Biodiesel : une nouvelle façon de transformer les plantes en carburant

Les éco-rêveurs ont longtemps espéré trouver un moyen de conduire sans contribuer au réchauffement climatique, mais la lenteur des progrès dans les technologies des carburants alternatifs a empêché cette vision de se concrétiser. Maintenant, un nouveau processus prometteur, conçu par des chercheurs de l'Université du Wisconsin et décrit dans un article paru dans la revue La science le 2 juin, pourrait être une étape importante vers la transformation de ce rêve en réalité.

Le document détaille une nouvelle façon de produire du carburant biodiesel, qui est fabriqué à partir de matières végétales. Le raffinage traditionnel du biodiesel utilise uniquement les acides gras d'une plante, qui représentent généralement moins de 10 pour cent de la masse des plantes séchées. Plutôt que de convertir uniquement la graisse, cette nouvelle méthode promet de transformer toute la matière végétale séchée, y compris les racines, les tiges, les feuilles et les fruits, en biodiesel ou en énergie thermique.

L'éthanol, le biocarburant le plus populaire et le plus commercial, a longtemps été raffiné à partir de matières végétales, mais il nécessite l'étape coûteuse et énergivore de distiller chaque molécule d'eau de la solution. En revanche, le nouveau procédé de biodiesel est basé sur des réactions en phase aqueuse, qui n'ont pas besoin de passer par la phase de distillation coûteuse.

La plus grande avancée que nous ayons à offrir est l'absence de ce processus de distillation, explique George Huber, l'un des auteurs de l'article et étudiant diplômé de l'Université du Wisconsin qui enseignera bientôt à l'Université du Massachusetts à Amherst. Cela signifie que notre processus est exothermique. En d'autres termes, il n'a pas besoin de beaucoup d'énergie supplémentaire. Et c'est important, car le coût le plus important du processus actuel de raffinage des biocarburants est l'énergie.

La nouvelle méthode est divisée en quatre parties. Tout d'abord, un flux de biomasse traitée composé d'eau et de sucres est alimenté sur un catalyseur nickel-étain pour éliminer certains de ses atomes d'hydrogène. Ensuite, le cours d'eau est traité avec des acides qui éliminent la majeure partie de l'eau. La boue résultante est ensuite transportée sur un catalyseur de base solide, qui la forme en longues chaînes carbonées, appelées alcanes. Enfin, ces alcanes sont passés à travers un catalyseur platine-silice-alumine à haute température, tandis que l'hydrogène de la première étape est introduit dans le réacteur. Le liquide résultant a presque exactement la même structure chimique que le biodiesel traditionnellement raffiné et brûle de la même manière dans les moteurs diesel. Et les seuls sous-produits sont l'eau et la chaleur.

Si le processus peut être étendu à des niveaux industriels, cela pourrait être une étape majeure vers la création d'un carburant de transport qui brûle relativement proprement, ne contribue pas au réchauffement climatique et fournit aux agriculteurs américains des milliards de dollars de nouveaux revenus.

Selon Bill Jones, président du conseil d'administration de Pacific Ethanol, l'une des principales sociétés de biocarburants, l'industrie pétrolière considère actuellement l'industrie émergente des biocarburants avec crainte plutôt qu'avec acceptation.

Mais ils finiront par revenir, dit-il. Ils comprendront qu'il ne s'agit pas seulement de concurrence, c'est un tout nouveau marché pour eux.

Il souligne que l'industrie pétrolière brésilienne a également résisté aux tentatives du gouvernement de promouvoir les biocarburants, mais qu'elle est désormais un grand partisan - plus de la moitié des importations de pétrole du Brésil ont été remplacées par des biocarburants (voir le Examen de la technologie article de couverture d'avril sur les idées qui changent le monde).

D'autres n'ont pas besoin d'être convaincus, cependant. Charles Wyman, professeur distingué au Dartmouth College à Hanover NH, dont la spécialité est la conversion biologique de la biomasse cellulosique en éthanol et autres produits, affirme que cette nouvelle méthodologie pourrait donner au biodiesel une chance de réussir sur le marché commercial en permettant aux fabricants de fabriquer soit carburant à l'éthanol ou au biodiesel.

