements européens "biocarburants" (5,75 % fin 2010 des carburants transports). Améliorer de 40 % les seuils de performance énergétique des bâtiments neufs d'ici 2020. Economiser l'importation d'au moins 10 millions de tonnes d équivalent pétrole en 2010 grâce à l apport de la biomasse pour la production de chaleur et de carburants. 16
Contexte Plans d action français Loi d orientation sur les énergies : augmentation de la part des Énergies Renouvelables Plan climat : économiser 52 millions de teco 2 /an jusqu en 2010 Plan Biocarburants : Réduction en 2010 de 7MteCO 2 comptabilisées dans le secteur des transports Avancée du calendrier biocarburant (5,75% en 2008; 7% en 2010; 10% en 2015) Évolution des normes sur le gazole et l essence, demande de révision au niveau européen Le développement de l incorporation directe d éthanol dans l essence Soutien au développement de nouveaux biocarburants Soutien au flex-fuel/ E85 dès 2006 à titre expérimental Maintien d une défiscalisation incitative, et d une TGAP dissuasive qui ne doit pas peser sur le consommateur Loi d Orientation Agricole: usage des huiles végétales pures limité au carburant agricole, pêche, flottes captives à titre expérimental 17
Contexte Les instruments d action A l échelle européenne Politique Agricole Communes : Jachère énergétique (10% de la surface agricole utile) Contrat «cultures énergétiques» A l échelle nationale Défiscalisation des biocarburants Adaptation de la TIC (Taxe Intérieure à la Consommation) Agréments de production, volumes limités TGAP sur tous les produits pétroliers Vendus sans biocarburant Grille d exonération (5.75% en 2010) Vers la création d un marché 18
Contexte Les instruments d action TGAP «Taxe Générale sur les Activités Polluantes» sur tous les produits pétroliers vendus sans biocarburant - Loi de finance 2005 article 32 Montant variable révisable tous les quadrimestres. Valeur juin 2005 : 74 /hl de gazole ; 86 /hl d essence Réduction de la taxe en fonction du taux PCI d incorporation de biocarburant Simulation juin 2005 (ct /l) Années Taux de PCI Vol équivalent ETBE Volume équivalent éthanol Volume équivalent EMHV gazole essence 2005 1.2 % 3.07 % 1.82 % 1.31 % 0,89 1,03 2006 1.5 % 3.84 % 2.28 % 1.64 % 1,11 1,29 2007 3 % 7.68 % 4.56 % 3.27 % 2,22 2,58 2008 4 % 10.24 % 6.08 % 4.36 % 2,96 3,44 2009 5 % 12.80 % 7.6 % 5.75 % 3,70 4,30 2010 5.75 % 14.72 % 8.74 % 6.27 % 4,26 4,95 19
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Biocarburants Pollution automobile Le carburant va réagir avec l air ou plus exactement l oxygène de l air en formant une flamme Air = 20% de dioxygène (O 2 ) + 80% de diazote (N 2 ) Azote = Oxygène = Diazote = Dioxygène = Plus petite quantité d air
Biocarburants Pollution automobile On chauffe et compresse fortement le milieu Toutes les molécules, à l exception de l azote, se cassent
Situation idéale (mais polluante quand même! ): combustion complète Production de gaz carbonique CO 2 vapeur d eau H 2 O H 2 O CO 2 Gaz à effet de serre le plus important Réchauffement du climat
Biocarburants Pollution automobile 1. Quelques molécules d azote se cassent 2. La molécule d hydrocarbure ne se casse pas bien 3. L essence contient des impuretés: le soufre 4. La combustion n est pas complète
Biocarburants Pollution automobile 1) Les atomes d azote se combinent avec l oxygène pour donner soit NO soit NO 2 (appellés aussi NO x ) Polluants dangereux 2) Les atomes de soufre en impureté se combinent avec l oxygène pour donner SO 2 et SO 3 (appellés aussi SO x ) Polluants dangereux 3) Les molécules d hydrocarbures se cassent mal, on forme des molécules organiques plus ou moins petites. On les appelle les hydrocarbures imbrûlés (HC) Polluants dangereux dont certains sont cancérigènes
