Les nouvelles technologies de production de biocarburants : état … · 2016-05-11 · Les nouvelles technologies de production de biocarburants : état des lieux et enjeux des filières

Les nouvelles technologies de production de biocarburants : état des lieux et enjeux des filières en développement

Les nombreux programmes de recherche dédiés aux nouvelles générations debiocarburants mis en œuvre depuis une dizaine d’années commencent à porter leursfruits. Bien qu’aucune usine commerciale ne soit encore en exploitation, la faisabilitéindustrielle à grande échelle et à coûts compétitifs des filières de production debiocarburants de 2e génération pourrait être démontrée à court terme. S’agissant desbiocarburants de 3e génération à partir de biomasse algale, cette filière suscite un vifintérêt pour la R&D, mais n’en reste encore qu’aux balbutiements.

La France incorpore aujourd’hui près de 7 % debiocarburants dans le pool de carburants essence etgazole pour le transport routier, et ambitionne, toutcomme l’ensemble des États membres européens, uneincorporation d’environ 10 % en 2020.

Les biocarburants aujourd’hui commercialisés, dits de1re génération, sont issus de ressources agricolesconventionnelles (betterave/céréales/canne à sucrepour l’éthanol, colza/tournesol/soja/palme pour le bio-diesel), et devraient voir leurs limites de développementatteintes dans les années à venir. De nouvelles filièressont donc en cours de recherche et développement pourrépondre à la demande croissante en substituts auxcarburants fossiles. On distingue parmi elles :■ les biocarburants de 2e génération, issus de la bio-

masse lignocellulosique (bois, pailles, résidus agricoleset forestiers, cultures lignocellulosiques dédiées),

■ les biocarburants dont les procédés de productionsont déjà matures (ester méthylique d’huiles végé-tales, hydrogénation d’huiles végétales), mais utili-sant de nouvelles ressources huileuses sans compé-tition directe avec l’alimentaire, comme l’huile dejatropha, de cameline (espèces végétales peu exploi-tées à ce jour), mais aussi les huiles issues demicroalgues d’eau douce ou marines, ressource ditede 3e génération.

Que peut-on attendre de ces nouvelles technologies ?Quel est leur horizon de commercialisation ? Quels sontles freins à leur développement ?

Le point sur les biocarburants issus de la biomasse lignocellulosique

Rappels sur les technologies, leurs origines et intérêts

Parmi les technologies en mesure de convertir la biomasselignocellulosique en carburant, et faisant l’objet d’im-portants programmes de recherche, on retrouve cellesproduisant des substituts à l’essence, au diesel, ainsiqu’au kérosène pour l’aviation.

Le principal substitut à l’essence est l’éthanol lignocel-lulosique. Il s’agit du même produit que l’éthanolactuellement commercialisé, seule la ressource et lespremières étapes de traitement de celle-ci diffèrent (cf.fiche Panorama 2008 "Les unités pilotes de biocarbu-rants de 2e génération dans le monde"). Il s’agit de latechnologie ayant, à l’heure actuelle, mobilisé le plus demoyens de recherche, en particulier aux États-Unis. Siau Brésil il s’avère intéressant de produire de l’éthanollignocellulosique à partir de la bagasse de la canne àsucre, la Chine l’envisage à partir des résidus agricoles,

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tandis qu’en Amérique du Nord et en Europe, diffé-rents types de ressources sont envisagés, comme lesissus de céréales (tiges, rafles, etc.), les rémanentsforestiers, ou les cultures dédiées (miscanthus,switchgrass, taillis à courte rotation, etc.).

D’autres substituts à l’essence commencent aussi àsusciter l’intérêt d’industriels et d’universitaires. On peut notamment mentionner le biométhanol, quipeut être produit à partir de biomasse par la voiethermochimique et incorporé à l’essence à hauteurde 10 à 20 %, et le biobutanol, dont le contenu éner-gétique est plus élevé que celui de l’éthanol et quipeut être utilisé plus facilement en mélange dansl’essence, sans adaptation du moteur. Produit à partirde biomasse par voie biologique, le biobutanol peut êtrenotamment incorporé à hauteur de 16 % dans l’essenceaux États-Unis.

