Application de biodiesel

Le biodiesel est un liquide obtenu à partir de lipides naturels, tels que des huiles végétales ou grasses, avec ou sans utilisation, par des procédés industriels d’estérification et de transestérification et utilisés dans la préparation du remplacement total ou partiel du petrodiésel ou du gasoil obtenu à partir de pétrole. Le biodiesel peut être mélangé avec du diesel issu du raffinage du pétrole en quantités différentes.

Production
Le biodiesel est généralement produit par transestérification de l’huile végétale ou de la matière première animale, ainsi que d’autres matières premières non comestibles telles que l’huile de friture, etc. Il existe plusieurs méthodes pour réaliser cette réaction de transestérification, notamment le procédé de traitement par lots commun, les catalyseurs hétérogènes, les catalyseurs supercritiques. processus, méthodes ultrasoniques, et même des méthodes à micro-ondes.

Chimiquement, le biodiesel transestérifié comprend un mélange d’esters monoalkyliques d’acides gras à longue chaîne. La forme la plus courante utilise le méthanol (converti en méthoxyde de sodium) pour produire des esters méthyliques (généralement appelé ester méthylique d’acide gras – FAME), car il s’agit de l’alcool le moins cher disponible, bien que l’éthanol puisse être utilisé pour produire un ester éthylique (communément appelé On utilise également le biodiesel et les alcools supérieurs tels que l’isopropanol et le butanol. L’utilisation d’alcools de poids moléculaires plus élevés améliore les propriétés d’écoulement à froid de l’ester résultant, au prix d’une réaction de transestérification moins efficace. Un procédé de production de transestérification de lipides est utilisé pour convertir l’huile de base en les esters souhaités. Tous les acides gras libres (FFA) de l’huile de base sont soit convertis en savon et retirés du processus, soit estérifiés (ce qui donne plus de biodiesel) en utilisant un catalyseur acide. Après ce traitement, contrairement à l’huile végétale pure, le biodiesel a des propriétés de combustion très similaires à celles du diesel à base de pétrole et peut le remplacer dans la plupart des utilisations actuelles.

Le méthanol utilisé dans la plupart des processus de production de biodiesel est fabriqué à partir de combustibles fossiles. Cependant, il existe des sources de méthanol renouvelable fabriquées à partir de dioxyde de carbone ou de biomasse comme matière première, ce qui rend leurs processus de production exempts de combustibles fossiles.

Un sous-produit du processus de transestérification est la production de glycérol. 100 kg de glycérol sont produits pour chaque tonne de biodiesel fabriquée. À l’origine, il existait un marché intéressant pour le glycérol, ce qui a contribué à l’économie du processus dans son ensemble. Cependant, avec l’augmentation de la production mondiale de biodiesel, le prix du marché de ce glycérol brut (contenant 20% d’eau et de résidus de catalyseur) s’est effondré. Des recherches sont en cours dans le monde entier pour utiliser ce glycérol en tant que composant chimique (voir intermédiaire chimique dans l’article Wikipedia « Glycérol »). Le Glycerol Challenge est une initiative britannique.

Habituellement, ce glycérol brut doit être purifié, généralement par distillation sous vide. Ceci est plutôt énergivore. Le glycérol raffiné (pureté supérieure à 98%) peut ensuite être utilisé directement ou converti en d’autres produits. Les annonces suivantes ont été faites en 2007: Une coentreprise de Ashland Inc. et Cargill ont annoncé leur intention de fabriquer du propylène glycol en Europe à partir de glycérol et Dow Chemical a annoncé des plans similaires pour l’Amérique du Nord. Dow envisage également de construire en Chine une usine de fabrication d’épichlorhydrine à partir de glycérol. L’épichlorhydrine est une matière première pour les résines époxydes.

Niveaux de production
En 2007, la capacité de production de biodiesel augmentait rapidement, avec un taux de croissance annuel moyen de plus de 40% entre 2002 et 2006. Pour l’année 2006, dernier chiffre pour lequel la production réelle a pu être obtenue, la production mondiale totale de biodiesel était d’environ 5 à 6 millions de tonnes, dont 4,9 millions de tonnes ont été transformées en Europe (dont 2,7 millions en provenance d’Allemagne), la majeure partie du reste des Etats-Unis. En 2008, la production en Europe était passée à 7,8 millions de tonnes. En juillet 2009, une taxe a été ajoutée sur le biodiesel importé des États-Unis dans l’Union européenne afin d’équilibrer la concurrence des producteurs européens, notamment allemands. La capacité de production en 2008 en Europe s’élevait à 16 millions de tonnes. Cela se compare à une demande totale de diesel aux États-Unis et en Europe d’environ 490 millions de tonnes (147 milliards de gallons). La production mondiale totale d’huile végétale à toutes fins, en 2005/06, était d’environ 110 millions de tonnes, avec environ 34 millions de tonnes d’huile de palme et d’huile de soja. Depuis 2018, l’Indonésie est le premier fournisseur mondial de biocarburants à base d’huile de palme avec une production annuelle de 3,5 millions de tonnes et devrait exporter environ 1 million de tonnes de biodiesel.

