|
|
Biocarburants de
substitution pour l'industrie du transport
La plupart des pays industrialisés dont le Canada ont convenu, à la conférence de Rio en 1992, de stabiliser les émissions atmosphériques de carbone (C02) au niveau de 1990. Cet objectif a été renforcé par l'entente de Kyoto. Ces engagements auront un impact sur le choix des carburants pour l'avenir. Le pétrole, le charbon et le gaz naturel sont qualifiés d'énergie fossile parce qu'ils proviennent de la transformation en anaérobie, il y a des centaines de millions d'années, de biomasses d'origines animale et végétale. La combustion de cette source fossile de carbone augmente progressivement la teneur en CO2 dans l'atmosphère laquelle est reconnue comme étant la principale cause du réchauffement de la planète. Ce phénomène est aggravé par le déboisement qui réduit d'autant la capacité de la biosphère de capter le C02 atmosphérique sous forme de biomasse végétale. Le choix des carburants de substitution pour le transport automobile est très limité. Le gaz naturel, composé principalement de méthane, doit être stocké sous haute pression ce qui complique sa distribution et son utilisation. Syntroleum Corporation de Tulsa aux États-Unis est à mettre au point un nouveau carburant liquide par reformage du gaz naturel pour contourner ce problème. Ce nouveau carburant de synthèse ne contient pas de soufre et serait moins polluant que le diesel actuel qu'il doit remplacer (1). Le gaz propane, extrait du gaz naturel ou obtenu du raffinage du pétrole, est employé sous forme de gaz de pétrole liquéfié. Ces deux hydrocarbures gazeux sont moins polluants que l'essence ordinaire mais contribuent néanmoins à augmenter la concentration de C02 d'origine fossile dans l'atmosphère. Ils sont peut être plus indiqués pour des flottes de véhicules utilitaires comme ceux du transport en commun que pour des véhicules légers. La petite molécule d'hydogène (H2) permet de stocker et d'utiliser diverses formes d'énergie. L'hydrogène peut être produit à partir du gaz naturel, par électrolyse de l'eau ou par gazéification de biomasses. Son utilisation pose des problèmes importants parce qu'il faut le conserver à très haute pression ou sous forme liquide à très basse température. Les applications énergétiques de l'hydrogène pourraient se faire par le biais de piles à combustible ou du carburant Hythane, un mélange d'hydrogène et de gaz naturel. En dernier lieu, on peut mentionner la mise au point de plusieurs voitures électriques silencieuses et non-polluantes et dont la commercialisation est attendue avec impatience. Cependant, leur rayon d'action est limité et le coût ainsi que le poids des accumulateurs sont élevés.
Les biocarburants Les biocarburants comprennent l'éthanol, le méthanol et le biodiesel. Ils comportent des avantages au plan environnemental du fait que le C02 qu'ils émettent au moment de la combustion est d'origine végétale récente et n'a aucune incidence sur la concentration du C02 atmosphérique. Toutefois, il faut tenir compte de la valeur énergétique nette dans le choix d'un biocarburant pour connaître les gains au plan environnemental. La valeur énergétique nette est la différence entre le rendement énergétique d'un carburant et l'énergie utilisée pour le produire soit "output less input". Cette valeur est souvent utilisée pour comparer l'efficacité de procédés sans faire référence à l'état physique d'un carburant. Il pourrait être avantageux, par exemple, de convertir une forme solide ou gazeuse d'énergie en carburant liquide pour l'automobile sans tenir compte du bilan énergétique du procédé. Aujourd'hui, le bilan économique demeure toujours le principal déterminant mais il semble qu'on accorde de plus en plus d'importance aux critères environnementaux.
Le méthanol et les biodiesels Le méthanol (CH3OH) peut être obtenu par la gazéification de biomasses lignocellulosiques. Cependant, il est présentement produit presque exclusivement à partir de gaz naturel d'où le peu d'intérêt qu'il présente du point de vue de la réduction du C02 atmosphérique. Les carburants désignés "biodiesels" sont obtenus en transformant les triglycerides des acides gras qui constituent les huiles végétales en monoesters méthyliques ou éthyliques. Ces nouvelles molécules plus petites fonctionnent bien dans des moteurs dont l'allumage est obtenu par compression. Les biodiesels s'implantent timidement en Europe et leur développement débute à peine en Amérique.
