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Biomasse et biocarburants 1 Biomasse et biocarburants 1- Introduction Les cherc

Biomasse et biocarburants 1 Biomasse et biocarburants 1- Introduction Les chercheurs ont développé et amélioré les techniques d'utilisation de la biomasse et créé trois générations de biocarburants. La première génération de biocarburant consiste à utiliser directement la biomasse végétale, alors que la deuxième génération met en œuvre, non plus les produits alimentaires, mais les sources ligno-cellulosiques des plantes (tiges, feuilles, bois etc). La troisième génération utilise quant à elle des micro-algues pour la production de biocarburant. Outre une baisse de la dépendance vis-à-vis des pays producteurs de pétrole, l'utilisation de biocarburant à plusieurs autres avantages. Tout d'abord, les biocarburants permettent une diminution de la pollution puisque le bilan du rejet de CO2 est moins important ensuite, depuis la troisième génération, il est possible de valoriser le CO2 pour produire les micro-algues. A l'inverse du pétrole, les biocarburants sont des carburants renouvelables, c'est à dire qu'ils sont illimités dans le temps, ce qui pourrait régler en grande partie le problème des énergies. 2- La première génération Il existe différents types de biocarburants qui possèdent chacun une composition chimique variable. En effet, les biocarburants sont divisés en trois générations:  ceux de premières générations  puis ceux de deuxième génération  et enfin ceux de troisième génération 1) Il y a deux grands types de biocarburants de première génération :  Le diester issu d’huiles végétales de colza ou de soja. Il est utilisé en mélange avec du gazole pour les moteurs diésel.  Le bioéthanol provenant de plantes riches en sucre comme la canne à sucre ou la betterave sucrière. On peut aussi l’obtenir à partir de plantes à forte teneur en amidon tel que le blé, le maïs, la pomme de terre,… Il est utilisé pour les moteurs à essence. Cette première génération peut diminuer les émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère (21%). Biomasse et biocarburants 2 Cependant on distingue 3 filières de première génération : a) La filière huile D’espèces végétales oléifères comme le colza, le palmier à l’huile, le tournesol, le jatropha ou le ricin qui sont extraites des huiles. Ces huiles sont utilisées de différentes manières afin de produire du biocarburant huileux. L’extraction d’huile végétale peut être faite par un simple pressage à froid (écrasement) ou par voie chimique, ou une combinaison des deux méthodes, d’où l’on obtient de l’huile végétale brute qui peut être utilisée directement dans les moteurs diésels adaptés. Les triglycérides qui constituent les huiles végétales peuvent aussi être transformés en monoesters méthyliques et en glycérol par une réaction de trans-estérification avec des molécules de méthanol (on obtient des esters éthyliques avec l’éthanol). Les molécules plus petites du biodiésel ainsi obtenues peuvent être utilisées comme carburant dans les moteurs à allumage par compression. Le biodiésel ne contient pas de soufre, n’est pas toxique et est hautement biodégradable. Biomasse et biocarburants 3 b) La filière alcool Elle est composée des biocarburants éthyliques tels que le bioéthanol qui s’obtient par la fermentation éthanolique (la fermentation du sucre). Ce sucre provient de plusieurs espèces végétales, comme la betterave sucrière, la canne à sucre, le blé, le maïs et l’ulve. L’éthanol ou bioéthanol est un alcool qui peut remplacer partiellement l’essence. Pour la production de l’éthanol en France, les betteraves et les céréales sont les principales ressources utilisées. Au stade industriel, seul actuellement sont utilisées les voies sucrières et les amylacées. Cependant pour optimiser les techniques et les coûts de traitement de la biomasse lignocellulosique fait l’objet de travaux de recherche. Les véhicules nécessitent une adaptation spécifique pour un bon fonctionnement à l’éthanol. L’Ethyl-tertio-butyl-éther est un dérivé du bioéthanol, qui est obtenu par réaction entre l’éthanol et l’isobutène que l’on utilise comme additif à hauteur de 15% à l’essence en remplacement du plomb. On obtient l’isobutène lors du raffinage du pétrole. Sur le plan technique l’Ethyl-tertio-butyl-éther est la meilleure façon d’incorporer de l’éthanol au carburant. Il présente des avantages comme il n’y a pas de problème de volatilité, un gain d’indice d’octane élevé et une parfaite tolérance à l’eau. Le biobutanol ou butanol est fabriqué à partir d’avoine de betteraves et de canne à sucre. Il est obtenu grâce à la bactérie Gram positive anaérobique Clostridium ocetobutylicum qui possède un équipement enzymatique lui permettant de transformer les sucres en butanol (la fermentation acétobutylique). D’autres molécules sont aussi produites : du dihydrogène, de l’acide acétique, de l’acide propionique, l’acétone, l'isopropanol et l’éthanol. Le biobutanol est actuellement