La production de biodiesel aux États-Unis en 2011 a amené l’industrie à franchir une nouvelle étape. En vertu de la norme EPA sur le carburant renouvelable, des objectifs ont été fixés pour les usines de production de biodiesel afin de surveiller et de documenter les niveaux de production par rapport à la demande totale. Selon les données de fin d’année publiées par l’EPA, la production de biodiesel en 2011 a atteint plus d’un milliard de gallons. Ce chiffre de production dépassait de loin l’objectif de 800 millions de gallons fixé par l’EPA. La production projetée pour 2020 avoisine les 12 milliards de gallons.

Disponibilité et prix
La production mondiale de biodiesel a atteint 3,8 millions de tonnes en 2005. Environ 85% de la production de biodiesel provenait de l’Union européenne.

En 2007, aux États-Unis, les prix de détail moyens (à la pompe), y compris les taxes sur les carburants fédérales et nationales, de B2 / B5 étaient inférieurs de 12 cents environ au carburant diesel, et les mélanges de B20 étaient identiques à ceux du pétrodiesel. Cependant, dans le cadre d’un changement radical dans les prix du diesel, en juillet 2009, le département américain de l’énergie déclarait des coûts moyens de 20 centimes de roumain par rapport au diesel de pétrole (2,69 USD / gal contre 2,54 USD / gal). B99 et B100 coûtent généralement plus cher que le pétrodiesel, sauf dans les cas où les gouvernements locaux accordent un incitatif fiscal ou une subvention. Au mois d’octobre 2016, le biodiesel (B20) était inférieur de 2 cents le gallon à celui du pétrodiesel.

Matières premières de biodiesel
Une variété d’huiles peut être utilisée pour produire du biodiesel. Ceux-ci inclus:

Matière première de l’huile vierge – les huiles de colza et de soja sont les plus couramment utilisées, l’huile de soja représentant environ la moitié de la production américaine. Il peut également être obtenu auprès de Pongamia, de penny cress et de jatropha, ainsi que d’autres cultures telles que la moutarde, le jojoba, le lin, le tournesol, l’huile de palme, la noix de coco et le chanvre (voir la liste des huiles végétales pour biocarburant);
Huiles végétales usées (WVO);
Les graisses animales, notamment le suif, le saindoux, la graisse jaune, la graisse de poulet et les sous-produits de la production d’acides gras oméga-3 à partir d’huile de poisson.
Les algues peuvent être cultivées à l’aide de déchets tels que les eaux usées et sans déplacer les terres actuellement utilisées pour la production alimentaire.
Huile provenant d’halophytes tels que Salicornia bigelovii, qui peut être cultivée avec de l’eau salée dans les zones côtières où les cultures conventionnelles ne peuvent être cultivées, avec des rendements égaux à ceux du soja et des autres graines oléagineuses cultivées avec irrigation en eau douce
Boues d’épuration – Le secteur des eaux usées aux biocarburants suscite l’intérêt de grandes entreprises telles que Waste Management et de jeunes entreprises telles qu’InfoSpi, qui parient que le biodiesel renouvelable provenant d’eaux usées peut devenir compétitif avec le prix du diesel pétrolier.

De nombreux défenseurs suggèrent que les huiles végétales usées sont la meilleure source de pétrole pour la production de biodiesel, mais cette offre locale étant considérablement inférieure à la quantité de carburant à base de pétrole utilisée pour le transport et le chauffage domestique, cette solution locale ne pourrait échelle au taux de consommation actuel.