Le bio-éthanol L'éthanol (C2H5OH), obtenu par la fermentation de glucides, constitue l'une des principales formes de carburant liquide renouvelable pour le transport. Il n'a toujours pas été adopté sur une très grande échelle en Amérique du nord, parce que celui qui est dérivé des amidons n'est pas compétitif avec l'essence et n'offre pas d'avantage au plan environnemental, et parce que les procédés pour l'obtenir de la lignocellulose arrivent tout juste au stade de la mise à l'échelle industrielle. Voyons ces éléments plus en détail. Le bio-éthanol peut être obtenu par fermentation à partir de trois sources : 1) du sucrose de canne ou de bettrave, 2) de l'amidon présent dans les céréales et les tubercules et 3) de la cellulose et des hémicelluloses présentes dans le bois, les herbes et autres biomasses lignocellulosiques. La composition chimique de l'amidon et de la cellulose est identique. Ces deux polysaccharides sont constitués de chaînes d'unités d'anhydroglucose à six (6) carbones représentées par la formule (C6H10O5)n dans laquelle n représente le nombre d'unités. La différence entre ces deux substances est due à la configuration des liaisons entre les unités d'anhydroglucose. L'amidon et la cellulose donnent uniquement du glucose à l'hydrolyse selon l'équation :
En plus de la cellulose et de la lignine, les biomasses renferment une composante hémicellulosique constituée principalement de polysaccharides de glucides à cinq (5) carbones. Ces glucides en C5 peuvent également être transformés en éthanol par fermentation.
Le bio-éthanol du maïs grain L'industrie du bio-éthanol carburant est répandue aux États-Unis où des distilleries transformemt du maïs grain en quelques 1,5 milliard de gallons US d'éthanol annuellement dans le cadre du programme de détaxe Gazohol. Cet éthanol est ajouté comme oxygénat à un niveau de 10% dans l'essence pour améliorer la combustion et contrôler l'indice d'octane. Ce carburant, désigné E10, aurait un impact sur environ 12% du carburant pour véhicule léger selon les autorités américaines. Au Canada, la compagnie Alcohols de Commerce vient de démarrer une nouvelle usine d'une capacité de 150 millions de litres d'éthanol à partir de maïs grain à Chatham, Ontario suite à la détaxe de l'éthanol carburant décrétée par les gouvernements du Canada et de l'Ontario(2). En décembre 1996, le gouvernement du Québec décidait, à son tour, de détaxer l'éthanol carburant dans le but de favoriser la production agricole de maïs grain sur son territoire. Cette mesure, qui a pris effet le 1er janvier 1999, a incité Alcohols de Commerce à annoncer un projet d'usine d'éthanol à Varennes au Québec. Le rendement maximum d'éthanol qui peut être obtenu est de l'ordre de 450 litres d'éthanol par tonne métrique sèche de maïs grain. Les deux technologies de cette production, par trempage du grain et par mouturage à sec, ont atteint leur pleine maturité depuis fort longtemps. Le coût de l'éthanol grain en juillet 1997 était de 0,46 $/l alors que les coûts de l'essence variaient entre 0,25 et 0,29 $/l pour des indices d'octane de 87 et 91 respectivement(3). Le prix de l'éthanol grain est supérieur également à ceux des oxygénats synthétiques tels le ETBE et le MTBE. Une analyse comparative de cinq études américaines publiées entre 1989 et 1992 sur le bilan énergétique de la production d'éthanol à partir de maïs grain fut réalisée afin d'établir une meilleure appréciation de la valeur énergétique nette de cet éthanol(4). Les auteurs de cette analyse arrivent à la conclusion que l'efficacité énergétique globale de l'éthanol du maïs grain est essentiellement nulle quand on ne tient pas compte du contenu énergétique des co-produits. Le gain énergétique moyen est estimé à environ 24% pour la production américaine uniquement si les conditions suivantes sont réunies :
l'allocation de crédits pour la teneur énergétique des co-produits destinés à d'autres marchés tels que l'huile pour l'alimentation humaine et les tourteaux et les drêches pour l'alimentation du bétail.