commercialisé par les entreprises BP et Dupont. Il présente de nombreux avantages par rapport à l’éthanol et on l’évoque de plus en plus souvent comme agrocarburant de substitution à l’heure du pétrole cher. Les unités de production de l’éthanol peuvent être adaptées pour produire aussi le biobutanol. Le méthanol (ou alcool de bois) est obtenu à partir du méthane. Il est utilisable en remplacement partiel (sous certaines conditions) de l’essence comme additif dans le gazole, ou à terme pour certains types de piles à combustible. Mais par contre le méthanol est très toxique pour l’Homme. c) La filière gaz Elle comporte plusieurs biocarburants gazeux comme : Biomasse et biocarburants 4 Le dihydrogène qui n’est pas un carburant en soi, il est produit par extraction à partir d’hydrocarbures fossiles pour procédés chimiques ; mais aussi à partir du méthane (reformage) ou d’autres combustibles. Le dihydrogène peut également être extrait de l’eau via production biologique par des algues (bioréacteur), ou en utilisant l’électricité (électrolyse), des produits chimiques (par réduction chimique) ou la chaleur (thermolyse) ; ces méthodes de productions sont moins développées par rapport à la production dérivée des hydrocarbures par voie chimique. Le dihydrogène peut être généré à partir du gaz naturel avec un rendement d’environ 80% ou à partir de d’autres hydrocarbures avec des degrés divers d’efficacité. C’est un élément le plus abondant de l’univers (75% en masse et 90% en nombre d’atome). Il peut également être produit par voie bactérienne. Le méthane d’origine biologique ou biogaz carburant, est un gaz qui peut être utilisé en remplacement de l’essence dans les moteurs à explosion. C’est le principal constituant du biogaz, issu de la fermentation de matières organiques animales ou végétales riches en sucres (amidon, cellulose, plus difficilement les résidus ligneux) par des bactéries méthanogènes qui vivent dans des milieux anaérobiques (sans oxygène). Les principales sources sont les boues de stations d’épuration, les lisiers d’élevages, les effluents des industries agroalimentaires et les déchets ménagers. Les gaz issus de la fermentation sont composés de 65% de méthane, 34% de dioxyde de carbone et 1% de d’autres gaz dont le sulfure d’hydrogène et le diazote. Le méthane est un gaz pouvant se substituer au gaz naturel (ce dernier est composé de plus de 95% de méthane). Le gazogène est une machine permettant de faire tourner n’importe quel moteur avec du bois ou un combustible solide contenant du carbone. Il est basé sur une précombustion incomplète du combustible aboutissant à un gaz riche en CO pouvant être brûlé dans un moteur à explosion. Abandonné pour les transports, le principe est néanmoins utilisé à nouveau dans quelques petites unités de cogénération, il permet d’utiliser par exemple des déchets de bois dans un groupe électrogène avec un rendement convenable. La filière BtL (Biomass to Liquid) est une voie dite thermochimique contenant 3 grandes étapes : le conditionnement de la biomasse et la gazéification, le traitement du gaz de synthèse et la synthèse du carburant. Certaines opérations ont déjà été testées dans un contexte industriel dans des projets en utilisant comme matières premières du charbon et du gaz naturel. Le conditionnement permettra de transformer grâce à deux voies principales : la pyrolyse et la gazéification, de la ressource végétale en un matériau homogène et injectable dans un gazéifieur. La gazéification est une opération thermique qui s’effectue en présence d'un réactif gazeux (vapeur d’eau, dioxygène), afin de produire un gaz de synthèse contenant principalement du dihydrogène et du monoxyde de carbone avec en plus des impuretés carbonés ou inorganiques et d’autres gaz. C’est le mélange qui est de nos jours utilisé industriellement en combustion dans les centrales électriques au charbon (ou IGCC : Biomasse et biocarburants 5 Integrated Gaséification Combined Cycle) et qui le fut autrefois également pour la traction automobile pour le gazogène. Pour produire du carburant liquide, les contraintes sont plus exigeantes sur la composition chimique que sur la combustion directe : la gazéification de la biomasse s’effectue à une température très élevée c’est-à-dire 1200°C à 1300°C et est suivie de différentes étapes de purification du gaz de synthèse. Il faut apporter de la chaleur en brûlant une partie de la biomasse d’où provient un faible rendement en masse du procédé au cours de ces opérations. Comme pour l’instant aucune technologie spécifique de gazéification de la biomasse n’est arrivée au stade industriel, alors il y a eu des solutions proposées qui sont issues des technologies utilisées pour le gaz naturel, le charbon ou le pétrole. La réaction de synthèse Fisher-Tropsch permettra ensuite de produire de l’essence, du gazole et du kérosène à partir du gaz de synthèse. 2-1- Les sources Les biocarburants de première génération sont uploads/Industriel/ bio-ma-ca-21.pdf