Composition de base du biocarburant

L'une des nombreuses solutions pour aider à freiner le réchauffement climatique est de trouver des sources d'énergie alternatives. Les panneaux solaires et les éoliennes peuvent répondre aux besoins mondiaux en électricité, y compris les voitures électriques, mais le courant la dépendance aux combustibles fossiles pour alimenter les automobiles, les camions, les avions, les générateurs et autres moteurs doit être adressé. Le biocarburant tel que le biodiesel utilise un carburant liquide créé à partir de matière végétale qui peut remplacer la combustion de combustibles fossiles.

Combustibles fossiles sont dérivés du pétrole non raffiné. Ce pétrole brut est une substance formée à partir des restes de la vie végétale et animale qui a été soumis à une pression énorme pendant des millions d'années.

Les trois principaux types de combustibles fossiles sont le pétrole, le charbon et le gaz naturel, dont aucun n'est renouvelable. Cela signifie que les combustibles fossiles qui existent aujourd'hui pourraient un jour être épuisés. Pour se préparer à l'avènement de l'épuisement des combustibles fossiles, les biocarburants ont été et sont créés.

Biocarburants sont dérivés de matières végétales vivantes ou récemment vivantes comme le maïs ou le panic raide, une graminée vivace pouvant atteindre 8 à 10 pieds de haut. Cette matière en vrac est appelée biomasse et est considérée comme une source d'énergie renouvelable puisque la matière végétale peut être repoussée.

La combustion de combustibles fossiles produit du dioxyde de carbone, et ce dioxyde de carbone supplémentaire est connu depuis longtemps pour augmenter l'effet de serre naturel de l'atmosphère terrestre.

En bref, l'effet de serre est l'énergie du soleil atteignant la Terre, la réchauffant, puis étant réémise dans l'atmosphère. Les gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone ou le méthane absorbent cette énergie et en renvoient une partie vers la Terre. Cela aide à réchauffer l'atmosphère à une température mondiale moyenne d'environ 16 degrés Celsius (59 degrés Fahrenheit), capable de supporter la vie.

Les énergies fossiles accélèrent l'effet de serre en plaçant plus de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, ce qui augmente la température de la planète, un effet connu sous le nom de réchauffement climatique. Ce changement de température peut provoquer un changement climatique car le climat habituel de la Terre devient déséquilibré.

La combustion de biocarburants produit également du dioxyde de carbone, de petites quantités de monoxyde de carbone et d'autres particules, tout comme les combustibles fossiles. La différence n'est pas tant dans les contenus de combustion, mais que la biomasse, dans leur croissance récente, a utilisé le dioxyde de carbone atmosphérique lors de la photosynthèse.

L'hypothèse est que le biocarburant brûlé remplace le dioxyde de carbone d'origine absorbé par la photosynthèse. Par conséquent, biocarburants sont considérés comme avoir une émission nette de dioxyde de carbone de zéro sur leur durée de vie.

Les combustibles fossiles sont constitués d'hydrocarbures à la fois sous forme de chaîne et sous forme aromatique, mais le biocarburant se compose de chaînes d'hydrocarbures avec des groupes d'oxygène attachés. Leur composition chimique peut comprendre des acides, des alcools et des esters.

Le biocarburant est davantage une approche de transition vers zéro émission de carbone puisque la combustion de la biomasse produit toujours le dioxyde de carbone, les particules et avec l'oxygène ajouté, peuvent même créer des toxines telles que le formaldéhyde dans la combustion traiter.

Le biocarburant a des générations. La première génération de production de biocarburants est un carburant basé sur des cultures végétales comme le maïs ou la canne à sucre. La deuxième génération est issue de déchets animaux ou végétaux, et la troisième génération de biocarburant est issue d'algues.

Différents types de biocarburants existent, et nombre d'entre eux sont actuellement utilisés dans des mélanges avec les carburants fossiles essence ou diesel. Vous trouverez ci-dessous les biocarburants courants actuellement utilisés et leurs définitions, leur composition, leur production et leurs utilisations.

La définition de base du biodiesel est un carburant de couleur dorée à brun foncé destiné à remplacer le diesel. La composition du biodiesel est principalement constituée de triglycérides classés comme esters. Les esters sont traités par transestérification. Les huiles biologiques provenant de graisses végétales et animales - cela inclut les huiles usagées de cuisine - réagissent avec des alcools à chaîne courte et un catalyseur dans des conditions chauffées.

La tranestérification convertit les esters, les acides gras à longue chaîne, en biodiesel et en glycérine. Bien qu'un mélange, la formule chimique de base du biodiesel est C₁₇H₃₄O₂, avec le groupe ester -CO₂CH₃ au bout de la longue chaîne carbonée.

Les biodiesels sont utilisés dans les moteurs conçus pour le carburant diesel. Le biodiesel produit moins de soufre dans le processus de combustion mais fournit moins d'énergie que le diesel à base de pétrole. Des modifications minimales du moteur sont nécessaires pour utiliser le biodiesel; généralement, seule l'installation de tuyaux et de joints en caoutchouc synthétique dans le système d'alimentation en carburant, car le biocarburant dégrade le caoutchouc naturel.

