Les biocarburants

Dans le contexte de la mondialisation, la mobilité est une condition préalable essentielle pour développer l’économie de manière positive. Le besoin mondial de mobilité individuelle toujours plus fort entraîne par ailleurs une consommation d’énergie croissante dans le secteur des transports qui, à l’heure actuelle, dépend à 90 % du pétrole. Dans la mesure où la disponibilité du pétrole est limitée alors que son prix ne cesse de croître, de plus en plus de pays revoient leur politique d’approvisionnement en consacrant une part progressivement supérieure aux biocarburants.

Le marché des biocarburants compte aujourd’hui le biodiesel et le bioéthanol, ce dernier ayant nettement creusé l’écart sur la scène internationale. Les entreprises allemandes proposent depuis de longues années une technique fiable et éprouvée permettant à des installations de traiter les matières premières (huileries) et de produire des biocarburants. Elles couvrent l’ensemble de la chaîne de création de valeur et construisent à l’échelle internationale des installations produisant du biodiesel, du bioéthanol et du biogaz, dont le traitement permet d’obtenir une qualité comparable au gaz naturel.

Technologies et applications

Le bioéthanol

Le bioéthanol est fabriqué à partir de différentes matières premières agricoles amylacées ou à forte concentration en sucre. En Europe, on utilise des céréales et des betteraves sucrières, tandis qu’au Brésil, on privilégie la canne à sucre et qu’aux États-Unis, l’accent est mis sur le maïs grain. Le bioéthanol est transformé en alcool traditionnel par fermentation éthylique de sucres, à l’aide de levures, pour ensuite être purifié. Du côté des céréales, l’amidon est divisé en sucre par hydrolyse enzymatique. À ce stade, on obtient un sous-produit valorisé dénommé drêche sèche (Dried Distillers Grains with Solubles, DDGS), aliment protéique précieux pour la nutrition animale, contenant 30 % de protéines.

Par ailleurs, la fermentation de la drêche et des autres sous-produits issus de la production de bioéthanol dans les installations de biogaz, présente des avantages d’un point de vue énergétique. Le biogaz ainsi obtenu reste dans l’installation en tant que chaleur de processus ou alors, est alimenté dans le réseau. Les sous-produits résultants de la fabrication du bioéthanol à partir de betteraves sucrières sont la vinasse et la pulpe de betterave, utilisés comme fourrage ou engrais. On a besoin d’un kilogramme de drêches de distillerie, soit 600 grammes de vinasse et de pulpes, pour obtenir un litre de bioéthanol.

Le bioéthanol est avant tout utilisé en Allemagne sous forme mélangée, en proportions différentes, dans l’essence pour moteurs. La directive 2009/30/CE fixe les conditions-cadres pour une homologation nationale : le pourcentage d’incorporation volumétrique peut atteindre jusqu’à 10 % d’éthanol (E10) dans les essences moteurs contre 5 % (E5) autorisés jusqu’à présent. Depuis le début de l’année 2011, le E10 est commercialisé dans les stations-essence allemandes. En Allemagne, plus de 90 % de toutes les voitures et, en règle générale, la totalité des véhicules neufs, peuvent se ravitailler sans problème en E10. Jusqu’à nouvel ordre, toutes les stations-essence en Allemagne, afin d’éviter les pénuries, sont tenues de proposer de l’essence conventionnelle (E5) jusqu’à ce que d’autres types de carburants soient disponibles.

Le carburant au bioéthanol E85 est disponible, à travers toute l’Allemagne, dans quelque 350 stations-essence. Ce carburant présente un bilan écologique particulièrement favorable : du champ au réservoir d’essence, l’E85 libère environ deux fois moins de CO₂ que l’essence fossile. Les véhicules spécialement équipés, dits «polycarburants» (VCM), peuvent utiliser en proportions variées jusqu’à 85 % de bioéthanol (E85). Les VCM (ou Flex full) sont les véhicules « à carburant modifiable » : un capteur reconnaît la proportion d’essence et de bioéthanol dans le mélange du réservoir, et le système de gestion du moteur adapte automatiquement le point d’allumage à la composition du mélange. Sur le marché allemand, Audi, Bentley, Ford, Opel, Saab et Volvo proposent de tels VCM.