Biocarburants Pollution automobile 4) La combustion est incomplète: il n y a pas assez d oxygène On forme du CO au lieu de CO 2 Le CO est un polluant toxique mortel Dans le cas du gasoil une partie du carburant peut ne pas brûler et on obtient des particules de suie H C CH H C CH C H C H Ces particules sont très dangereuses
Biocarburants Pollution automobile : récapitulons L azote de l air La vapeur d eau Neutres Le gaz carbonique CO 2 Effet de serre Réchauffement climatique Le CO Les NO x (NO et NO 2 ) Le SO 2 Les HC imbrûlés Les particules de suie (pour le gasoil) Effets directs sur la santé et l environnement
Biocarburants Pollution automobile : et ce n est pas tout Le gaz carbonique CO 2 Le CO Les NO x (NO et NO 2 ) sont des polluants primaires Le SO 2 Les HC imbrûlés Les particules de suie (pour le gasoil) On peut également former des polluants secondaires à partir des polluants primaires. Le plus célèbre: l ozone
Les biocarburants aujourd hui Principales filières Céréales Saccharifères Oléagineux Résidus lipidiques Biomasse fermentescible Betterave, blé, pomme de terre, maïs, canne à sucre Tournesol, colza, palme, huiles usagées, graisses Fermentation anaérobie Biogaz Éthanol et dérivés ETBE Huiles estérifiées EMHV Huiles végétales Pures HVP Méthane BioGNV Essence Gazole Essence & Gazole 29
Les biocarburants aujourd hui Filière Bioéthanol Drêches Centrifugation Alimentation animale Distillation [Source IFP] Isobutylène Synthèse et purification de l ETBE Production : 70% betterave, 30% blé Dérivé oxygéné ETBE : Ethyl Tertio Butyl Ether Environ 85% de l éthanol est transformé en ETBE Productivité : blé 2,55 T/Ha éthanol ; betterave 5,78 T/Ha éthanol CH 3 CH 3 CH 2 -O- C CH 3 CH 3 30
Les biocarburants aujourd hui Caractéristiques du Bioéthanol Essence Ethanol ETBE Masse volumique (kg/l) 0,755 0,794 0,750 PCI (kj/l) 32389 21283 26910 PCI/essence (à volume égal) 1 0,657 0,831 PCIrenouvelable/essence (à volume égal) 0 0,657 0,391 Niveau énergétique: 1,5 litres de bioéthanol = 1 litre d essence L ETBE n est pas un biocarburant ; c est un produit mixte pour l ETBE: l éthanol rentre pour 47% en volume dans la composition Incorporation jusqu à 15% dans l essence pour l ETBE Incorporation du bioéthanol avec bases essence à faible volatilité (max5%) Développement à partir de fin 2006 de l E85 (VCM ou flexfuel, réseau distribution) 31
Les biocarburants aujourd hui Sites de production Dunkerque Dunkerque 65000 t En 2010 : 21 usines supplémentaires 6 usines bioéthanol 15 usines biodiesel Gonfreville 70000 t Basse Seine Rouen 250.000 t Compiègne 100.000 t + 100.000 t Verdun? Grandpuits Le Mériot 200.000 t Donges St Nazaire/Montoir 120.000 t Feyzin 84000 t Feyzin (Rhône) Raffinerie Usines d ETBE existantes Usines d éthanol en projets Boussens 30.000 t Sète 200.000 t Etang de Berre Fos /mer 200000 t Usines d esterification existantes Usines d esterification prévues 32
Les biocarburants aujourd hui Production au sein de l UE [2003-2005] Part des biocarburants en 2003 (%) Part des biocarburants en 2005 (%) Objectif indicatif national 2005 Belgique 0.00 0.00 2.50 Danemark 0.00 no data 0.10 Allemagne 1.21 3.75 2.00 Espagne 0.35 0.44 2.00 France 0.67 0.97 2.00 Italie 0.50 0.51 1.00 Autriche 0.06 0.93 2.50 Pologne 0.49 0.48 0.50 Suède 1.32 2.28 3.00 Royaume-Uni 0.026 0.18 0.19 Total UE-25 0.5 1.0 1.4 (%) [Source : EU, rapports nationaux élaborés en application de la directive sur les biocarburants] 33