Les graisses animales sont un sous-produit de la production de viande et de la cuisson. Bien qu’il ne serait pas efficace d’élever des animaux (ou de capturer des poissons) simplement pour leur graisse, l’utilisation du sous-produit ajoute de la valeur à l’industrie de l’élevage (porc, bovin, volaille). Aujourd’hui, les installations de biodiesel à plusieurs matières premières produisent un biodiesel de haute qualité à base de graisse animale. Aux États-Unis, une usine de 5 millions de dollars est en cours de construction. Son objectif est de produire 11,4 millions de litres de biodiesel à partir des quelque 1 milliard de kilogrammes de graisse de poulet produits chaque année au niveau local. Usine de volaille Tyson. De même, certaines petites usines de biodiesel utilisent de l’huile de poisson usée comme matière première. Un projet financé par l’UE (ENERFISH) suggère que, dans une usine vietnamienne produisant du biodiesel à partir de poisson-chat (basa, également connu sous le nom de pangasius), une production de 13 tonnes / jour de biodiesel peut être produite à partir de 81 tonnes de déchets de poisson à partir de 130 tonnes de poisson). Ce projet utilise le biodiesel pour alimenter une unité de cogénération dans l’usine de traitement du poisson, principalement pour alimenter l’usine de congélation du poisson.

Quantité de matières premières requise
La production mondiale actuelle d’huile végétale et de graisse animale ne suffit pas pour remplacer l’utilisation de combustibles fossiles liquides. En outre, certains s’opposent à la grande quantité de cultures et à la fertilisation résultante, à l’utilisation de pesticides et à la conversion de l’utilisation des terres qui seraient nécessaires pour produire l’huile végétale supplémentaire. Selon les estimations de la Energy Information Administration du US Department of Energy, le carburant diesel utilisé pour le transport et le mazout domestique aux États-Unis se chiffreraient à environ 160 millions de tonnes (350 milliards de livres). Aux États-Unis, la production d’huile végétale pour tous les usages est estimée à environ 11 millions de tonnes (24 milliards de livres) et la production de graisse animale à 5,3 millions de tonnes (12 milliards de livres).

Si toute la superficie des terres arables des États-Unis (470 millions d’acres, ou 1,9 million de kilomètres carrés) était consacrée à la production de biodiesel à partir de soja, cela fournirait à peu près les 160 millions de tonnes requises (dans l’hypothèse d’un optimisme de 98 gal / acre de biodiesel). . En principe, les algues pourraient être considérablement réduites si les obstacles pouvaient être surmontés. Le département américain de l’énergie estime que si le carburant à base d’algues remplaçait tout le pétrole aux États-Unis, il faudrait 15 000 miles carrés (39 000 kilomètres carrés), soit quelques milliers de kilomètres carrés de plus que le Maryland, soit 30% de plus que la superficie de la Belgique. , en supposant un rendement de 140 tonnes / hectare (15 000 US gal / acre). Avec un rendement plus réaliste de 36 tonnes / hectare (3 834 gal US / acre), la superficie requise est d’environ 152 000 kilomètres carrés, soit à peu près la même que celle de l’État de Géorgie ou de l’Angleterre et du pays de Galles. Les avantages des algues sont qu’elles peuvent être cultivées sur des terres non arables, telles que les déserts ou dans des environnements marins, et que les rendements potentiels en huile sont beaucoup plus élevés que ceux obtenus à partir de plantes.

rendement
Le rendement de la matière première par unité de surface influe sur la faisabilité de l’augmentation de la production pour atteindre les immenses niveaux industriels nécessaires pour alimenter un pourcentage important de véhicules.

Quelques rendements typiques
Surgir rendement
L / ha US gal / acre
huile de palme 4752 508
Noix de coco 2151 230
Cyperus esculentus 1628 174
Colza 954 102
Soya (Indiana) 554-922 59,2–98,6
Suif chinois 907 97
Cacahuète 842 90
Tournesol 767 82
Chanvre 242 26
« Biocarburants: quelques chiffres ». Grist.org. Récupéré le 15/03/2010.
Makareviciene et al., « Opportunités d’utilisation du chufa sedge dans la production de biodiesel »,
Cultures et produits industriels, 50 (2013) p. 635, tableau 2.
Klass, Donald, « Biomasse pour les énergies renouvelables, combustibles,
and Chemicals « , page 341. Academic Press, 1998.
Kitani, Osamu, « Volume V: Ingénierie de l’énergie et de la biomasse,
CIGR Handbook of Agricultural Engineering « , Amer Society of Agricultural, 1999.
Le rendement en combustible des algues n’a pas encore été déterminé avec précision, mais le DOE aurait déclaré que les algues produisaient 30 fois plus d’énergie par acre que les cultures terrestres telles que le soja. Ami Ben-Amotz de l’Institut d’océanographie de Haïfa, qui pratique la culture commerciale des algues depuis plus de 20 ans, considère que des rendements de 36 tonnes / hectare sont pratiques.

