Ralentir le rythme avec les biocarburants
24 Aug 2020
Des ICP environnementaux toujours plus stricts et une demande de carburant grandissante sont les principaux moteurs du secteur des biocarburants, qui évolue alors que les régions rivalisent pour assurer des débouchés sur les marchés pour leurs cultivateurs. Les technologies de GEA permettent aux transformateurs d’exploiter au mieux ces précieuses ressources, y compris les matières premières de nouvelle génération pour la production de biocarburants avancés.
Selon les Perspectives agricoles de l'OCDE et de la FAO 2019, la demande future de biocarburants sera encore plus fortement modelée par les politiques nationales et régionales, car les pays poursuivent leurs propres stratégies pour abandonner les combustibles fossiles tout en assurant que les cultivateurs aient des débouchés pour leurs matières premières. Les USA et l’UE sont bien placés dans la production de biocarburants, mais à l’avenir ce sont des pays situés en dehors de ces régions qui devraient tirer vers le haut la croissance dans ce secteur.
Nous nous sommes assis avec Barbara Harten, Responsable Application, Renouvelables etEckard Maedebach, Chef de produit Distillation, chez GEA, pour parler de ce secteur en évolution et de comment GEA aide les transformateurs avec des solutions mécaniques et thermiques efficaces.
Que sont les biocarburants et de quoi sont-ils faits ?
B.H. :Les biocarburants sont en partie ou complètement obtenus à partir de matières végétales ou de graisses animales. Le fait que ces « matières premières » soient régénératives signifie qu’elles sont normalement classées comme des ressources renouvelables. La plupart des biocarburants sont incorporés à hauteur de plusieurs pourcents dans de l’essence ou du diesel dits fossiles pour s’adapter aux moteurs existants. Les biocarburants conventionnels ou de première génération sont élaborés à partir de matières premières en concurrence avec l'alimentaire, notamment des huiles et des graisses, et sont utilisés depuis plus de 30 ans. Les biocarburants de « deuxième génération » sont issus de la transformation de matières premières non alimentaires, telles que des graisses animales, des huiles de cuisson usagées et des résidus contenant des sucres , l'objectif est ici de minimiser l’utilisation de matières premières pouvant être utilisées dans l’alimentation humaine.
Les biocarburants courants sont les suivants :
- bioéthanol,
- biodiesel,
- biogaz,
- biobutanol.
Le bioéthanol, qui est issu de la fermentation de sucres et d’amidons contenus dans les plantes, remplace l’essence. Selon les Perspectives agricoles de l'OCDE et de la FAO 2019, environ 60 % du bioéthanol produit actuellement est issu du maïs, 25 % de la canne à sucre, 7 % de la mélasse, 4 % du blé, les autres céréales, le manioc et les betteraves sucrières se partageant le reste. De manière similaire, le biodiesel, un substitut du diesel qui s'appuie sur une réaction chimique entre les lipides (issus de plantes ou d’animaux) et l’alcool, est obtenu à partir d’huiles végétales dans 77 % des cas : à raison de 30 % pour l’huile de soja, de 25 % pour l’huile de palme et de 18 % pour l’huile de colza et d’huiles de cuisson usagées dans 22 %.
Le biogaz est issu de la fermentation de matières organiques en l’absence d’oxygène, ce que l'on appelle la digestion anaérobie. Le papier, le bois, certains plastiques, les feuilles sèches, le fumier et les déchets ménagers sont tous des exemples de matières organiques pouvant être utilisées dans ce procédé. Le biogaz, qui brûle facilement et sans générer trop de pollution, peut être utilisé pour produire de l’électricité verte. Comprimé, il peut aussi être utilisé pour alimenter des véhicules. Le biobutanol peut être directement utilisé à la place de l’essence sans aucune modification. Il est dérivé de la fermentation de bactéries et d’algues ; ses coûts de production élevés restent cependant un obstacle à une utilisation plus répandue.
En plus de provenir de ressources renouvelables, quels sont les autres avantages des biocarburants par rapport aux carburants fossiles ?
E.M. :Les biocarburants émettent moins de CO2 si l’on maintient une empreinte CO2 basse du puits à la roue et ont des densités d’énergie proches de celles des carburants fossiles. Et selon leur type, les biocarburants contiennent moins, voire pas de composés de soufre. Étant donné que les biocarburants sont constitués de matières renouvelables, ils sont souvent inclus dans les objectifs pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre et font, par conséquent, l’objet de subventions plus fréquentes, ce qui contribue à leur utilisation intensive dans l’industrie des transports et à leur utilisation grandissante dans les industries aéronautique et maritime. Le biodiesel, qui est considéré comme un remplaçant à combustion propre du diesel, peut être utilisé en mélange dans les moteurs diesel non adaptés ; et à 100 % en modifiant les moteurs. Le bioéthanol sous forme d’éthanol déshydraté (99,8 % vol.) peut être incorporé sans modification du moteur à des taux qui atteignent normalement jusqu’à 10 à 15 percent, tandis que le bioéthanol sous forme d’alcool anhydre (95 à 96 % vol.) peut remplacer un pourcentage de 0 à 85 % de l’essence dans les moteurs flexfuel, qui sont courants au Brésil.