Les biocarburants aujourd hui Production mondiale Année 2004 Production mondiale de bioéthanol Production mondiale de biodiesel 5% 17% 22% 43% 52% Brésil Etats-Unis Autres 17% France Allemagne Italie Autres 44% Australie : 2% de consommation de biocarburants en 2010 Chine : commercialisation éthanol en mélange depuis 2001 Inde : refus pour un plan biocarburant «huile» Indonésie, Malaisie, Thaïlande : projets 34
Les biocarburants aujourd hui Les géants de l éthanol 1 er producteur mondial Important soutien à la filière 4% en 2010, 20% en 2030 Technologie «flex-fuel vehicles» 320 sites de production, incitations fiscales Export d éthanol: Japon, USA, UE 35 2004 : développement du biodiesel
Production d éthanol et d ETBE Unités de production ayant reçu un agrément suite à appel d offre communautaire source DGEMP/DIREM sept 2007 36
Les biocarburants aujourd hui Filière Huile Estérifiée Colza Tournesol oléïque Trituration Filtration Dégommage, décirage Tourteaux Alimentation animale [Source IFP] Méthanol O CH 3 (CH 2 ) 16 C OCH 3 Diester : contraction de Diesel et Ester, marque déposée par SOFIPROTEOL 85% colza, 15% autres (tournesol, lin, soja) EMHV : Ester Méthylique d Huile Végétale Obtenu par transestérification de l huile de colza ou de tournesol oléique Rendement colza : 35 q/ha à 40% d huile; 1,4 T/Ha d huile Productivité : 1,4 T/Ha EMHV (colza) ; 1,96 T/Ha tourteaux 37
Les biocarburants aujourd hui Caractéristiques de l EMHV Gazole EMHV HVP Masse volumique (kg/l) 0,84 0,883 0,925 PCI (kj/l) 37635 33024 36607 PCI/gazole (à volume égal) 1 0,877 0,973 au niveau énergétique: 1,14 litres d EMHV = 1 litre de gazole propriétés physico-chimiques très proches du gazole Incorporation à 5% dans le gazole Incorporation à 30% au niveau flottes captives collectivités et industries (B30) 38
Les biocarburants aujourd hui Sites de production Source : http://www.diester.fr/ 39
Production de biodiesel Unités de production ayant reçu un agrément suite à appel d offre communautaire source DGEMP/DIREM sept 2007 Jaune : démarrage 2008 Vert : démarrage 2009 - Bleu : démarrage 2010 40
Les biocarburants aujourd hui Filière Huile Végétale Pure cultures d oléagineux Tournesol Colza Trituration Tourteaux Alimentation animale Protéine Riche en matière grasse (énergie) Combustible Décantation/filtration Carburant Combustible Huile Lubrifiant Principales caractéristiques au niveau énergétique: 1 litre d HVP 1 litre de gazole propriétés physico-chimiques éloignées du gazole, pb adaptations moteurs, besoin d un cahier des charges Incorporation jusqu à 50% dans le gazole ou utilisation à 100% Avantages pour les agriculteurs Autorisation comme carburant agricole (+flottes captives à titre expérimental), défiscalisation de la TIC Maîtrise de la filière (produit, coût, ), autoconsommation et vente Autonomie énergétique; partie intégrante d une production de qualité Intérêt pour le développement local Intégration dans une politique de développement intégrée, approche territoriale Filière courte : retours indirects au niveau local Maintien d emplois en milieu agricole et rural 41
Les biocarburants aujourd hui Filière BioGNV Effluents agricoles Digestat Épandage Biodéchets Épuration Séchage Compression Stockage Distribution Cultures dédiées Unité de méthanisation Biogaz Méthanisation de biomasse fermentescible (ressource importante et variée) Épuration du biogaz : élimination CO 2, composés soufrés, eau BioGNV : CH 4 à 99%, comprimé à environ 200 bars Productivité : 200 à 450 m 3 de méthane/ tonne matière sèche Au niveau énergétique: 1 litres de BioGNV 1 litre d essence Utilisation au niveau de moteurs adaptés et équipement de stockage 42