La fabrication de l’éthyl-tertio-butyl-éther (ETBE), dont la part de bioéthanol peut atteindre 47 %, est un marché important pour le bioéthanol. Il sert de substitut au méthyl-tertio-butyl-éther (MTBE), un additif d’origine exclusivement fossile utilisé pour réduire le cliquetis des moteurs à essence. Le mélange ETBE / essence est autorisé à hauteur de 22 % par la directive européenne définissant la qualité des carburants.

Selon certaines estimations, la production, à travers le globe, de bioéthanol aurait atteint, en 2010 , quelques 70 millions de tonnes (contre 60 millions
de tonnes en 2009). La production au sein de l’UE a connu une augmentation en 2010, atteignant désormais environ 3,5 millions de tonnes (contre près de
3 millions de tonnes en 2009). Les neuf centrales de bioéthanol allemandes ont produit quelque 0,6 million de tonnes en 2010, valeur quasi inchangée par rapport à l’année précédente. Un tiers de la production du bioéthanol allemand provenait de betteraves sucrières et deux tiers de céréales.

Les matières premières principalement utilisées pour la production de bioéthanol sont le blé et le seigle ; toutefois, on a également recours à d’autres céréales telles que l’avoine, l’orge, le maïs et le triticale. La consommation de bioéthanol a connu une nouvelle progression importante de 28 %, passant de 0,9 million de tonnes en 2009 à 1,16 million de tonnes. Ainsi, le pourcentage de bioéthanol par rapport à l’ensemble de la consommation en carburant est passé de 4,5 % en 2009 à 5,9 %.

: PPM Energie Germany GmbH
Cette usine de production de biodiesel à Regensburg, en Allemagne, produit environ 33 000 tonnes de biodiesel

Le biodiesel

L’huile végétale est à la base de la production du biodiesel. En principe, il est possible d’utiliser toute sorte d’huile végétale. En Europe on fait plus particulièrement appel à l’huile de colza comme matière première, tandis qu’aux Etats-Unis ou en Amérique du Sud, on privilégie plutôt l’huile de soja. L’utilisation d’huile de palme, de tournesol et de jatropha est également adaptée. Au-delà, les huiles alimentaires usagées et les graisses animales conviennent, en fonction de leur traitement, à la fabrication de biodiesel. Les huiles végétales se distinguent malgré tout par leur composition en acides gras et, donc, dans leur aptitude à pouvoir également être utilisées sous forme de biodiesel pendant la période hivernale. On reconnaît cette caractéristique à la dénommée valeur TLF, température limite de filtrabilité (Cold Filter Plugging Point, en anglais) qui s’élève à plus cinq degrés pour l’huile de palme et à moins douze degrés pour le biodiesel à base de colza. Selon la valeur TFL, il est possible de définir, dans le cadre de l’utilisation de biodiesel, un intervalle de temps limité (été) en fonction de la zone climatique, pendant lequel le biodiesel traditionnel sera mélangé à un biodiesel à base d’huile de palme.

Un fourrage protéique à fort potentiel pour la production animale résulte de la production d’huile végétale sous la forme de tourteaux de colza ou de soja. 100 kg de graines de colza produisent un tourteau de colza d’un poids grossièrement calculé de 57 kg et 43 kg d’huile de colza ; dans le cas de graines de soja, on obtient un tourteau d’environ 80 kg et 20 kg d’huile. En fonction de la technologie à laquelle a respectivement recours la centrale, on ajoute à l’huile démucilaginée ou, de surcroît, extraite et raffinée, du méthanol, avant de lui faire subir une estérification à l’aide d’un catalyseur qui la transforme en ester méthylique d’acides gras (FAME/biodiesel). La glycérine, sous-produit découlant de ce processus, est utilisée dans le cadre de différents débouchés, principalement dans l’industrie pharmaceutique. Le résultat obtenu est un carburant, dont la densité énergétique mais surtout les propriétés d’écoulement (viscosité) sont relativement équivalentes au diesel, ce qui le rend particulièrement adapté aux moteurs diesel traditionnels.