B.H. : En poussant, bien sûr, les matières premières issues des plantes absorbent le dioxyde de carbone de l’atmosphère. Un autre facteur à prendre en compte sont les sous-produits ou co-produits qui sont créés lors de la production de biocarburants. Par exemple, la production de biodiesel permet d’obtenir du glycérol ou glycérine, qui peut être utilisé dans les engrais et pour l’alimentation animale et, avec une purification plus poussée, pour l’alimentation, les produits pharmaceutiques et les cosmétiques. S’il est basé sur le colza (ou canola), la transformation du biodiesel produit du tourteau de colza l ; et si vous utilisez du soja, du tourteau de soja, ces deux matières contiennent des minéraux et des protéines de haute qualité et sont par conséquent ajoutés à l’alimentation du bétail, de la volaille et des poissons.
E.M. :De manière similaire, la production d’éthanol à base de maïs et de céréales crée des tonnes de déchets, qui peuvent être utilisés pour l’alimentation animale, de préférence sous forme de drèches de distillerie séchées avec des solubles (DDGS). Sinon, la biomasse peut aussi être utilisée comme une source de combustibles renouvelables, en produisant de l'électricité et de la chaleur pour ce procédé, ou pour la conversion en biométhane qui sera utilisé comme combustible.
Les fabricants comme les consommateurs cherchent des manières pour abandonner la glycérine à base d’huile minérale. La production de biodiesel répond à cette demande, en créant de la glycérine verte comme coproduit, qui est ensuite utilisée pour créer les produits ménagers et d’hygiène personnelle que les gens veulent aujourd’hui. » – Barbara Harten, Responsable Application, Renouvelables, GEA
– Barbara Harten, Responsable Application, Renouvelables, GEA
GEA jouit depuis longtemps d’une excellente réputation dans le domaine de la production et de la transformation des biocarburants. Quelles sont les solutions offertes par GEA aux producteurs dans ce secteur ?
E.M. : Concernant la production de bioéthanol, GEA offre des technologies clés et des solutions qui couvrent tous les aspects du processus principal, ce qui inclut le broyage des matières premières, l’empâtage, la liquéfaction, la saccharification, la fermentation, la distillation et la déshydratation, ainsi que des décanteurs, des séchoirs et des évaporateurs pour séparer et sécher les DDGS, et des concepts de recyclage/polissage de condensats pour minimiser les flux de déchets et économiser l’eau de process. Les compétences de GEA ont permis de construire les plus grandes usines de bioéthanol du monde, qui atteignent pour certaines des capacités de jusqu’à 500 000 litres par jour en un train. Nos solutions optimisent la consommation d’énergie en réutilisant l’énergique thermique impliquée ou en exploitant des principes de pompes à chaleur brevetés à recompression de vapeur mécanique.
B.H. :Nos capacités pour le biodiesel incluent la conversion d’huiles et de graisses en biodiesel ainsi que le prétraitement pour purifier les matières premières brutes. GEA a aussi des solutions pour la décomposition du savon par séparation, la récupération du méthanol et l'évaporation de l'eau pour isoler la glycérine afin de la revendre ou le réutiliser pour les cultures.
Les séparateurs RSE et RSI de GEA, qui permettent le dégommage, la neutralisation et le déparaffinage des huiles et des graisses végétales et animales, assurent une production d’huile de haute qualité pour la production de biodiesel et, notamment, de biocarburants avancés comme le diesel renouvelable (appelé aussi huile végétale hydro-traitée ou HVH).
Nos lignes de process de prétraitement, qui comprennent nos séparateurs RSE et RSI GEA connus dans le monde entier, soutiennent les processus de raffinage chimique et physique en :
- éliminant les cires, pour obtenir un biodiesel plus stable au froid ;
- éliminant les impuretés pour améliorer la qualité de la glycérine ;
- éliminant les gommes à l’origine de l'encrassement dans le procédé par voie thermique ,
- éliminant les acides gras libres, en réduisant la proportion de MONG (Matières Organiques Non Glycérol) ;
- en éliminant les phosphates dans les eaux usées, afin de réduire les frais de mise au rebut.
Le décanteur GEA conçu pour la décantation des résidus dans la production de bioéthanol assure un haut pourcentage de matière sèche (jusqu’à 35 %), ce qui réduit les coûts du séchage tout en minimisant l’encrassement. Les résidus, mélangés à de la levure puis séchés, permettent d’obtenir des drèches riches en protéine ou DDGS (en anglais « distillers dried grain with solubles »), qui peuvent être utilisées pour l’alimentation animale.
