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La méthodologie utilisée, ainsi que les résultats obtenus, relèvent de la seule

La méthodologie utilisée, ainsi que les résultats obtenus, relèvent de la seule responsabilité des rédacteurs qui ont réalisé l’étude. Ils n’engagent ni l’Alliance Nationale de Coordination de la Recherche pour l’Energie (ANCRE), ni l’ensemble des organismes membres de l’Alliance. Les parties intéressées sont invitées, le cas échéant, à faire part de leurs commentaires au CVT Ancre. Membres du comité de pilotage - François BROUST, CIRAD - Anthony DUFOUR, Université de Lorraine – LRGP Nancy - Jean-Luc DUPLAN, co-animateur du GP1 « Biomasse » de l’Alliance ANCRE - Capucine DUPONT, CEA - Nadine ESSAYEM, IRCE-Lyon - Dorothée LAURENTI, IRCE-Lyon - Elisabeth Le Net, co-animatrice du GP1 « Biomasse » de l’Alliance ANCRE - Jack LEGRAND, co-animateur du GP1 « Biomasse » de l’Alliance ANCRE - Daphné LORNE, IFPEN - Béatrice PERRIER, PSA - Alain QUIGNARD, IFPEN Équipe projet et Rédacteurs CEA-Liten Grenoble (Laboratoire de Thermo-Conversion des Bio-ressources) et Service Bibliométrie-Etudes-Marketing (SBEM) : Anne ROUBAUD, Isabelle CHAPUIS et Véronique CHARREYRON CNRS-Université de Lorraine – LRGP Nancy : Vivian HOUZELOT, Guillain MAUVIEL Avec la contribution de TECKNOWMETRIX SAS (TKM) La reproduction ou la présentation publique à des fins professionnelles, même partielle par quelque procédé que ce soit, est strictement interdite sans l’autorisation du directeur du CVT Ancre. La reproduction de cette étude et/ou le transfert de fichier à des tiers sont interdits en respect du code de la propriété intellectuelle. Cette étude est strictement réservée au signataire de l’accord de confidentialité. Adossé à l’Alliance, le Consortium de Valorisation Thématique de l’Ancre a pour objectif d’améliorer l’efficacité et le flux de transfert de technologies de la sphère publique vers les entreprises. Constituées de cartographies de brevets et de publications, d’enquêtes terrain auprès d’industriels français et étrangers et d’analyses de marché, les études stratégiques mutualisées du CVT Ancre ont pour but d’identifier des opportunités et de formuler des recommandations sur les filières à promouvoir. La synergie entre experts scientifiques de l’Ancre et analystes en intelligence économique et stratégie apporte une inégalable valeur ajoutée.  Enjeux et technologies de refroidissement des Data Centers  Potentiel technologique et économique des filières PV à haut rendement  Analyse des scénarios de pénétrations fortes des EnR variables sur les réseaux électriques : méthodologies et conséquences industrielles  Analyse de la prise en compte des sciences de base dans les politiques de recherche sur l’Energie  Transformations biologiques alternatives à la méthanisation : Hydrogène et produits fermentaires  Raccordement au réseau et connectique sous-marine des parcs de convertisseurs d’EMR  Les Combustibles Solides de Récupération (CSR) (Juin 2018)  Quel potentiel du sous-sol dans le stockage d’énergie dans le cadre de la loi de transition énergétique ? (2ème semestre 2018) Pour en savoir plus : https://www.allianceenergie.fr/cvt/etudes/ Production et usages des bio-huiles : état des lieux et perspectives Table des matières Résumé ....................................................................................................................................... 4 Avant-propos, contexte et objectifs de l’étude ........................................................................... 5 I. Panorama des offres technologiques, de leur développement et des principaux acteurs ... 7 a. La pyrolyse rapide ........................................................................................................... 7 i. Description du procédé et des principales technologies développées ......................... 7 ii. Développement et maturité des technologies........................................................... 8 iii. Etat des verrous technologiques ............................................................................... 8 iv. Principaux acteurs industriels .................................................................................. 8 b. La pyrolyse rapide catalytique ...................................................................................... 11 i. Description du procédé et des principales technologies ............................................ 11 ii. Développement et maturité des technologies......................................................... 11 iii. Etat des verrous technologiques ............................................................................. 11 iv. Principaux acteurs industriels ................................................................................ 11 c. La liquéfaction hydrothermale ...................................................................................... 14 i. Description du procédé et des principales technologies développées ....................... 14 ii. Développement et maturité des technologies......................................................... 14 iii. Etat des verrous technologiques ............................................................................. 14 iv. Principaux acteurs industriels ................................................................................ 15 d. Comparaison des procédés et des propriétés physico-chimiques des huiles ................. 16 e. Les procédés de traitement des huiles de pyrolyse et de liquéfaction ........................... 18 i. Description des procédés ........................................................................................... 18 ii. Développement et maturité des technologies......................................................... 18 iii. Etat des verrous technologiques ............................................................................. 19 iv. Principaux acteurs industriels ................................................................................ 19 II. Application d’intérêt, maturité des technologies et perception des acteurs ..................... 20 a. Application pour des procédés de combustion/chaleur/cogénération ........................... 20 i. Etat des lieux ............................................................................................................. 20 ii. Contexte économique et règlementaire .................................................................. 