Le bioéthanol, tout comme les substituts actuels augazole routier (EMHV1), est un produit dont l’incorpo-ration aux carburants des véhicules conventionnels selimite techniquement à une dizaine de pourcents (10 à15 % vol. pour l’éthanol, 7 % vol. pour le biodiesel).

Le biocarburant lignocellulosique le plus couram-ment envisagé pour les véhicules diesel, le BtL2, est

un gazole de synthèse de très bonne qualité pouvantêtre incorporé à des taux élevés dans un réservoirclassique. On l’appelle également diesel-FT, poursynthèse Fischer-Tropsch (cf. fiche Panorama 2008"Les unités pilotes de biocarburants de 2e générationdans le monde"). Ce type de procédé permet nonseulement la production de gazole de synthèse, maiségalement de kérosène de synthèse pour l’aviation.

En Europe, où la demande en gazole routier est forteet croissante, cette technologie est vue comme unealternative intéressante. Mais avec l’intégration del’aviation dans le protocole de Kyoto et la volontécroissante de réduction des GES du secteur, cettevoie de production de carburéacteur d’origine végé-tale suscite un intérêt plus général.

Il existe également différentes technologies de produc-tion de biocarburants gazeux pour des flottes de véhi-cules dédiées. Parmi ceux-ci, on compte le biométhane,carburant pouvant être produit par voie fermentaire(biogaz) ou par voie thermochimique (bioSNG3) (cf. fichePanorama 2008 "Les unités pilotes de biocarburantsde 2e génération dans le monde"). On compte égale-ment la possible utilisation de bioDME4, carburant assi-milable à des GPL, également produit par voie thermo-chimique à partir de biomasse lignocellulosique.

le point sur

(1) EMHV : Esters méthyliques d'huiles végétales(2) BtL : Biomass to Liquid

(3) BioSNG : Bio Synthetic Natural Gas(4) BioDME : Bio Dimethyl Ether

Fig. 1 - Les différentes voies de production de biocarburants et les filières ex-biomasse lignocellulosique

Biomasse

Biocarburants

OléagineuxHuiles usagées

Extraction

EstérificationPurification

FermentationDistillation

Concentration

Digestion

Déshydratation

Biométhane Bioéthanolhydraté

Bioéthanolanhydre

Biodiesel

Biodéchetsméthanisables

Matièressucrées

Matièresamlycées

HydrolysePrétraitement

Hydrolyse Gazéification

Méthanation

Biométhane HydrogèneDiesel-FT, DMEBiométhanol

Synthèse

Biomasselignocellulosique

Source : Plate-forme biocarburants Suisse, www.plateforme-biocarburants.ch


Les objectifs de production et incitations au développement

En Europe

La dernière directive 2009/28/CE de promotion des énergies renouvelables permet de préciser les modalitésde production et de comptabilisation des produits pouratteindre l’objectif de 10 % d’énergies renouvelables dansles transports en 2020. Cette directive mentionne notam-ment que la contribution apportée par les biocarburantsproduits à partir de déchets, de résidus, de matières cellulosiques d’origine non alimentaire et de matièreslignocellulosiques est considérée comme équivalente àdeux fois celle des autres biocarburants. On peut parailleurs noter que les technologies de production de bio-carburants lignocellulosiques sont en mesure de copro-duire des quantités non négligeables d’électricité qui,mises sur le réseau, pourraient permettre de bénéficierde tarifs de rachat de l’électricité issue de la biomasse.

Quant à la défiscalisation des produits et autres systèmesincitatifs, ils sont à l’initiative de chaque État. En France,les biocarburants actuellement commercialisés bénéfi-cient d’une défiscalisation différenciée pour chacun desproduits, y compris le BtL, jusqu’en 2012 ; elle est définiejusqu’en 2015 en Allemagne. Cette défiscalisation n’estnéanmoins pas assurée au-delà.