Une fois que vous avez décomposé tous les sucres contenus dans la matière végétale, la seule option que nous avions auparavant était de fabriquer de l'éthanol, explique Wyman. Cela présente plus d'options.

À l'avenir, un seul centre de fabrication, après avoir raffiné la biomasse en sucres, pourrait fabriquer du biodiesel ou de l'éthanol, en fonction de la demande du marché. Cependant, Wyman souligne également que la bataille économique n'est pas nécessairement gagnée.

En fin de compte, c'est le prix à la station-service où ces technologies gagnent ou perdent, pas au laboratoire, dit-il.

Pour s'assurer que le biodiesel et l'éthanol deviennent plus compétitifs sur le marché, Wyman affirme qu'une percée clé est nécessaire pour fabriquer du carburant diesel ou d'autres produits tels que l'éthanol à partir de sucres de manière compétitive. Selon lui, les avancées dans ce domaine pourraient battre les prix de gros de l'essence.

Et certains pensent qu'une percée se profile à l'horizon. Les progrès réalisés au cours des deux dernières années dans la technologie des enzymes par les laboratoires nationaux des énergies renouvelables et des sociétés privées telles que Iogen et Novozymes ont considérablement réduit les coûts de transformation de la cellulose, ce qui est très proche de rendre l'ensemble du système économiquement compétitif avec du gaz bon marché.

Le nouveau procédé développé par James Dumesic, professeur de génie chimique et biologique à l'Université du Wisconsin, et Huber contribuera à réduire ces coûts en limitant la quantité de déchets, puisque tout type de matière végétale peut être introduit dans leur système. Contrairement aux raffineries d'éthanol actuelles, qui ne peuvent fonctionner qu'avec des matériaux à haute teneur en glucose tels que le maïs, le carburant biodiesel généré par ce processus utilise la cellulose, les racines et les tiges de n'importe quelle plante.

Cela signifie que la biomasse des déchets de la vaste industrie agricole américaine - de la tige de maïs (les tiges et les feuilles de la plante) aux coquilles d'arachide et aux feuilles mortes - peut être utilisée. Une étude récente du Département de l'agriculture des États-Unis (voir Notebook) a estimé que plus de 1,3 milliard de tonnes de ces déchets sont produits chaque année. Si tout était transformé en biodiesel, il fournirait suffisamment de carburant pour remplacer un tiers du pétrole consommé aux États-Unis. De plus, transformer des terres agricoles actuellement inutilisées en prairies à récolter pour la production de biodiesel représenterait facilement les deux autres tiers des besoins en pétrole.

Cela, bien sûr, signifie qu'un autre bénéficiaire d'une telle transformation serait les agriculteurs familiaux, selon Jones de Pacific Ethanol. Les raffineries d'éthanol appartenant à des coopératives d'agriculteurs fournissent déjà l'essentiel de la production d'éthanol aux États-Unis, et les raffineries de biodiesel pourraient être calquées sur le même programme.

Cependant, perfectionner ce nouveau processus n'est que la première étape du très long processus de transformation du pays en une nation biodiesel. Pour que cela se produise, l'ensemble du parc automobile américain devrait, bien sûr, passer des moteurs à combustion interne aux moteurs diesel ; mais cette décision pourrait être attrayante, car les nouveaux moteurs causeraient moins de pollution (les véhicules au biodiesel produiraient beaucoup moins de polluants comme les oxydes de soufre et d'azote.)

Un tel changement radical dans l'infrastructure de transport des États-Unis ne se produira pas rapidement. Plus probablement, la production de biodiesel démarrera lentement, puis passera à une échelle industrielle, si elle est compétitive avec le diesel et l'essence.

Pourtant, Huber pense que son équipe a fait un pas important vers l'exploitation de l'une des ressources énergétiques les plus répandues et les moins utilisées au monde.

Si c'est un succès, dit-il, je peux dire que j'ai aidé à convertir nos ressources en biomasse pour alimenter notre système de transport.

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