Le jatropha a été cité comme source de biodiesel à haut rendement, mais les rendements dépendent fortement des conditions climatiques et du sol. Les estimations les plus basses indiquent un rendement d’environ 1,5 à 2 tonnes par hectare (200 US gal / acre) par culture; dans des climats plus favorables, deux récoltes ou plus par an ont été réalisées. Il est cultivé aux Philippines, au Mali et en Inde, résiste à la sécheresse et peut partager un espace avec d’autres cultures de rapport telles que le café, le sucre, les fruits et les légumes. Il est bien adapté aux terres semi-arides et peut contribuer à ralentir la désertification, selon ses partisans.

Efficacité et arguments économiques
Selon une étude de Drs. Van Dyne et Raymer pour la Tennessee Valley Authority, une ferme américaine consomme 82 litres de carburant par hectare (8,75 gal / acre) pour produire une récolte. Cependant, les récoltes moyennes de colza produisent de l’huile à un taux moyen de 1 029 L / ha (110 US / acre) et les champs de colza à haut rendement produisent environ 1 356 L / ha (145 US / acre). Le rapport entre entrée et sortie dans ces cas est d’environ 1: 12,5 et 1: 16,5. On sait que la photosynthèse a un taux d’efficacité d’environ 3 à 6% du rayonnement solaire total et que si l’ensemble de la masse d’une culture est utilisée pour la production d’énergie, l’efficacité globale de cette chaîne est actuellement d’environ 1%, alors que cette comparaison peut se révéler défavorable. des cellules combinées à une transmission électrique, le biodiesel est moins coûteux à déployer (les cellules solaires coûtent environ 250 USD par mètre carré) et le transport (les véhicules électriques nécessitent des batteries dont la densité énergétique est actuellement bien inférieure à celle des carburants liquides). Une étude de 2005 a révélé que la production de biodiesel à base de soja nécessite 27% plus d’énergie fossile que celle produite par le biodiesel et 118% d’énergie supplémentaire à partir de tournesol.

Cependant, ces statistiques en elles-mêmes ne suffisent pas pour montrer si un tel changement a un sens économique. Des facteurs supplémentaires doivent être pris en compte, tels que: l’équivalent carburant de l’énergie requise pour la transformation, le rendement du carburant à partir d’huile brute, le rendement de la culture d’aliments, l’effet du biodiesel sur les prix des aliments et le coût relatif du biodiesel par rapport le pétrodiesel, la pollution de l’eau par les eaux de ruissellement des exploitations agricoles, l’épuisement des sols et les coûts externalisés de l’ingérence politique et militaire dans les pays producteurs de pétrole destinés à contrôler le prix du pétrodiesel.

Le débat sur le bilan énergétique du biodiesel est en cours. Une transition complète vers les biocarburants pourrait nécessiter d’immenses étendues de terre si des cultures vivrières traditionnelles sont utilisées (bien que des cultures non alimentaires puissent être utilisées). Le problème serait particulièrement grave pour les pays à forte économie, car la consommation d’énergie varie en fonction de la production économique.

Si elles n’utilisent que des plantes alimentaires traditionnelles, la plupart de ces pays ne disposent pas de suffisamment de terres arables pour produire du biocarburant destiné à leurs véhicules. Les pays dont les économies sont moins importantes (d’où une consommation d’énergie moindre) et qui ont davantage de terres arables pourraient être dans de meilleures conditions, bien que de nombreuses régions ne puissent se permettre de détourner des terres de la production alimentaire.

Pour les pays du tiers monde, les sources de biodiesel utilisant des terres marginales pourraient avoir plus de sens; par exemple, les noix pongam oiltree cultivées le long des routes ou le jatropha cultivé le long des voies ferrées.

Dans les régions tropicales, telles que la Malaisie et l’Indonésie, des usines de production d’huile de palme sont plantées à un rythme rapide pour répondre à la demande croissante de biodiesel en Europe et sur d’autres marchés. Les scientifiques ont montré que l’élimination de la forêt pluviale pour les plantations de palmiers n’était pas écologiquement rationnelle, car l’expansion des plantations de palmiers à huile constituait une menace pour la forêt pluviale naturelle et la biodiversité.

En Allemagne, on estime que le biodiesel d’huile de palme représente moins du tiers des coûts de production du biodiesel de colza. La source directe du contenu énergétique du biodiesel est l’énergie solaire capturée par les plantes au cours de la photosynthèse. En ce qui concerne le bilan énergétique positif du biodiesel:

Lorsque la paille était laissée sur le terrain, la production de biodiesel était fortement positive en énergie, produisant 1 GJ de biodiesel pour 0,561 GJ d’apport d’énergie (rapport rendement / coût de 1,78).
Lorsque la paille était brûlée comme combustible et que la tourbe d’oléagineux était utilisée comme engrais, le rapport rendement / coût de la production de biodiesel était encore meilleur (3,71). En d’autres termes, pour chaque unité d’énergie utilisée pour produire du biodiesel, la production était de 3,71 unités (la différence de 2,71 unités proviendrait de l’énergie solaire).