Du coté de la recherche, dans le cadre du 7e PCRD, laCommission européenne a lancé, en mai 2010, un pro-gramme de financement de 35 millions d’euros (M€) enfaveur de la production d’éthanol cellulosique. Cette aideporte sur la période 2010-2013. 26 partenaires, en majo-rité des industriels, investiront 24 M€ supplémentaires.Quatre gros projets de démonstrateurs devraient à ce titreêtre construits d’ici 2015 (voir ci-après).

Aux États-Unis

Au printemps 2010, l’EPA5 a publié une deuxième versiondu Renewable Fuel Standard Program (RFS2) initié par leEnergy Independence and Security Act 2007, pour promou-voir le développement des carburants renouvelables dansle pays. Ces nouvelles règles fixent l’objectif d’incorpora-tion de carburants renouvelables à 136 milliards de litres(Gl) dans les transports routiers en 2022.

Les États-Unis devraient bientôt être en mesure d’assurerune capacité de production de 56 Gl de bioéthanolobtenu à partir d’amidon de maïs. Ils comptent ensuitesur une production de 3,8 Gl de biodiesel, les 76 Gl

restants devant provenir de biocarburants lignocellulo-siques et d’autres biocarburants de 3e génération.L’USDA6 estime que pour atteindre les objectifs de production fixés par le RFS2, 527 bioraffineries, d’unecapacité annuelle de 150 Ml par an, doivent êtreconstruites, ce qui représente un coût de 168 milliardsde dollars (G$).

Pour atteindre ces objectifs, l’EPA, l’USDA et le DOE7

mettent en place différentes aides et mesures incita-tives. L’EPA a autorisé récemment la commercialisationde l’E15 (essence composée à 15 % vol. d’éthanol) pourles véhicules essence classiques construits à partir de2007. Des financements gouvernementaux à dispositiondes industriels et laboratoires de recherche ont étéalloués pour l’installation de pilotes, de démonstrateurset le développement de projets de recherche sur lesnouvelles technologies de biocarburants. Au total, lesfinancements accordés par l’USDA et le DOE pour la nouvelle génération de biocarburants atteignentactuellement quelque 850 M$, auxquels s’ajoutent dessoutiens financiers des États eux-mêmes.

Outre ces aides, les sociétés engagées sur ces projetsdéveloppent des partenariats avec des groupes dudomaine de l’énergie, de l’automobile, des industriesforestières, etc. Pour les entreprises de petite taille, cesaccords permettent un accroissement des ressourcesfinancières et offrent des opportunités d’accès à unsavoir-faire en ingénierie et en marketing, voire danscertains cas, aux technologies de conversion. Pour lesgrands groupes industriels (BP Biofuels North America,Shell Oil Co., Chevron, Valero, General Motors), ces par-tenariats sont une opportunité d’intégration verticale oude diversification de leurs activités.

État des lieux des pilotes et démonstrateurs

Actuellement, quelque 157 projets de production de bio-carburants de 2e génération sont en exploitation ou enprojet dans le monde et représentent une capacitétotale de l’ordre de 6,5 Gl/an. La capacité existante et enconstruction ne dépasse que légèrement 15 % de cevolume. Aucune usine n’a encore atteint l’échelle commerciale et bon nombre des pilotes ou démonstra-teurs enregistrent des retards importants de démarragesuite aux effets de la crise économique. Néanmoins, denombreux projets devraient être mis en service en 2011.

Les États-Unis abritent le plus grand nombre de projets.Toutefois, la capacité en service est faible. La majorité de

le point sur

(5) EPA : Environmental Protection Agency (6) USDA : United States Department of Agriculture(7) DOE : Department of Energy


ces installations sont des démonstrateurs de bioéthanolcellulosique de petite capacité. On compte par ailleursquelques installations de carburants de synthèse (BtL).Actuellement, une trentaine de compagnies sont activesdans le secteur des biocarburants de 2e génération auxÉtats-Unis.