22 iii. Perception des acteurs industriels .......................................................................... 23 b. Application pour la chimie de spécialité ....................................................................... 23 i. Etat des lieux ............................................................................................................. 23 ii. Contexte économique et règlementaire .................................................................. 23 iii. Perception des acteurs industriels .......................................................................... 24 2 Production et usages des bio-huiles : état des lieux et perspectives c. Application aux biocarburants....................................................................................... 24 i. Etat des lieux ............................................................................................................. 24 ii. Contexte économique et règlementaire .................................................................. 24 iii. Perception des acteurs industriels .......................................................................... 25 d. Application environnementale par la valorisation de déchets ....................................... 25 e. Synthèse des enjeux technico-économiques ................................................................. 26 III. Les bio-huiles dans le paysage français : constat et recommandations ......................... 27 a. Les freins et les menaces ............................................................................................... 27 b. Les atouts et les faiblesses ............................................................................................. 27 c. Recommandations pour la recherche et le développement en France........................... 28 IV. Annexe : Présentation des résultats de l’étude .............................................................. 29 3 Production et usages des bio-huiles : état des lieux et perspectives Résumé La production de bio-huiles peut être réalisée par trois principales technologies : la pyrolyse rapide, la pyrolyse rapide catalytique et la liquéfaction hydrothermale. Toutefois, le développement et la maturité de ces technologies ne sont pas les mêmes. La pyrolyse rapide présente un TRL entre 7 et 9 et quelques unités commerciales sont actuellement exploitées par trois acteurs industriels qui sont Ensyn (Canada), VALMET/FORTUM (Finlande), et BTG-BTL (Pays-Bas). L’huile produite est instable thermiquement, présente un taux d’oxygène élevé et un PCS faible (15 MJ/kg). Cette technologie ne présente pas de verrou technologique majeur qui freine son développement. La pyrolyse catalytique présente un TRL entre 5 et 6 et plusieurs démonstrateurs sont actuellement exploités par RTI (Etats-Unis), Anellotech (Etats-Unis), CRI/SHELL (Etats- Unis), et VALMET/FORTUM. Des unités commerciales sont attendues à moyen terme. Par le traitement catalytique, l’huile produite présente un taux d’oxygène plus faible ce qui améliore sa stabilité thermique. Des verrous technologiques persistent cependant, notamment sur la robustesse et la régénération des catalyseurs, et font encore l’objet d’études et de recherche. Le TRL de la liquéfaction se situe quant à lui entre 3 et 5 et les acteurs industriels identifiés sont Genifuel (Etats-Unis), Steeper Energy (Danemark), Muradel (Australie), Licella Fibre Fuel (Australie). Le passage de l’échelle pilote à l’échelle du démonstrateur s’effectuera également à moyen terme. L’huile produite est très visqueuse, présente un PCS moyen de 30 MJ/kg et n’a pas la même composition chimique que les huiles pyrolytiques. L’utilisation d’huiles pyrolytiques brutes dans des moteurs et des turbines à gaz a été étudiée. Bien que prometteur, des problèmes ont été rapportés, notamment sur la résistance des matériaux à la corrosion et à l’abrasion ainsi que sur la stabilité thermique des huiles. Le prix moyen de ces huiles brutes est estimé entre 56 et 105 $/baril. Que ce soit sur le plan physico-chimique ou bien énergétique, les bio-huiles produites par ces trois technologies ne sont pas comparables aux carburants fossiles classiques. Des procédés d’upgrading sont donc nécessaires pour améliorer les propriétés de ces huiles et les utiliser en tant que carburants avancés. Deux voies principales sont envisagées pour convertir ces bio-huiles brutes en biocarburants avancés (dits de seconde génération) : l’hydrotraitement et le craquage catalytique. Pour réduire les coûts (CAPEX et OPEX), ces étapes peuvent être réalisées en co-processing sur des installations de raffinerie existantes. Le TRL de ces technologies se situe entre 4 et 5 pour l’hydrotraitement et entre 6 et 7 pour le craquage catalytique. L’estimation du prix moyen de ces biocarburants avancés de seconde génération oscille entre 96 et 150$/baril. Les marchés consommateurs de bio-huiles (brutes ou non) et la filière de production de bio-huile sont peu développés à ce jour car dépendant non seulement du prix du baril de pétrole fossile mais également de la volonté de mener une véritable incitation politique et règlementaire dans ce domaine. En conclusion, dans le contexte français, les recommandations pour la recherche dans le domaine des bio-huiles sont les suivantes : • renforcer le développement de la recherche sur la combustion des huiles (application chaleur/combustible), notamment dans les moteurs stationnaires (application la plus directe), • soutenir le développement et la recherche sur la liquéfaction hydrothermale pour atteindre un TRL de 7, • renforcer les efforts de recherche sur des catalyseurs les plus adaptés dans le cadre de l’hydrotraitement et du craquage des huiles (en post-process ou co- process) pour produire des biocarburants compétitifs. 4 Production et usages des bio-huiles : état des lieux et perspectives Avant-propos, contexte et objectifs de l’étude Le Laboratoire de Thermo-Conversion des Bioressources du CEA Liten à Grenoble et le Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (CNRS / Univ. de Lorraine) à Nancy, membres de l’ANCRE (Alliance Nationale de Coordination de la Recherche pour l’Energie) ont été mandatés par l’Alliance pour réaliser ensemble cette étude stratégique sur les procédés de pyrolyse et de liquéfaction hydrothermale de bio-ressources. L’un des objectifs est d’apporter une vision et un panorama actualisé des acteurs de la recherche au niveau international, des innovations protégées et potentiellement exploitées uploads/Industriel/ biohuiles-synthese-finale-2017.pdf