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Carburants alternatifs > Les voies de progrès transversales et de type « système »


Il existe deux axes technologiques transversaux dans la voie biochimique des première, deuxième et troisième générations pour améliorer le rendement des étapes d’hydrolyse, de fermentation et de digestion anaérobie, à savoir :
  • les biotechnologies vertes regroupant les biotechnologies qui intéressent l’agriculture, l’élevage et l’agroalimentaire. Elles sont tissulaires, cellulaires ou moléculaires. Elles comprennent les techniques de transgénèse végétale ou animale avec lesquelles on obtient des organismes génétiquement modifiés ;
  • les biotechnologies blanches désignant, par opposition, une production en milieu confiné. Elles utilisent les systèmes biologiques pour produire des molécules d’intérêt à fort potentiel énergétique à travers la biocatalyse (avec des enzymes) et la fermentation à partir d’une variété de biomasse, dont les algues. Les techniques mobilisées sont, entre autres, l’ingénierie métabolique et la biologie de synthèse. Cette dernière consiste en un « design intentionnel de systèmes artificiels comportant (notamment, mais pas exclusivement) des composants biologiques naturels, synthétiques ou hybrides » (Roure, 2012). La biologie de synthèse fait partie des changements majeurs potentiellement induits par le développement des nanotechnologies et des nano-objets et nanomatériaux de synthèse. Elle constitue une voie de progrès significative pour augmenter l’efficacité des première, deuxième et troisième générations de biocarburants, notamment par la baisse des coûts de production et la décroissance de la consommation d’énergie. Elle permettra, en outre, d’éviter l’affectation de terres arables à une monoculture rivale à finalités alimentaires, non nécessairement durable, ainsi que les problèmes éthiques qui lui sont associés (Roure, 2012).




En France, de jeunes sociétés innovantes en biotechnologies se positionnent sur les technologies de transformation de biomasse : Deinove, Global Bioénergies, Biométhodes, etc. Certaines sociétés se positionnent uniquement sur l’apport de micro-organismes spécifiques à différentes étapes de transformation de la biomasse (déconstruction de la lignocellulose, conversion en éthanol). C’est le cas de la société danoise Novozymes.

Les progrès technologiques de la voie thermochimique, et plus particulièrement de la filière FT (BTL, CTL, GTL), concernent essentiellement les étapes entre la gazéification et la synthèse-FT, à savoir l’épuration du syngaz et son ajustement. Cette filière est en effet capable de convertir un très large éventail de ressources (charbon, gaz naturel, biomasse lignocellulosique, déchets ménagers et agricoles, etc.) par leur gazéification mais le gaz de synthèse qui en est issu peut avoir des compositions et des niveaux de pureté très différents en fonction de la biomasse utilisée.

Les catalyseurs sont au coeur de nombreux procédés de conversion de la biomasse ou de ressources fossiles, notamment synthèse FT, hydrogénation, transestérification, procédés de conversions DME, SNG, et méthanol. Les recherches actuelles peuvent se structurer en trois axes principaux :
  • augmenter la flexibilité des catalyseurs afin d’y introduire des liquides ou gaz d’origine biomassique de composition variable en jouant sur la porosité des matrices ;
  • augmenter leur rendement en améliorant les outils analytiques permettant de définir le matériau de départ et celui que l’on souhaite obtenir. Cette étape est essentielle en vue d’optimiser au mieux le procédé et d’éviter tant que faire se peut les pertes ;
  • réduire les opérations de maintenance.
L’apport d’hydrogène est nécessaire à différentes étapes de la production de carburants alternatifs, en particulier lors de l’ajustement du syngaz (doublement du rapport H2/CO), de l’hydrogénation des huiles végétales ou pyrolytiques et de la méthanation du syngaz (triplement du rapport H2/CO). L’hydrogène est produit par l’un des procédés suivants :
  • vaporeformage (à partir de méthane et d’eau)
  • Water Gas Shift (réaction du gaz à l’eau à partir de moxoxyde de carbone et d’eau) ;
  • électrolyse (à partir d’eau uniquement).
Ces procédés ont des bilans environnementaux très variables. Le Water Gas Shift, qui est le plus courant, est émetteur de CO2, l’électrolyse de l’eau est énergivore, et, que ce soit le Water Gas Shift comme l’électrolyse de l’eau ou encore le vaporeformage du méthane, ces procédés consomment de l’eau (voir le chapitre Hydrogène pour plus de détails). Le captage et la séquestration du CO2 émis par les filières CTL, GTL et BTL lorsqu’il y a usage du procédé Water Gas Shift, le CTL étant le plus émetteur, et aussi de la filière méthanisation, sont développés dans le chapitre consacré au CCS.

Enfin, des solutions de type « système » pourraient offrir de nouveaux débouchés aux installations existantes et par conséquent des économies d’échelle non négligeables, par exemple :
  • intégration des huiles pyrolytiques issues de biomasse lignocellulosique ou de déchets ménagers ou agricoles dans les raffineries de pétrole (lors du craquage catalytique, i.e. co-processing) (projet européen BIOCOUP) ;
  • intégration des sucres issus de biomasse lignocellulosique ou algale dans les bioraffineries de première génération (filière fermentation) ;
  • intégration des biohuiles issues de biomasse lignocellulosique (huiles pyrolytiques) ou algale dans les bioraffineries de première génération (filières transestérification ou hydrogénation).
Ces transitions doivent être conçues de sorte que le rayon d’approvisionnement de ressources biomassiques et/ou fossiles reste viable d’un point de vue économique et environnemental.

À noter également que plus on évolue vers un système complexe (intégrant de plus en plus de filières de conversion différentes), plus la traçabilité des flux devient difficile et plus il s’avère nécessaire d’adapter les outils de traçabilité. Ceci est particulièrement vrai dans le secteur de l’aéronautique où la sécurité est une priorité. Enfin, et cela va de pair avec un système complexe, les interfaces hommes-machines doivent évoluer ainsi que les compétences humaines locales (sur site).