L’Asie envisage une capacité potentielle de productionde biocarburants de 2e génération de l’ordre de 3 Gl/an.La capacité existante de production de bioéthanol de 2e

génération est de l’ordre de 71,8 Ml/an, en grande partiesituée en Thaïlande, en Chine et au Japon.

Tableau 1

Pilotes et démonstrateurs de biocarburants de 2e génération dans le monde

* Biobutanol, biométhanol, bioDME

Sources : IEATask39, Global Biofuels Center

En Europe, la capacité annuelle existante de bioéthanolcellulosique est de l’ordre de 17,4 Ml/an, répartie en majo-rité entre trois usines situées en Scandinavie et enEspagne. Les capacités de production de diesel de syn-thèse représentent environ 55 % de la capacité totalepotentielle de production de biocarburants en Europe.

Les avancées technologiques et verrous restants

L’un des principaux enjeux, qui concerne l’ensemble desfilières bioénergies, reste la garantie d’un approvisionne-ment pérenne en biomasse. Également sollicitée pour laproduction de chaleur et d’électricité, la biomasse faitl’objet d’un engouement croissant (la demande pour lesecteur de l’énergie devrait passer de 13,5 à 20 Mtep entre2006 et 2020 en France). Le développement des filières de2e génération va nécessiter une réelle organisation del’exploitation et des flux de ressources, qui fait actuelle-ment défaut, et freine d’ores et déjà le bon fonctionnementdes projets industriels de cogénération de biomasse. Denombreux programmes d’actions pour l’amélioration de

l’accès à la ressource sont néanmoins en cours (cf. fichePanorama 2010 "Quelles ressources en biomasse pour unsystème énergétique durable ?").

Sur la voie bioéthanol lignocellulosique, on observe troisenjeux principaux : ■ l’identification et/ou l’obtention de matières premières

végétales possédant la meilleure concentration englucides,

■ la mise au point de procédés de broyage, de prétraite-ment et de saccharification économiquement viablespour libérer les sucres simples contenus dans cesglucides. Parmi les différents procédés de prétraite-ment visant à libérer les sucres de la plante, il reste àdéterminer le procédé le plus efficace à une échelleindustrielle, et qui soit suffisamment flexible pour uneressource biomasse variée. Par ailleurs, le coût deproduction des enzymes pour l’étape d’hydrolyse dessucres est également un facteur limitant. De récentesannonces d’industriels producteurs d’enzymes présa-gent des progrès importants avec des réductionssignificatives de coûts,

■ l’identification de micro-organismes possédant lepatrimoine génétique permettant de fermenter unmaximum de ces sucres. Les levures ne sont pascapables de fermenter la totalité des sucres libéréspar la biomasse cellulosique. Des travaux en unitéspilotes ont montré l’efficacité de certaines souchessur les sucres en C5. La productivité de cette fermen-tation reste cependant améliorable.

Concernant les schémas d’intégration de la chaîne deprocédés, plusieurs options sont encore à l’étude,visant en premier lieu à réduire les coûts de produc-tion encore élevés, grâce au couplage de certainesétapes (hydrolyse-fermentation en une étape, voiremême un couplage avec la production d’enzymes). Sielles sont techniquement réalisables, ces solutionsmontrent cependant une perte de rendement matièreencore sensible. La mise en route de démonstrateurspermettrait la vérification à grande échelle des avancéestechnologiques.