Bilan des biocarburants Etapes considérées Une dizaine d études disponibles aux résultats très différents D une manière générale : bilan favorable aux biocarburants Méthode ACV : Analyse Cycle de Vie, «du puits à la roue» 43
Bilan des biocarburants Indicateur énergétique filière éthanol Indicateur Énergétique = Énergie restituée Énergie non renouvelable mobilisée Bilans énergétiques 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 2,05 2,05 0,873 Essence Ethanol Blé Ethanol Betterave [Source : ADEME/DIREM 2003] 0,76 1,02 1,02 MTBE ETBE blé ETBE Betterave 44
Bilan des biocarburants Indicateur énergétique filière HV Indicateur Énergétique = Énergie restituée Énergie non renouvelable mobilisée Bilans énergétiques 6 5 4,68 5,48 4 3 2,99 3,16 2 1 0,917 0 gazole [Source : ADEME/DIREM 2003] huile colza huile tournesol EMHV colza EMHV tournesol 45
Bilan des biocarburants Bilan GES Indicateur du bilan gaz à effet de serre Calcul des émissions à effet potentiel GES à 100 ans à partir des coefficients équivalent CO 2 46
g eq. CO2/kg Bilan des biocarburants Indicateur bilan GES filière éthanol Bilans gaz à effet de serre [Source : ADEME/DIREM 2003] 4000 3000 2000 1000 0 Essence Ethanol Blé Ethanol Betterave MTBE ETBE blé ETBE Betterave avant combustion 444 922 902 631 860 851 avec combustion 3650 922 902 3130 2530 2522 [Source : ADEME/DIREM 2003] 47
g eq.co2/kg Bilan des biocarburants Indicateur bilan GES filière HV 4000 3000 Bilan gaz à effet de serre 2000 1000 5,3 3,3 0 gazole huile colza huile tournesol EMHV colza EMHV tournesol avant combustion 277 660 498 755 612 avec combustion 3390 660 498 888 745 [Source : ADEME/DIREM 2003] 48
Bilan des biocarburants La controverse sur les bilans Écarts méthodologiques: Prise en compte des co-produits Allocation des émissions Polémique d experts entre : l allocation massique (la plus simple) et l évaluation des impacts évités (la plus juste) Disponibilités et incertitudes sur les données Études les plus citées : ADEME/DIREM 2003 : bilan énergétique et gaz à effet de serre des filières de production de biocarburants. Ecobilan PricewaterhaouseCoopers, novembre 2002, 132p. CONCAWE et als: Well-to-Wheels, Analysis of future automotive fuels and powertrains in the european context, décembre 2005, 88p. SADONES.P, 2006: les agrocarburants. Synthèse des travaux d EDEN, www.espoir-rural.fr 49
Bilan des biocarburants Comparatif entre deux ACV [Source : Stéphane Hiss in Global Chance, avril 2007, n 23, p 21-22] Mêmes tendances favorables aux biocarburants Écarts importants sur l éthanol ex-blé et ex-betterave Intérêt des biocarburants de 2 ième génération 50
Bilan des biocarburants Stratégies à court terme Incorporation à faible teneur en mélange banalisé de biocarburants dans les carburants conventionnels pétroliers sous réserve du respect des spécifications imposées aux carburants. Applicable à l ensemble du parc automobile actuel. EX : Essence éthanolée à 10% (Etats agricoles, USA), 22% (Brésil) 0,5% ( Ethanol/ETBE) et 0,9% EMHV dans le gazole en France, 2004 Incorporation à forte teneur en motorisation dédiée. Développement de la filière des FFV ( Fuel Flexible Vehicles). EX : E85 ( essence + 85% éthanol) ou éthanol pur utilisé au Brésil par 4,5 M véhicules (avec adaptations spécifiques). En France, Ford Focus en série limitée depuis fin 2005. 51