Impact economique
De nombreuses études économiques ont été réalisées concernant l’impact économique de la production de biodiesel. Une étude commandée par le National Biodiesel Board a révélé que la production de biodiesel en 2011 avait permis de créer 39 027 emplois et de générer des revenus de plus de 2,1 milliards de dollars aux États-Unis. La croissance du biodiesel contribue également à augmenter considérablement le PIB. En 2011, le biodiesel a généré plus de 3 milliards de dollars de PIB. À en juger par la croissance continue de la norme sur les carburants renouvelables et l’extension de l’incitatif fiscal relatif au biodiesel, le nombre d’emplois peut atteindre 50 725, un revenu de 2,7 milliards de dollars et un PIB atteignant 5 milliards de dollars en 2012 et 2013.

Sécurité énergétique
L’un des principaux moteurs de l’adoption du biodiesel est la sécurité énergétique. Cela signifie que la dépendance d’un pays à l’égard du pétrole est réduite et remplacée par l’utilisation de sources disponibles localement, telles que le charbon, le gaz ou des sources renouvelables. Ainsi, un pays peut bénéficier de l’adoption de biocarburants sans réduire les émissions de gaz à effet de serre. Alors que le bilan énergétique total fait l’objet de débats, il est clair que la dépendance au pétrole est réduite. Un exemple est l’énergie utilisée dans la fabrication des engrais, qui pourrait provenir d’une variété de sources autres que le pétrole. Le Laboratoire national d’énergie renouvelable (NREL) des États-Unis affirme que la sécurité énergétique est le principal moteur du programme américain sur les biocarburants, et un document de la Maison Blanche intitulé « La sécurité énergétique au XXIe siècle » indique clairement que la sécurité énergétique est une raison majeure de promouvoir biodiesel. L’ancien président de la Commission européenne, Jose Manuel Barroso, lors d’une récente conférence de l’UE sur les biocarburants, a souligné que des biocarburants bien gérés pourraient renforcer la sécurité d’approvisionnement de l’UE grâce à la diversification des sources d’énergie.

Effets sur l’environnement
Le regain d’intérêt pour les biodiesels a mis en évidence un certain nombre d’effets environnementaux associés à son utilisation. Celles-ci peuvent inclure des réductions des émissions de gaz à effet de serre, la déforestation, la pollution et le taux de biodégradation.

Selon l’étude d’impact de la réglementation de l’EPA sur les énergies renouvelables, publiée en février 2010, le biodiesel contenu dans l’huile de soja entraîne en moyenne une réduction de 57% des gaz à effet de serre par rapport au gazole à base de pétrole, et le biodiesel produit à partir de graisse usée, à 86%. réduction. Voir le chapitre 2.6 du rapport de l’EPA pour plus d’informations.

Cependant, des organisations environnementales, telles que Rainforest Rescue et Greenpeace, critiquent la culture de plantes utilisées pour la production de biodiesel, telles que les palmiers à huile, le soja et la canne à sucre. Ils affirment que la déforestation des forêts tropicales aggrave le changement climatique et que des écosystèmes sensibles sont détruits pour défricher les terres destinées aux plantations de palmier à huile, de soja et de canne à sucre. De plus, ces biocarburants contribuent à la faim dans le monde, étant donné que les terres arables ne sont plus utilisées pour la culture d’aliments. L’Environmental Protection Agency (EPA) a publié des données en janvier 2012, montrant que les biocarburants à base d’huile de palme ne seraient pas pris en compte dans le mandat du pays en matière de carburants renouvelables, car ils ne sont pas respectueux du climat. Les environnementalistes se félicitent de cette conclusion car la croissance des plantations de palmiers à huile a entraîné la déforestation tropicale, par exemple en Indonésie et en Malaisie.

Nourriture, terre et eau contre carburant
Dans certains pays pauvres, la hausse du prix de l’huile végétale pose des problèmes. Certains proposent que le carburant ne soit fabriqué qu’à partir d’huiles végétales non comestibles telles que la camelina, le jatropha ou la guimauve au bord de la mer, qui peuvent prospérer sur des terres agricoles marginales où de nombreux arbres et cultures ne poussent pas ou ne produisent que de faibles rendements.