Sur la voie BtL, on peut mettre en évidence un premierenjeu majeur sur la flexibilité à la charge. En effet, l’optimisation du coût de revient du produit final reposenotamment sur un facteur d’échelle impliquant destailles d’installations importantes, mobilisant degrandes quantités de ressources. Celles-ci sont doncamenées à être de forme et de composition diverses.L’étape de prétraitement de la biomasse, avant gazéifi-cation, prend alors toute son importance car elle permet

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ProduitUsines existantes

Usines en projetet en construction

Pilotes/ Capacité Pilotes/ Capacitédémo/com. (Ml/an) démo/com. (Ml/an)

Éthanol 53 627,5 64 4 593

cellulosique

Diesel, kérosène 13 41,6 13 888(BtL, FT)

Autres* 6 336,5 8 37

Total 72 1 005,6 85 5 518


de convertir la biomasse en un produit intermédiaire dequalité homogène. Parmi les deux principales tech-niques de prétraitement, on compte la pyrolyse (produitliquide) et la torréfaction (produit solide sous forme depoudre). Cette dernière est aujourd’hui bien connue

pour diverses applications non énergétiques (café,boues de stations d’épuration) et pour des capacités deproduction bien moins élevées. Les conditions opéra-toires de cette étape restent à optimiser en fonction duprocédé de traitement, d’où la nécessité de l’étudierdans le cadre d’un démonstrateur.

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Tableau 2

Quelques exemples d’annonces récentes dans les biocarburants de 2e génération

Type d’unitéProjet/partenaires Lieu

Capacité (Ml/an)Matière première Démarrage

Bioéthanol lignocellulosique

PoetScotland, South Dakota, Pilote Épis de Mise en exploitation :

États-Unis 0,76 maïs fin 2008

Abengoa Bioenergy, Babilafuente, Biocarburantes Castilla y Salamanque,

Démonstrateur Paille d’orge Mise en exploitation :

Leon, Ebro Puleva Espagne5 et de blé fin 2009

DuPont Danisco Cellulosic Résidus agricoles,Ethanol LLC, Université du

Vonore Démonstrateurrafles/tiges de maïs,

Mise en service :

Tennessee/Genera Energy LLCÉtats-Unis 0,945

switchgrassjanvier 2010

InbiconKalundborg, Démonstrateur Paille de Mise en exploitation :Danemark 11,4 céréales fin 2009

Futurol (R&D) : ARD, Démarrage construction :IFP Energies nouvelles,

Bazancourt-Pomacle, Pilote Multicharges1er trimestre 2010

Inra, LesaffreFrance 0,18 lignocellulosiques

Prototype : 2015

DémonstrateurAccord de construction :

Sinopec, Novozymes, Cofco Chine11,3

Tiges de maïs mai 2010. Mise en service prévue : fin 2011

BtL/SNG/DME

Bioliq : Démarrage de constructionInstitut de Technologie

Karlsruhe,Pilote

Pailles,de la 3e installation

de Karlsruhe, LurgiAllemagne autres résidus

(étape gaz de synthèse)

BioTfueL : Biomasse IFP Energies nouvelles, CEA,

Compiègne,Pilote lignocellulosique 1re phase courant 2012

Sofiprotéol, Axens, Total, Uhderaffinerie, France

et charges fossiles

Bure-Saudron : Ressources CEA, Air Liquide,

Bure-Saudron, Démonstrateurforestières

Lancement des

Choren Industries GmbHFrance 29,5

et agricolesétudes d’ingénierie

UPM, AndritzStrasbourg, Commerciale Décision de mise

France 128,2Résidus de bois

en œuvre du projet en 2010

Choren Industries GmbHFreiberg, 18 Résidus de bois, bois Mise en exploitation :

Allemagne de taillis à courte rotation 2010

ClearFuels Tech. Inc, RentechCollinwood, Tennessee,

États-UnisDémonstrateur Résidus de bois Démarrage prévu : fin 2011

Varkaus, FinlandeNSE Biofuels Oy + étude d’implantation Démonstrateur

Bois, résidus2009

en cours sur 2 sitesforestiers

Multicharges GAYA : GDF Suez (leader) France Pilote

lignocellulosiques

Projet BioDME : Chemrec,Haldor Topsoe, Volvo, Pitea, Pilote

Biomasse Mise en exploitation :