Bilan des biocarburants Les besoins en terres agricoles Les besoins au niveau de la France besoins en surfaces agricoles ** productivité biocarburant (t/ha) 2010 objectifs de production (t/an) surfaces (MHa) 2020 * objectifs de production (t/an) surfaces (MHa) colza 1,30 2 467 812 1,90 4 740 869 3,65 blé 2,55 393 242 0,15 755 449 0,30 betterave 5,78 393 242 0,07 755 449 0,13 Total - 3 254 295 2,12 6 251 767 4,07 * COM EU du 05/2007 : proposition de renforcer le cadre législatif imposant l'utilisation de biocarburants ** : 29,6 Mha de SAU ; 13,2 Mha de terres arables ; 1,1 Mha de jachères sans cultures industrielles (source AGRESTE, 2004) 52
Bilan des biocarburants Impacts sur les surfaces agricoles Filière bioéthanol Besoins en surfaces en 2010 : 220 000 ha Surfaces emblavées (2005) : Toutes céréales (y compris maïs) : 9,15 Mha Betteraves industrielles : 379 516 ha Enjeu sur les superficies agricoles de moindre importance que la filière EMHV Filière biodiesel Besoins en surfaces en 2010 : 1 900 000 ha Surfaces emblavées (2005) : Colza alimentaire : 1,23 Mha Colza énergétique : 402 508 ha (50% jachère/50% ACE) Enjeu important et arbitrage nécessaire pour garantir l extension des cultures de colza à des fins énergétiques 53
Bilan des biocarburants Zoom sur la cas du colza énergétique en France Superficies nécessaires enjeux de 2010 : 1,9 Mha Demande une augmentation de 1,1 Mha (par rapport à 2006) Terres en jachère mobilisables : 430.000 ha (aide EU jachère indus.) Terres arables à détourner : 700.000 ha à prendre sur les surfaces mises en cultures alimentaires Conditions de réussite Rémunérations favorables aux cultures énergétiques (en plus des aides Gel et ACE) Augmentation de la vitesse de rotation dans l assolement (une rotation tous les trois ans) Accompagnement différencié des régions selon : potentiel agronomique des sols, pratiques habituelles, niveau technique Impacts sur le solde du commerce extérieur Importation tourteaux de soja (protéines végétales, aliments animaux) Exportation des graines de colza (Allemagne et Belgique huile ester) Exportation huile de colza (Allemagne biodiesel) 54
Bilan des biocarburants Perspectives: un bilan mitigé A court comme à long terme, les biocarburants d origine agricole ne peuvent se substituer totalement aux carburants conventionnels d origine pétrolière en raison : du respect des spécifications moteurs imposées aux carburants conventionnels, du coût des filières de production Rareté énergétique rareté alimentaire, De leurs ressources limitées. D autres voies doivent être explorées Développement de carburants liquides à partir de biomasse Recherche et développements sur les procédés de motorisation : optimisation des performances, motorisation hybride (combustion/électricité), 55
Bilan des biocarburants Perspectives technologiques Avant 2010 Esters d huiles végétales utilisant de l éthanol (EEHV) Esters éthyliques d acides organiques issus de la biomasse (procédé Shell) Hydrogénation des graisses et des huiles (NExBTL- projet Total/Neste Oil) Après 2010 Biocarburant de 2 ième génération [Source IFP] 56
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Biocarburants de 2G La Biomasse Ligno-Cellulosique Lignine Polymère amorphe réticulé Voie thermochimique : - Pyrolyse - Hydro liquéfaction - Gazéification Cellulose (C6H10O5)n Polysaccharide linéaire Hemicellulose Polysaccharide linéaire/ramifié Voie biochimique = hydrolyse enzymatique et fermentation de sucres (éthanol) 58
Biocarburants de 2G Conversion de la BLC Source ADEME, 2006 59
Biocarburants de 2G Ethanol: principe de la libération des sucres Action des enzymes CBH Conditionnement Prétraitement Hydrolyse Lignine Hemicellulose Cellulose microfibrilles cellulose 60