D’autres soutiennent que le problème est plus fondamental. Les agriculteurs peuvent passer de cultures vivrières à des cultures de biocarburants pour gagner plus d’argent, même si les nouvelles cultures ne sont pas comestibles. La loi de l’offre et de la demande prévoit que si moins d’agriculteurs produisent des aliments, leur prix augmentera. Cela peut prendre un certain temps, car les agriculteurs peuvent prendre un peu de temps pour changer leurs cultures, mais la demande croissante de biocarburants de première génération entraînera probablement une augmentation des prix de nombreux types d’aliments. Certains ont fait remarquer qu’il y a des agriculteurs pauvres et des pays pauvres qui gagnent plus d’argent en raison du prix plus élevé de l’huile végétale.

Le biodiesel provenant d’algues de mer ne déplacera pas nécessairement les terres terrestres actuellement utilisées pour la production alimentaire et de nouveaux emplois en algaculture pourraient être créés.

Par comparaison, il convient de mentionner que la production de biogaz utilise les déchets agricoles pour générer un biocarburant appelé biogaz, et produit également du compost, améliorant ainsi l’agriculture, la durabilité et la production alimentaire.

Les recherches en cours
Des recherches sont en cours pour trouver des cultures plus appropriées et améliorer le rendement en huile. D’autres sources sont possibles, notamment des matières fécales humaines, le Ghana construisant sa première « usine de biodiesel alimenté par des boues de vidange ». En utilisant les rendements actuels, il faudrait de grandes quantités de terre et d’eau douce pour produire suffisamment de pétrole pour remplacer complètement l’utilisation de combustibles fossiles. Il faudrait que deux fois la superficie des États-Unis soit consacrée à la production de soja, ou deux tiers à la production de colza, pour répondre aux besoins actuels en matière de chauffage et de transport aux États-Unis.

Les variétés de moutarde spécialement élevées peuvent produire des rendements en huile raisonnablement élevés et sont très utiles dans la rotation des cultures avec des céréales, et ont l’avantage supplémentaire que les restes de farine après que l’huile a été extraite peuvent agir en tant que pesticides efficaces et biodégradables.

Le NFESC, avec Biodiesel Industries, basé à Santa Barbara, travaille au développement de technologies de biodiesel pour la marine et l’armée américaines, l’un des plus grands utilisateurs de carburant diesel au monde.

Un groupe de développeurs espagnols travaillant pour une société appelée Ecofasa a annoncé un nouveau biocarburant fabriqué à partir de déchets. Le carburant est créé à partir de déchets urbains en général, traités par des bactéries pour produire des acides gras, qui peuvent être utilisés pour fabriquer du biodiesel.

Une autre approche qui n’exige pas l’utilisation de produit chimique pour la production implique l’utilisation de microbes génétiquement modifiés.

Biodiesel d’algues
De 1978 à 1996, le US NREL a expérimenté l’utilisation d’algues comme source de biodiesel dans le cadre du « Programme des espèces aquatiques ». Un article auto-publié de Michael Briggs, du groupe UNH Biodiesel, propose des estimations du remplacement réaliste de tout carburant de véhicule par du biodiesel en utilisant des algues contenant plus de 50% d’huile naturelle, ce qui, selon Briggs, peut être cultivé dans des étangs d’algues. dans les usines de traitement des eaux usées. Cette algue riche en huile peut ensuite être extraite du système et transformée en biodiesel, le reste séché étant ensuite retraité pour créer de l’éthanol.

La production d’algues pour la récolte d’huile de biodiesel n’a pas encore été réalisée à une échelle commerciale, mais des études de faisabilité ont été menées pour parvenir à l’estimation de rendement ci-dessus. En plus de son rendement élevé prévu, l’algaculture – contrairement aux biocarburants à base de cultures – n’entraîne pas de diminution de la production alimentaire, car elle n’a besoin ni de terres agricoles ni d’eau douce. De nombreuses entreprises recherchent des bio-réacteurs d’algues à des fins diverses, notamment pour accroître la production de biodiesel au niveau commercial.

Le professeur Rodrigo E. Teixeira de l’Université de l’Alabama à Huntsville a démontré l’extraction de lipides de biodiesel à partir d’algues humides en utilisant une réaction simple et économique dans des liquides ioniques.

Pongamia
Millettia pinnata, également connu sous le nom de Pongam Oiltree ou Pongamia, est un légumineux, oléagineux, candidat à la production d’huile végétale non comestible.