L’Allemagne n’a cessé, ces dernières années, de perfectionner la méthode de fabrication du biodiesel (« fatty acid methyl esther » en anglais, FAME en abrégé). Aujourd’hui les installations provenant du marché allemand sont aussi bien adaptées à une production de grande envergure, de plusieurs centaines de milliers de tonnes par an, qu’aux petites installations décentralisées dont la production annuelle avoisine les milliers de tonnes. Une association réunissant les producteurs et les distributeurs allemands du biodiesel a, ces dix dernières années, développé un système de gestion de la qualité appliquée au biodiesel, qui soutient également les fournisseurs d’installations sur la scène internationale dans le cadre du programme « Biodiesel Production AGQM Certified» (BPAC).

Le pilier de la certification BPAC est le respect des valeurs limites prévues par la norme DIN EN 14214, complété par des exigences supplémentaires pour certains paramètres de contrôle. BPAC tient compte des spécifications régionales s’écartant des prescriptions valables sur le marché allemand.

Sous sa forme pure (B100), le biodiesel peut être utilisé dans les véhicules utilitaires (camions, bus, machines agricoles). Au-delà, il peut également être mélangé au diesel conventionnel. En Europe, depuis la fin 2010, un mélange à hauteur de 7 % (volume) est autorisé sur la base de la norme européenne modifiée pour le diesel EN 590. Environ 18 millions de tonnes de biodiesel ont été produites en 2010 au niveau mondial (contre 14 millions en 2009), dont 26 % en Amérique du Sud (Brésil et Argentine), 13 % aux États-Unis et environ 61 % dans l’Europe des 27.

La capacité de production allemande a atteint environ 4,9 millions de tonnes en 2010 (45 installations ayant une capacité individuelle comprise entre 2 000 tonnes et 580 000 tonnes par an), ce qui lui permet de se placer en tête du marché mondial. En 2010, un total de 2,6 millions de tonnes de biodiesel a été écoulé en remplacement du diesel traditionnel, soit environ 8 % de la consommation en carburant diesel en Allemagne. Les huiles végétales non traitées peuvent également être utilisées en tant que carburant pour les moteurs diesel pour des applications mobiles et stationnaires (centrales de cogénération). Leur viscosité importante, comparée aux carburants diesel, ainsi que leur faible indice de cétane nécessitent toutefois une légère adaptation des moteurs. Les entreprises allemandes proposent pour ce faire un dispositif sous forme de kit préfabriqué qui s’intègre facilement à l’alimentation en carburant existante (système de réservoir simple ou double). En 2010, l’Allemagne a écoulé 60 000 tonnes de carburant à base d’huile végétale.

Le biométhane

Ayant la même qualité que le gaz naturel, le biogaz purifié (appelé également biométhane) peut être utilisé sans restriction dans les véhicules fonctionnant au gaz naturel. Pour que la qualité du biogaz, obtenu à partir d’une fermentation anaérobie, soit équivalente à celle du gaz naturel fossile, le CO2 et les autres gaz de traçage sont éliminés. Le biométhane peut être injecté dans le réseau de gaz naturel et être distribué dans toute station de gaz naturel. Après une compression de 250 bars, il peut immédiatement être utilisé comme carburant. Il est possible de rattacher directement une station de biogaz à une centrale de méthanisation équipée d’une installation de traitement, et d’approvisionner les véhicules équipés en marge du réseau de gaz (approvisionnement autarcique). Fin 2010, quelque 12,7 millions de véhicules roulaient au gaz naturel dans le monde, faisant progresser le marché de presque 12 % par rapport à l’année précédente.

Ne serait-ce qu’au Pakistan, on compte environ 2,74 millions de véhicules. En Iran, ce chiffre était de 1,95 million, en Argentine, de 1,90 million et au Brésil, de 1,66 million de véhicules. En Europe, l’Italie est en tête du peloton avec environ 730 000 véhicules. En Allemagne, on compte à peu près 92 000 véhicules roulant au gaz naturel. Plus de 18 000 stations-essence proposant du gaz naturel étaient par ailleurs en service à travers le globe.