Biocarburants de 2G Production d éthanol : voie biochimique Source IFP, 2006 61
Biocarburants de 2G Biomass To Liquid (BTL) : voie thermochimique Biomasse Gaz naturel Charbon Pyrolyse Gazéification Gaz de synthèse CO + H 2 Synthèse Fisher- Tropsch Hydrocarbures Cires Gazéification : Biomasse + O 2 /H 2 O xco + yh 2 + zco 2 Synthèse : CO + 2H 2 -(CH 2 )- + H 2 O 62
Biocarburants de 2G Intérêt des biocarburants de 2G Potentialités offertes semblent séduisantes : Pas de concurrence avec l alimentaire Valorisation de toute la plante Economie d eau et pas d épandage Cependant cette voie reste très prospective : Certains rendements annoncés, issus d'expérimentations à l'échelle laboratoire, peuvent se révéler optimistes Procédés complexes de traitement/séparation des produits : Connaissances sur matières 1ière et produits visés Challenge sur l'extrapolation à grande échelle Coût en énergie et investissement => Fort besoin de R&D pour investiguer cette voie 53 63
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Biocarburants de 3G Intérêt des micro algues Les rendements en biomasse 53 65
Biocarburants de 3G Différents systèmes de production Réacteurs ouverts Raceway pond Réacteurs tubulaires horizontaux verticaux triangulaires Hélicoïdaux bassin puits Cloison centrale Distributeur de gaz 54 31-03-2010 66
Biocarburants de 3G Une chaîne de production multi-carburants 55 Valcent, Global Green Solution 67
Biocarburants de 3G Une chaîne de production biodiesel - hydrogénation? Méthanol Glycérol - réacteur ouvert - PBR - centrifugation - floculation 56 68
Biocarburants de 3G Bilan sur l intérêt des algues Potentialités offertes par les algues semblent séduisantes : Rendements en biomasse élevés Production des produits valorisables à partir du CO2 des fumées de combustion Cependant cette voie reste très prospective : Certains rendements annoncés, issus d'expérimentations à l'échelle laboratoire, peuvent se révéler optimistes Procédés complexes de traitement/séparation des produits : Connaissances sur matières 1ière et produits visés Challenge sur l'extrapolation à grande échelle Coût en énergie et investissement => Fort besoin de R&D pour investiguer cette voie 57 69
Conclusion Il faudra être patient Quelques éléments de réflexion La compétition 4F : Food, Feed, Fiber, Fuel Les surfaces en terres arables sont limitées Réponse aux besoins des biocarburants se fera en partie sur les surfaces de production alimentaire Rareté énergétique rareté alimentaire Augmentation des matières premières : agriculteurs (??), - populations pauvres urbaines et sous-alimentées, compétitivité des biocarburants Des problématiques et impacts divers : Exple de l Ethanol: cours mondiaux maïs: pb alimentaire sous jacent (Cuba) surface canne à sucre: pb de déforestation, biodiversité (Brésil) Exple de l Ester : pb de surface oléagineuse, importation huile de palme, opposition de l Inde à la filière biocarburant huile=friture/aliment/santé ( Malaisie, Indonésie) Des besoins de régulation des échanges, négociations à l OMC? Des difficultés pour résoudre l équation entre les besoins en biocarburant et les capacités de production: Quel niveau d urgence à atteindre les objectifs ambitieux de l UE? Quelle prise en compte des progrès technologiques : biocarburant 2 ième génération, nouvelles motorisations? Quelle place pour le développement de nouvelles cultures énergétiques: miscanthus, sorgho sucrier, switch grass, TTCR? 70
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