Les plantations de Pongamia destinées à la production de biodiesel présentent un double avantage environnemental. Les arbres stockent du carbone et produisent du mazout. Pongamia pousse sur des terres marginales impropres aux cultures vivrières et ne nécessite pas d’engrais nitrates. L’arbre producteur d’huile a le rendement le plus élevé en plantes productrices (environ 40% en poids de la graine est de l’huile) tout en poussant dans des sols mal nourris avec des niveaux de sel élevés. Il est en train de devenir un objectif principal dans plusieurs organisations de recherche sur le biodiesel. Les principaux avantages de Pongamia sont une récupération d’huile et une qualité d’huile supérieures à celles des autres cultures et l’absence de concurrence directe avec les cultures vivrières. Cependant, la croissance sur des terres marginales peut entraîner une baisse des rendements en huile, ce qui pourrait créer une concurrence avec les cultures vivrières pour obtenir un meilleur sol.

Jatropha
Plusieurs groupes de divers secteurs mènent des recherches sur le Jatropha curcas, un arbre en forme d’arbuste toxique qui produit des graines considérées par beaucoup comme une source viable d’huile de biodiesel. Une grande partie de ces recherches sont axées sur l’amélioration du rendement global en huile de jatropha par acre grâce à des avancées en génétique, en pédologie et en pratiques horticoles.

SG Biofuels, un développeur de Jatropha basé à San Diego, a utilisé la sélection moléculaire et la biotechnologie pour produire des semences hybrides élites de Jatropha qui montrent des améliorations de rendement significatives par rapport aux variétés de première génération. SG Biofuels affirme également que de telles souches ont apporté des avantages supplémentaires, notamment une synchronicité de floraison améliorée, une résistance accrue aux parasites et aux maladies et une tolérance accrue au froid.

Plant Research International, un département de l’université et du centre de recherche de Wageningen aux Pays-Bas, gère un projet d’évaluation du jatropha (PEC) en cours qui examine la faisabilité de la culture à grande échelle du jatropha par des expériences sur le terrain et en laboratoire.

Le Centre pour une agriculture énergétique durable (CfSEF) est une organisation de recherche à but non lucratif basée à Los Angeles qui se consacre à la recherche sur le jatropha dans les domaines de la phytologie, de l’agronomie et de l’horticulture. Une exploration réussie de ces disciplines devrait augmenter les rendements de production des exploitations agricoles de Jatropha de 200 à 300% au cours des dix prochaines années.

Champignons
Un groupe de l’Académie des sciences de Russie à Moscou a publié un article en septembre 2008 dans lequel il déclarait avoir isolé de grandes quantités de lipides de champignons unicellulaires et l’avoir transformé en biodiesel de manière économiquement efficace. Plus de recherche sur cette espèce de champignon; Cunninghamella japonica et d’autres apparaîtront probablement prochainement.

La découverte récente d’une variante du champignon Gliocladium roseum laisse entrevoir la production de myco-diesel à partir de cellulose. Cet organisme a récemment été découvert dans les forêts pluviales du nord de la Patagonie et possède la capacité unique de convertir la cellulose en hydrocarbures de longueur moyenne, généralement présents dans le carburant diesel.

Biodiesel de marc de café usagé
Des chercheurs de l’Université du Nevada, à Reno, ont réussi à produire du biodiesel à partir d’huile obtenue à partir de marc de café usagé. Leur analyse des sols utilisés a montré une teneur en huile de 10% à 15% (en poids). Une fois l’huile extraite, elle subissait un traitement classique en biodiesel. On estime que le biodiesel fini pourrait être produit pour environ un dollar américain par gallon. En outre, il a été rapporté que « la technique n’est pas difficile » et « il y a tellement de café autour que plusieurs centaines de millions de gallons de biodiesel pourraient potentiellement être fabriqués chaque année ». Cependant, même si tout le marc de café dans le monde était utilisé pour fabriquer du carburant, la quantité produite serait inférieure à 1% du diesel utilisé aux États-Unis chaque année. « Cela ne résoudra pas le problème énergétique du monde », a déclaré le Dr Misra à propos de son travail.

Sources exotiques
Récemment, la graisse d’alligator a été identifiée comme une source de production de biodiesel. Chaque année, environ 15 millions de livres de graisse alligator sont éliminées dans des décharges en tant que sous-produit de déchet de l’industrie de la peau et de la peau d’alligator. Des études ont montré que le biodiesel produit à partir de graisse d’alligator avait une composition similaire à celle de biodiesel créé à partir de soja et qu’il était moins coûteux à raffiner car il s’agissait principalement d’un déchet.

Le biodiesel à l’hydrogène
Un microréacteur a été mis au point pour convertir le biodiesel en vapeur d’hydrogène afin d’alimenter les piles à combustible.