Preem, Total, Delphi, ETC Suèdelignocellulosique début 2010

Source : IFP Energies nouvelles


Concernant la purification du gaz de synthèse, plusieurstechnologies sont aujourd’hui démontrées sur un gazreconstitué. Des essais en installation complète sur ungaz de synthèse réel permettraient de les valider et lessélectionner sur la base de critères économiques. Ce travail d’intégration de la chaîne de procédés permettrait également de tester des moyens d’amélio-ration du rendement global (recyclage des gaz de têtepar exemple). En effet, le rendement massique actueldu diesel-FT ne dépasse guère les 20 %.

Associées à la nécessité d’industrialisation de futuresunités à forte capacité pour bénéficier d’économiesd’échelle (autour de 200 000 t de produit/an), cescontraintes impliquent la mobilisation de quantités trèsimportantes de biomasse par tonne de gazole produit.Le cotraitement de charges biomasse et de résidus deraffineries pourrait alors être une solution permettantde lever progressivement ces verrous, en attendant lamise en place de systèmes d’approvisionnement en bio-masse adaptés.

Le point sur les filières mobilisantde nouvelles ressources huileuses

Compte tenu des problèmes que peut poser la compéti-tion entre usages alimentaires et usages énergétiquespour certaines cultures (notamment les oléagineuxtypes colza, soja, palme), de nouvelles sources d’huilesvégétales sont à l’étude pour alimenter les unités deproduction de biodiesel de 1re génération. Parmi elles,on compte des plantes productrices d’huiles non valori-sées à ce jour pour l’alimentation, comme le jatrophacurcas ou la caméline, mais également des organismesaquatiques comme les microalgues lipidiques.

Concernant les procédés de conversion des huiles enbiodiesel, les technologies sont aujourd’hui matures(transestérification pour la production d’EMHV, hydro-génation catalytique pour la production d’HVO8) etcomptent de nombreuses unités commerciales à traversle monde. De nouveaux projets d’envergure sont égale-ment en cours pour la construction d’unités HVO àSingapour et à Rotterdam (800 000 t/an chacune).

Plantes terrestres non alimentaires

Historiquement cultivé pour la production de savons,bougies et également en tant que barrière de parc àbétail dans les élevages, le jatropha curcas est un arbusteadapté au climat subtropical, résistant à la sécheresse etcapable de se développer sur sol pauvre. L’huile stockéedans ses graines est par ailleurs composée d’une molé-

cule toxique la rendant impropre à la consommationalimentaire. Du fait de ces caractéristiques, de nombreuxprojets de mise en culture du jatropha ont vu le jour enAsie et en Afrique dans le but d’en exploiter l’huile pour laproduction de biodiesel. Différents facteurs ont cepen-dant freiné l’engouement pour cette culture : problèmede financement lié à la crise, prise de conscience des dif-ficultés techniques et des problèmes de rentabilité d’ex-ploitation de la plante à grande échelle. Cette plantereste néanmoins une voie de mobilisation de biomasse enzone difficile potentiellement intéressante.

Fig. 2 - Jatropha curcas Fig. 3 - Camelina sativa

Source : www.jatropha-curcas.be Source : http://fr.academic.ru

La caméline (ou camelina sativa) est quant à elle uneplante de climat tempéré de la même famille que lecolza. Elle présente des qualités de robustesse la ren-dant moins exigeante en intrants que les culturesoléagineuses classiques, et lui permettant uneimplantation sur terres moins fertiles, pour un rende-ment en huile légèrement inférieur à celui du colza.Des programmes de recherche sur cette culture etses techniques de récolte sont actuellement en coursdans plusieurs pays d’Europe (Italie et Espagnenotamment), aux États-Unis, au Canada, en Chine etau Brésil.

Plusieurs compagnies aériennes ont d’ores et déjàeffectué des tests en vol avec un carburant contenant unpourcentage plus ou moins important d’huiles de jatro-pha et de caméline hydrogénées.