Le bio-éthanol de la lignocellulose Les travaux pour obtenir l'éthanol à partir de diverses matières lignocellulosiques se poursuivent activement dans divers pays depuis plusieurs décennies et les pronostics sont plus prometteurs que pour le grain. Selon le Département de l'Énergie du gouvernement américain, le coût de l'éthanol dérivé de lignocellulose de cultures dédiées avait atteint 0,32 $US/l en 1994 et les prévisions étaient à l'effet que ce coût baisserait à 0,26 $US/l en 2005 pour atteindre 0,18 $US/l en 2010 soit l'équivalent de 0,26 $can/l. Des coûts encore plus bas sont envisagés à partir de déchets urbains solides(5). Dernièrement, une étude établissait l'avantage de la lignocellulose par rapport au grain en comparant les émissions de gaz à effets de serre de plusieurs carburants dont(6): l'essence conventionnelle (11,83 kg/galUS), le bio-éthanol du maïs grain (10,19 kg/galUS), le bio-éthanol de la lignocellulose (0,06 kg/galUS). Ces données peuvent surprendre. Elles découlent du fait que la production d'éthanol à partir de lignocellulose nécessite très peu de carburant fossile parce que la récupération et la combustion de la composante lignine fournit toute l'énergie requise par le procédé de conversion. Par contre, les émissions élevées de l'éthanol grain proviennent de l'énergie fossile (essence, diesel, charbon et gaz naturel) utilisée pour le cycle complet allant de la culture du grain jusqu'à la distillation de l'éthanol et le séchage des drêches. Ces données confirment le fait que la valeur énergétique nette de l'éthanol grain est essentiellement nulle. On peut souligner de nouveau que la combustion des bio-éthanols n'est pas en cause puisque le carbone émis dans l'atmosphère est le même que celui capté antérieurement par photosynthèse. La conversion de biomasse lignocellulosique en éthanol présente trois avantages majeurs par rapport aux procédés basés sur le maïs grain:
Deux entreprises canadiennes sont à mettre au point des procédés de production d'éthanol à partir de lignocellulose. Kemestrie Inc. de Sherbrooke optimise l'hydrolyse de la cellulose par traitement à la vapeur sous pression en milieu acide et Iogen Corp. de Gloucester, Ontario utilise l'approche enzymatique pour hydrolyser la cellulose en glucose pour la fermentation. Iogen a annoncé en novembre 1997, un projet de construction d'une usine d'éthanol pouvant traiter 40 t/jour de biomasse lignocellulosique. Réalisé en partenariat avec Petro-Canada, ce projet constitue la première démonstration à l'échelle préindustrielle de la faisabilité technico-économique du procédé enzymatique. Aux États-Unis, trois projets de mise à l'échelle de procédés à base de biomasses résiduelles (bagasse, paille de riz et déchets urbains) sont actuellement en cours par hydrolyse en milieu acide. On peut conclure que l'option lignocellulosique pour l'éthanol a finalement passé l'étape du développement à l'échelle pilote pour atteindre le niveau préindustriel. Les trois projets américains font appel à des biomasses résiduelles qui présentent, dans l'immédiat, un approvisionnement plus stable et une meilleure rentabilité que les biomasses de cultures dédiées, tel le panic érigé, qui ne sont toujours pas disponibles en quantité suffisante sur le marché.
En guise de conclusion La mise en chantier des projets cités plus haut marque le début de l'ère des technologies lignocellulosiques. Les développements à venir dans le domaine de la production de bio-éthanol vont se faire dans ce sens à cause de la réduction des coûts et de la quasi-élimination des émissions de C02 dans l'atmosphère. La mise au point d'une expertise technologique avant-gardiste dans ce domaine constitue un défi intéressant pour les secteurs forestier, agro-industriel et de valorisation des résidus. Ce modèle devrait éventuellement s'imposer comme source significative de carburant liquide pour le transport dans une économie durable et respectueuse de l'environnement.
Références
Sites Internet d'intérêt |
|
© InfraStructures - Tous droits réservés - All rights reserved |
n C6H12O6