Le reformage à la vapeur, également appelé reformage de combustibles fossiles, est un processus qui produit de l’hydrogène à partir d’hydrocarbures, notamment du biodiesel, en raison de son efficacité. Un ** microréacteur **, ou reformeur, est le dispositif de traitement dans lequel la vapeur d’eau réagit avec le combustible liquide à des températures et pressions élevées. À des températures comprises entre 700 et 1100 ° C, un catalyseur à base de nickel permet la production de monoxyde de carbone et d’hydrogène:

Hydrocarbure + H2O ⇌ CO + 3 H2 (hautement endothermique)

De plus, un rendement plus élevé en gaz hydrogène peut être exploité en oxydant davantage le monoxyde de carbone pour produire plus d’hydrogène et de dioxyde de carbone:

CO + H2O → CO2 + H2 (légèrement exothermique)

Informations générales sur les piles à combustible à hydrogène

Les piles à combustible fonctionnent comme une batterie en ce sens que l’électricité est exploitée par des réactions chimiques. La différence entre les piles à combustible et les piles réside dans leur capacité à être alimentées par le flux constant d’hydrogène présent dans l’atmosphère. De plus, ils ne produisent que de l’eau en tant que sous-produit et sont pratiquement silencieux. L’inconvénient des piles à combustible fonctionnant à l’hydrogène est le coût élevé et les dangers du stockage d’hydrogène hautement combustible sous pression.

L’un des moyens par lesquels les nouveaux processeurs peuvent surmonter les dangers du transport de l’hydrogène est de le produire si nécessaire. Les microréacteurs peuvent être assemblés pour créer un système qui chauffe les hydrocarbures sous haute pression afin de générer de l’hydrogène gazeux et du dioxyde de carbone, un processus appelé reformage à la vapeur. Cela produit jusqu’à 160 gallons d’hydrogène / minute et donne le potentiel d’alimenter des stations de ravitaillement en hydrogène, voire une source de carburant à bord pour les véhicules à pile à hydrogène. La mise en œuvre dans les voitures permettrait de transformer les carburants riches en énergie, tels que le biodiesel, en énergie cinétique, tout en évitant la combustion et les sous-produits polluants. La pièce carrée de métal, de la taille d’une main, contient des canaux microscopiques avec des sites catalytiques, qui convertissent en continu le biodiesel, et même son sous-produit glycérol, en hydrogène.

Préoccupations
L’usure du moteur
La lubrification du carburant joue un rôle important dans l’usure d’un moteur. Un moteur diesel utilise son carburant pour assurer la lubrification des composants métalliques qui sont constamment en contact les uns avec les autres. Le biodiesel est un lubrifiant bien meilleur que le gazole à base de pétrole en raison de la présence d’esters. Des tests ont montré que l’ajout d’une petite quantité de biodiesel au diesel peut augmenter considérablement le pouvoir lubrifiant du carburant à court terme. Cependant, sur une période plus longue (2 à 4 ans), des études montrent que le biodiesel perd son pouvoir lubrifiant. Cela pourrait être dû à une corrosion accrue dans le temps due à l’oxydation des molécules insaturées ou à une teneur accrue en eau dans le biodiesel par absorption d’humidité.

Viscosité du carburant
L’une des principales préoccupations concernant le biodiesel est sa viscosité. La viscosité du diesel est comprise entre 2,5 et 3,2 cSt à 40 ° C et celle du biodiesel à base d’huile de soja est comprise entre 4,2 et 4,6 cSt. La viscosité du diesel doit être suffisamment élevée pour permettre une lubrification suffisante des pièces du moteur, mais suffisamment faible pour température de fonctionnement. La viscosité élevée peut obstruer le filtre à carburant et le système d’injection des moteurs. L’huile végétale est composée de lipides avec de longues chaînes d’hydrocarbures. Pour réduire sa viscosité, les lipides sont décomposés en molécules plus petites d’esters.Pour ce faire, l’huile végétale et les graisses animales sont converties en alkyl esters par transestérification afin de réduire leur viscosité. Néanmoins, la viscosité du biodiesel reste supérieure à celle du diesel et le moteur peut ne pas être en mesure d’utiliser le carburant à basse température en raison du ralentissement du débit. le filtre à carburant.

Performance du moteur
Le biodiesel a une consommation de carburant spécifique au frein supérieure à celle du diesel, ce qui signifie qu’une consommation de biodiesel supérieure est nécessaire pour le même couple. Cependant, le mélange de biodiesel B20 s’est avéré fournir une augmentation maximale de l’efficacité thermique, une consommation d’énergie spécifique au frein minimale et des émissions nocives réduites. Les performances du moteur dépendent des propriétés du carburant, de la combustion, de la pression des injecteurs et de nombreux autres facteurs. Comme il existe différents mélanges de biodiesel, cela peut expliquer les rapports contradictoires concernant les performances du moteur.