Les biocarburants carboneutres destinés à l’aviation n’ont jamais pu faire concurrence au pétrole. Jusqu’à maintenant.

Une nouvelle méthode de raffinage simple permet de séparer les composants de matières végétales complexes pour les transformer en biocarburants et en produits chimiques économiquement viables et carboneutres.

Par l’équ (Opens in a new window)ipe d’ (Opens in a new window)Anthropocene Magazine (Opens in a new window)

Les biocarburants pourraient réduire considérablement les émissions du secteur des transports, en particulier l’aviation. Mais ils restent chers et sont produits à partir de cultures vivrières – le maïs et la canne à sucre –, ce qui pose un dilemme entre deux finalités : nourriture ou carburant (Opens in a new window).

Or, une équipe de recherche vient de présenter un nouveau concept de raffinerie de combustibles qui permet de produire des biocarburants économiques et durables (Opens in a new window) et des produits chimiques utiles à partir de matières végétales ligneuses (Opens in a new window) telles que les déchets agricoles et sylvicoles (Opens in a new window). La raffinerie repose sur un processus de prétraitement relativement simple qui décompose la biomasse complexe en composants utilisables.

« Le principal atout de notre étude est qu’elle met de l’avant une stratégie de transformation de la biomasse en biocarburants et en bioproduits qui permet d’atteindre à la fois la viabilité économique et la carboneutralité », explique Charles Cai, professeur de génie chimique et environnemental à l’Université de la Californie Riverside. « Ce modèle de raffinerie permet d’obtenir des produits essentiels comme des carburants durables qui auront d’importantes répercussions sur les secteurs de l’aviation et des produits chimiques de spécialité. »

L’analyse de l’équipe, publiée dans la revue Energy & Environmental Science (Opens in a new window), montre qu’une bioraffinerie de nouvelle génération basée sur cette technologie pourrait produire des carburants durables pour l’aviation à des prix compétitifs pouvant descendre jusqu’à 3,15 dollars par gallon d’équivalent essence.

D’après les Nations unies (Opens in a new window), les voitures, les camions, les bateaux, les trains et les avions génèrent environ un quart des émissions de gaz à effet de serre de la planète. L’électrification de ces modes de transport fait l’objet d’efforts constants dans le monde entier. Mais on s’attend à ce que les combustibles fossiles fassent encore partie de l’équation des transports jusqu’au milieu du siècle (Opens in a new window).

Les biocarburants offrent par conséquent une solution à court terme pour réduire les émissions de carbone dues aux transports. Ils sont fabriqués à partir de sources renouvelables et pourraient être utilisés dans les moteurs d’aujourd’hui, puis distribués au moyen de l’infrastructure existante. Cependant, il est essentiel de produire des biocarburants à partir de sources non alimentaires.

Pour y parvenir à moindre coût, les chercheurs doivent trouver le moyen de décomposer la biomasse végétale sans en dégrader les composants. Les parois cellulaires des plantes sont constituées de trois éléments principaux : la cellulose, l’hémicellulose et la lignine. La décomposition de la biomasse en ces différents composants nécessite beaucoup d’énergie et coûte cher.

Le Pr Cai et ses collègues ont conçu un processus qu’ils appellent « fractionnement lignocellulosique amélioré par des cosolvants » (ou CELF, co-solvent enhanced lignocellulosic fractionation). La méthode, qu’ils ont présentée pour la première fois en 2013, utilise un solvant dérivé de la biomasse, le tétrahydrofurane (THF), qui réagit avec l’hémicellulose, la cellulose et la lignine à des températures modérées.

Sous diverses conditions de réaction, le CELF sépare la matière végétale en fractions distinctes contenant différentes quantités de sucres et de lignine. Des technologies de traitement spéciales permettent ensuite de transformer ces composants en matériaux utiles. Les sucres, par exemple, donnent des alcools combustibles, et la lignine peut être transformée en produits chimiques spéciaux utiles. Les produits qui en ressortent sont plus efficaces, plus importants en quantité et de meilleure qualité.

L’équipe de l’Université de la Californie Riverside a réalisé une analyse économique et environnementale approfondie d’une raffinerie à CELF qui maximise l’utilisation de la biomasse et fabrique des biocarburants et des bioproduits commercialement pertinents. L’équipe a pris en compte trois facteurs clés qui ont une incidence sur le rendement de la raffinerie : le type de biomasse utilisée comme matière première, le type de produit d’alcool combustible et le devenir de la lignine extraite.

Les chercheurs ont comparé deux matières premières : la paille de maïs, c’est-à-dire les tiges et les feuilles de maïs qui restent après la récolte, et le peuplier, un arbre à bois dur qui pousse rapidement. Comme une raffinerie axée sur le CELF utilise efficacement les matières végétales, l’équipe a constaté que le peuplier, riche en carbone et en lignine, présentait plus d’avantages économiques et environnementaux que la paille de maïs.

« La technologie CELF a été conçue pour être simple, bon marché et robuste », indique le Pr Cai. « Dans nos essais, nous avons effectué une multiplication d’échelle de 750 fois de l’étape du prétraitement du CELF avec une variation de moins de 5 pour cent de la composition du produit. » Grâce à une subvention de 2 millions de dollars du Department of Energy, l’équipe prévoit maintenant la construction d’une petite usine pilote de CELF à l’UC Riverside.

Source : Bruno Colling Klein et coll. « Economics and global warming potential of a commercial-scale delignifying biorefinery based on co-solvent enhanced lignocellulosic fractionation to produce alcohols, sustainable aviation fuels, and co-products from biomass », Energy Environ. Sci., 2024.

Article original en anglais : https://www.anthropocenemagazine.org/2024/02/carbon-neutral-aviation-biofuels-havent-been-able-to-compete-with-petroleum-until-now/ (Opens in a new window)

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Anthropocène est la version française d’Anthropocene Magazine (Opens in a new window). La traduction française des articles est réalisée par le Service de traduction de l’Université Concordia (Opens in a new window), la Durabilité à l’Ère Numérique (Opens in a new window) et le pôle canadien de Future Earth (Opens in a new window).