GEA détient un brevet pour le procédé de neutralisation des alcools utilisé durant le prétraitement avant le procédé de production du biodiesel. Nous avons également un brevet en instance qui réduira les monoglycérides et la consommation de catalyseurs (<0,30 % mas d’économies de catalyseur) dans la production de biodiesel, ce qui diminuera les coûts de la transformation. Notre gamme de produits et notre expérience dans la production de biodiesel et de bioéthanol signifient que nous sommes en mesure de gérer l’installation de lignes de procédés complètes pour nos clients, en collaborant avec les tierces parties impliquées pour assurer une mise en service efficace et dans les temps.
Il y a actuellement de nombreux débats sur la contribution des matières premières en concurrence avec l’usage alimentaire aux changements observés dans l’utilisation des terres et le fait qu’elles détournent des ressources qui pourraient nourrir une population mondiale grandissante. Où en est l’industrie dans le développement des biocarburants avancés et en quelle mesure GEA soutient-il ce secteur ?
B.H. :Le débat est ouvert et il est évident qu’il faut considérer toute la chaîne de valeur, y compris les entrants, quand l’on parle de la culture de matières premières pour les biocarburants, le transport, le traitement, etc. Pour ce qui est du développement de biocarburants avancés à partir de déchets (humains ou animaux) et de biomasse sèche, cela a été mis en œuvre avec succès sur plusieurs marchés. En Finlande, par exemple, qui est un pays qui n’a aucune ressource gazière ou pétrolière, les produits ligneux et la biomasse forestière sont utilisés pour produire des biocarburants avancés durables. La part totale des biocarburants avancés dans la consommation d’énergie du secteur du transport routier devrait atteindre 10 % dans ce pays d’ici 2030. De manière similaire, la Finlande utilise ces carburants avancés pour produire des plastiques et des adhésifs plus durables qui améliorent l’empreinte environnementale de ses matériaux d’emballage et de construction.
Chez GEA, nous avons observé une accélération chez nos clients, en particulier dans l’UE et aux États-Unis, qui produisent du « diesel renouvelable », ou HVH, obtenu à partir de graisses animales et d’huiles de cuisson usagées. L’HVH a été introduit en 2005, époque à laquelle il était exclusivement obtenu à partir d’huile de palme. Aujourd’hui, l’on cherche davantage à faire de l’HVH avec des matières premières de qualité relativement médiocre, qui sont ensuite requalifiées en biocarburant avancé. Ne contenant ni composés aromatiques, ni oxygène, ni soufre, l’HVH a un indice de cétane élevé, résultant en des émissions de NOx réduites, une meilleure stabilité lors du stockage et de meilleures propriétés d'écoulement à froid, qui le rendent adapté à la plupart des moteurs diesel.
L’HVH peut être utilisé comme carburant pur pour l’exploitation de flottes (par ex. : bus urbains, véhicules miniers) et il est homologué pour être mélangé avec du carburant fossile pour l’aviation. Le fait qu’il y ait un marché commercial qui réutilise ces huiles, y compris les graisses issues des abattoirs et de la volaille, industrielles et post-consommation, par exemple,est également un avantage, car cela signifie que moins de graisses finissent par polluer nos eaux et nos réseaux, où elles sont aussi plus difficiles et plus coûteuses à gérer.Pour les transformateurs, un autre avantage majeur de l’HVH est qu’il ne requiert aucune modification majeure des raffineries existantes.
Les séparateurs de GEA sont très recherchés pour le prétraitement de l’HVH qui est souvent nécessaire pour la réduction des métaux afin de réduire et/ou prévenir l'inactivation du catalyseur. Nous effectuons actuellement des essais avec des graisses animales dans ces domaines ; nous examinons les capacités de ces huiles et graisses, et leur rendement pour plusieurs clients internationaux.
En tant que carburant renouvelable, le biodiesel a une empreinte environnementale réduite par rapport au diesel conventionnel. « Sa faible teneur en soufre et le fait qu’il produise moins de particules, ait un pouvoir lubrifiant plus élevé et soit biodégradable, en font une meilleure option pour l'environnement. » – Barbara Harten, Responsable Application, Renouvelables, GEA
– Barbara Harten, Responsable Application, Renouvelables, GEA
Les véhicules électriques (VE) auront-ils une influence sur la production de biocarburants ?
E.M. :L’adoption des VE a grimpé en flèche en 2019 ; ceci dit, ces véhicules ne représentent qu'environ 2 % du mix des transports dans le monde. Vu que la taille et la capacité des batteries VE reste un obstacle considérable à leur adoption sur les poids-lourds et les engins puissants, camions réfrigérés compris, dans les navires et dans les avions, l'utilisation des biocarburants augmente dans ces secteurs, car de plus en plus de marchés cherchent à utiliser des matériaux riches en biomasse recyclés.S’il est important que le prix des biocarburants reste concurrentiel par rapport à celui des carburants fossiles, au moins à moyen terme, les marchés qui se sont donnés des objectifs clairs de réduction des émissions continueront ou commenceront à subventionner les producteurs jusqu’à ce que ce secteur atteigne des points de bascule critiques entre l'offre et la demande.
