Booster les biocarburants cellulosiques

Le ministère de l'Énergie Laboratoires nationaux des énergies renouvelables (NREL) va commencer à tester un catalyseur développé par Dow Chemical, le géant industriel basé à Midland, MI, pour voir s'il peut être utilisé pour augmenter massivement la production d'éthanol issu de la biomasse.

Pacte biocarburant : NREL et Dow Chemical collaborent à l'amélioration des procédés thermochimiques pour fabriquer du biocarburant à base d'éthanol à partir de biomasse cellulosique, comme les déchets de bois. Les groupes espèrent utiliser un catalyseur Dow pour améliorer la conversion du gaz de synthèse en éthanol.

Le partenariat tentera de trouver des moyens de fabriquer du biocarburant à base d'éthanol à partir de biomasse cellulosique, comme des déchets de maïs ou de bois, en utilisant des procédés thermochimiques. Plus précisément, NREL cherche à utiliser un catalyseur Dow pour convertir le gaz de synthèse - un mélange d'hydrogène et de dioxyde de carbone obtenu à partir de la gazéification de la biomasse - en un mélange d'alcools, dont l'éthanol. L'accord conjoint demande aux partenaires de démontrer le processus à l'échelle pilote et d'évaluer la faisabilité d'une installation intégrée à l'échelle commerciale.

L'espoir est qu'un catalyseur au sulfate de molybdène développé par Dow dans les années 1980 améliorera le processus de conversion du gaz de synthèse. En cas de succès, un processus catalytique pourrait théoriquement atteindre des taux de production de 130 gallons d'alcool par tonne de biomasse, une amélioration significative par rapport aux rendements de 60 à 80 gallons produits par les usines de fermentation biochimique existantes, explique Mark Jones, scientifique en développement de stratégies technologiques. avec Dow.

Le NREL développe déjà des réactions thermochimiques, comme la gazéification, pour fabriquer de l'éthanol à partir de la biomasse. Par rapport aux usines de fermentation d'éthanol biochimique, la production thermochimique est beaucoup plus rapide, explique Stephen Gorin, scientifique principal au NREL, à Golden, CO. Le débit est très élevé, dit-il. D'avant en arrière, vous parlez d'ordres de secondes au lieu de cinq à six jours en utilisant la production biochimique.

Les températures élevées utilisées dans la gazéification peuvent décomposer à peu près n'importe quelle forme de biomasse et gérer facilement la teneur élevée en lignine qui peut représenter jusqu'à 25 pour cent de nombreuses formes de biomasse. Cela signifie que les matières premières non comestibles, telles que les déchets de bois et les tiges et feuilles des cultures, peuvent être utilisées.

Mais un problème avec la production thermochimique réside dans les étapes finales de la synthèse, où des catalyseurs sont utilisés pour convertir le gaz de synthèse en un mélange mixte d'alcools contenant de l'éthanol. Le NREL veut rendre le procédé plus sélectif pour la synthèse d'éthanol et augmenter les rendements.

Il est logique que NREL s'associe à Dow, explique Gorin, car la société chimique a une longue expérience dans la fabrication du catalyseur, ainsi qu'une expertise dans la mise à l'échelle des processus industriels aux tailles nécessaires à la production commerciale.

Dow travaille sur son catalyseur depuis un certain temps, déclare Paul Dauenhauer, ingénieur chimiste au Université du Minnesota , à Minneapolis. Avec l'approche thermochimique de la fabrication de biocarburants, l'étape catalytique de conversion du gaz de synthèse en alcools est le facteur limitant en termes de coût et de conception, dit-il. L'autre facteur limitant est la mise à l'échelle. Il est loin d'être simple de prendre une usine pilote et d'essayer d'obtenir les mêmes résultats à l'échelle industrielle, explique Dauenhauer.

Dow est convaincu que le catalyseur atteindra les rendements dont NREL a besoin, mais la partie difficile consiste à augmenter la production, a déclaré Jones. Il y a toutes sortes de variables qui peuvent changer lorsque la taille d'une ligne de production augmente, comme les taux de chaleur, la conception de l'équipement et la gestion des contaminants, dit-il. Dow a déjà augmenté la production complète pour le catalyseur de sulfate de molybdène, dit Jones. Et Dow a démontré la production d'éthanol en utilisant des quantités d'une tonne de biomasse.

En échange de sa contribution, Dow obtient l'expertise de NREL dans la gazéification à grande échelle. L'intérêt de Dow pour la production d'éthanol ne réside pas dans le développement de carburants de transport, mais plutôt dans la réduction de sa propre dépendance au pétrole, explique Jones. L'industrie pétrochimique ne représente qu'environ 1 % de la consommation totale de pétrole, mais elle en a néanmoins besoin comme matière première pour produire la vaste gamme de matériaux. Notre objectif est d'essayer d'améliorer notre position de matière première, déclare Jones.

En particulier, l'éthanol est un très bon précurseur pour arriver à l'éthylène, dit-il. L'éthylène est un élément de base pour de nombreux produits chimiques et plastiques. Les charges d'alimentation et les coûts énergétiques représentent actuellement un peu moins de la moitié des coûts totaux de production et d'exploitation de Dow. En 2007, Dow a dépensé 24 milliards de dollars pour acheter des matières premières et de l'énergie.

L'objectif du partenariat est de commencer à tester et d'essayer d'améliorer les performances du catalyseur dès octobre, explique Gorin. Mais les détails précis du partenariat de trois ans doivent encore être précisés et les objectifs de performance du catalyseur restent exclusifs.

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