Microalgues lipidiques

Organismes aquatiques comportant plusieurs centainesde milliers d’espèces différentes, certaines microalgues

le point sur

(8) HVO : Hydrogénation d'huiles végétales (Hydrotreated Vegetable Oil)


ont été identifiées pour leur capacité à stocker deslipides au sein de leur cellule. De taille très réduite(quelques micromètres), les organismes autotrophessont capables de se dupliquer à très grande vitessegrâce à la photosynthèse (à partir d’éléments simplescomme le dioxyde de carbone, l’eau, les sels minéraux,etc). Selon les conditions de production, leurs rende-ments en huile peuvent être de 10 à 30 fois supérieurs àceux du colza (de 10 à 40 t d’huile/ha/an).

Hormis leur productivité, les microalgues présententl’avantage de se cultiver en bassin ou réacteur nerequérant pas la mobilisation de terres agricoles niforestières. Certaines espèces de microalgues peuventpar ailleurs se développer à l’abri de la lumière (modehétérotrophe), mais requièrent l’apport d’une sourceexogène de matière organique. La culture de micro-algues peut potentiellement permettre la production dedifférentes formes d’énergies selon les espèces (étha-nol à partir d’amidon, hydrocarbures, hydrogène, etc.) etselon le mode de valorisation des coproduits (biogaz parfermentation de la biomasse algale, puis production dechaleur et d’électricité en cogénération).

Fig. 4 - Vue microscopique de microalgues

Source : www.devicedaily.com

Verrous R&D pour une valorisation en biocarburant

des algues lipidiques

La culture de microalgues fait d’ores et déjà l’objet d’exploitations commerciales en vue de la production deproduits à haute valeur ajoutée pour la cosmétologie,l’industrie alimentaire, la pharmacologie, etc. Il s’agitnéanmoins de productions de niche dont les échellessont sans commune mesure avec les volumes attendusen valorisation énergétique. Les procédés de culture etd’extraction des molécules d’intérêt actuellement

employés se montrent peu économiques et trop énergi-vores pour une valorisation carburant à grande échelle.Ces observations amènent alors à reconsidérer leschoix technologiques sur l’ensemble de la chaîne.

En premier lieu, il reste un travail important de connais-sance et sélection des souches de microalgues afind’aboutir au meilleur compromis productivité/robus-tesse/bonnes propriétés physiques/tolérance aux conta-minants, etc. Le paramétrage des conditions de culturepour optimiser la productivité en sera alors facilité. Uneoptimisation du design du réacteur de culture, associéeà de nouvelles technologies de récolte/extraction, doitégalement permettre une réduction significative desconsommations d’énergie. Enfin, l’adéquation de l’ori-gine des produits d’entrée (CO2, eau, nutriments), de lavalorisation des produits de sortie (huile, biomasse rési-duelle, autres protéines ou sucres d’intérêt) et de l’envi-ronnement de l’installation, est un facteur indispensableà la viabilité d’une telle filière.

Financements des efforts de recherche sur la voie algale

De 1978 à 1996, le programme sur les espèces aquatiquesdu NREL9-DOE s’est focalisé sur le biodiesel à partir demicroalgues, mais le programme a été arrêté en raisondu prix bas du pétrole et des coûts élevés prévus pour laproduction de carburant algal.

En 2006, le NREL met en œuvre l’initiative stratégique surles biocarburants, avec pour objectif de définir le potentieldes algues pour la production de biocarburants et le posi-tionnement du laboratoire dans la recherche. Un partena-riat démarre en 2007 avec Chevron. Les travaux derecherche sont actuellement financés par des partenaireset des agences, dont Chevron, le DOE, l’EPA, le ColoradoCenter for Biorefining and Biofuels, l’Air Force of ScientificResearch et le NREL.

En juin 2010, le DOE annonce vouloir investir 24 M$dans trois groupes de recherche conduits par les universités d’Arizona, de Californie et de Cellana LLC.Ces consortiums ont pour objectif d’aborder différentsenjeux tels que l’amélioration des souches, les techniques de cultures et la qualité des carburants.

État des lieux des pilotes et démonstrateurs de

production de biocarburants à partir d’algues

Plus d’une centaine de sociétés dans le monde sontactives dans la production de biocarburants algaux.Parmi elles, de nombreuses start-up. Alors qu’aucune

le point sur

(9) NREL : National Renewable Energy Laboratory

unité commerciale n’a encore démarré, des groupespétroliers ont récemment lancé des projets à grandeéchelle (ExxonMobil, Shell, ENI, Chevron).

Aux États-Unis, plus d’une trentaine de compagniesexpérimentent les différentes approches pour cultiver etconvertir les algues en carburant. Si la plupart dessociétés envisagent de produire du biodiesel à partir demicroalgues lipidiques, certaines compagnies prévoientd’utiliser les algues pour produire de l’éthanol (Algenol),ou des biocrudes (UOP, Sapphire). Au Canada, un projeta récemment été lancé à l’Institut des biosciencesmarines du Conseil national de recherches à Halifax.

En Asie, outre le pilote développé à Karratha en Australie(Cape Cod Algae Biorefinery) et des projets en Chine et enThaïlande, le Japon est très actif dans cette quête de nou-velles voies de production de biocarburant algal. La Nedo,l’université de Tokyo, le Criepi et les industriels (électri-ciens) travaillent notamment sur de nouveaux procédésd’extraction des huiles qui permettraient de substantielleséconomies d’énergie par rapport à un procédé classique.

En Europe, nombreux sont les organismes de rechercheet les industriels qui étudient ces nouvelles voies. Le pro-jet Shamash a permis de développer la collaborationentre équipes de recherche et industriels français. AuRoyaume-Uni, le projet BioMara, mené par l’Associationécossaise de science marine, a pour objectif de démontrerla faisabilité et la viabilité de la production de biocarbu-rants 3G à partir de biomasse marine.

Dans d’autres pays, en Argentine et en Israël notamment,de nombreuses actions sont menées avec des acteursindustriels reconnus.

Les perspectives de développement

Si les biocarburants lignocellulosiques ne sont pourl’heure pas compétitifs avec les carburants actuels, les

projets de démonstrateurs se multiplient et promettentd’importantes avancées en termes de choix technolo-giques et de réduction des coûts. Avec le maintien d’actions de promotion (aides financières, obligations d’in-corporation, etc.) leur commercialisation pourrait voir lejour d’ici 2020, avec un avantage avéré pour l’éthanolcompte tenu de l’importance des moyens mis en œuvre.D’ici là, des travaux conséquents sur la mobilisation de labiomasse permettront d’alimenter les unités existantesen ressources à caractère plus durable (compétitionmoindre avec l’alimentaire et impacts moindres sur l’envi-ronnement notamment). Puis, la mobilisation plus effi-ciente des bois et sous-produits agricoles, accompagnéede l’insertion des cultures lignocellulosiques dédiées dansles systèmes agricoles, assureront l’approvisionnementdes unités de 2e génération.

Enfin, dans une perspective ultérieure, les technologiesde production de microalgues pourraient constituer unnouvel approvisionnement des filières existantes deconversion des lipides en carburants.

La mise au point de carburants renouvelables de qualitépeut assurer une incorporation à taux élevés de cesderniers dans les réservoirs des véhicules actuels,s’accompagnant d’un rendement amélioré (exemplesdes HVO et BtL dans les carburants routiers et del’aviation). Ces ressources et technologies diversifiéespermettront de développer des filières adaptées auxdifférents contextes géographiques, assurant ainsiamélioration de l’indépendance énergétique, dévelop-pement économique et réduction des émissions deGES liées au transport.

Daphné Lorne – [email protected]çoise Chabrelie – [email protected]

Manuscrit remis en décembre 2010

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