À basse température, une concentration élevée de biocarburant devient trop visqueuse pour fonctionner dans un moteur et ne serait pas convient aux températures inférieures à 13 degrés Celsius (55 degrés Fahrenheit) car la corrosion des pièces du moteur peut se produire. Les mélanges de moins de 20 pour cent de biocarburant et de 80 pour cent ou plus de diesel contournent ce problème de viscosité.

Le biodiesel peut être acheté dans certaines stations-service et est généralement distribué sous forme de B100, 100 pour cent de biocarburant, ou B20, un mélange de 20 pour cent de biocarburant et de 80 pour cent de diesel. La consommation d'essence diminue au-dessus d'une cote B20 de biodiesel. Cette diminution annule tout gain du diesel par rapport à l'essence, en particulier lors des déplacements à des vitesses plus élevées.

La définition de base de l'éthanol est un liquide incolore produit par la fermentation naturelle des sucres. L'éthanol est composé de carbone, d'hydrogène et d'un groupe hydroxyde, et il est dérivé du maïs, de la betterave sucrière et de la canne à sucre. Le procédé utilisé est la fermentation. Le processus le plus économique consiste à moudre le maïs en une consistance semblable à de la farine avant la fermentation.

Après le processus de fermentation, l'éthanol est distillé (purifié) à une concentration élevée. La formule chimique de la molécule d'éthanol est C₂H₅OH.

L'éthanol peut être utilisé dans les moteurs conçus pour l'essence. Tout véhicule vendu aux États-Unis peut fonctionner avec un mélange de 10 pour cent d'éthanol et 90 pour cent d'essence sans plomb. La plupart de l'essence vendue maintenant est mélangée à de l'éthanol.

L'éthanol aide l'essence à brûler plus complètement; cela augmente le rendement énergétique, mais il a le potentiel de contribuer davantage de polluants de smog dans l'environnement.

La définition de base du méthanol est un liquide incolore distillé à partir de matière végétale ou en oxydant le méthane. Le méthanol est composé de carbone, d'hydrogène et d'un hydroxyde. C'est le plus simple des alcools de formule chimique CH₃OH. Le méthanol est moins cher à produire que l'éthanol et peut être dérivé de n'importe quelle matière végétale ou des émissions de gaz de décharge ou de centrales électriques.

Le méthanol est produit par une réaction de synthèse de monoxyde de carbone et d'hydrogène. Ces composants peuvent être générés par la combustion de charbon, de gaz ou de biomasse. Utiliser les déchets d'un processus, comme les gaz provenant de la combustion du charbon, pour les produits de départ d'un autre processus, comme la création de méthanol, est un recyclage industriel et réduira le rejet de polluants dans le atmosphère.

Le méthanol peut être utilisé dans les moteurs à essence. Les avantages de l'utilisation du méthanol comme carburant comprennent un volume inférieur de toxines et de particules provenant de la combustion que l'essence. Jusqu'à 15 % du méthanol en volume peut être mélangé dans les moteurs à essence sans aucune modification du moteur.

Bien que le méthanol soit nettement moins cher, la réduction de la consommation d'essence annule la rentabilité. De plus, il est difficile d'éliminer l'eau du méthanol, ce qui peut corroder les tuyaux et les joints du moteur.

La définition de base du biobutanol est un carburant liquide incolore fabriqué à partir de certaines plantes, principalement du maïs. La composition de base du butanol est constituée de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. C'est un alcool à quatre carbones (alcool butylique) avec une formule chimique de C₄H₁₀O.

Le biobutanol est principalement dérivé de la fermentation de la matière première du maïs. Lors de la fermentation des sucres simples issus de la matière première, du butanol, de l'éthanol et de l'acétone sont produits. La séparation de ces sous-produits augmente les coûts de production, bien que toute usine de transformation qui produit de l'éthanol puisse également produire du butanol.

Le biobutanol est moins corrosif et fournit près de 25 % plus d'énergie que l'éthanol et peut être mélangé à de l'essence pour aider à réduire les gaz à effet de serre. Le butanol peut être mélangé à l'essence avant le transport tandis que l'éthanol doit être transporté séparément et mélangé à la sortie du carburant.

Le biobutanol fournit moins d'énergie que l'essence, mais contient beaucoup moins de composés toxiques lors de la combustion. Toute voiture fonctionnant à l'essence peut fonctionner avec un mélange de biobutanol. La plupart des constructeurs automobiles accepteront un mélange de biobutanol avec de l'essence jusqu'à 15 pour cent sans aucune modification du moteur.

La définition de base du biocarburant à base d'algues est un carburant liquide vert clair fabriqué à partir d'algues. Comme les plantes, les algues convertissent la lumière du soleil en énergie par photosynthèse. Il existe plus de 100 000 souches d'algues génétiquement diverses, des minuscules protozoaires dans les étangs aux grands varechs dans l'océan.

Les algues ont une forte concentration de lipides ou de molécules grasses contenant de l'huile. Ces lipides doivent être extraits et peuvent être transformés en biocarburant. Il existe de nombreux types d'algues, mais une formule chimique générale de biocarburant d'algues est C₁₀₆H₂₆₃O₁₁₀N₁₆.

La chlorella et la spiruline sont plus adaptées à la biosynthèse que les autres algues, mais génétiquement modifiées les algues créent des organismes avec une teneur en lipides plus élevée qui pourrait augmenter le rendement énergétique jusqu'à 40 pour cent.

Les algues peuvent être cultivées dans de grands étangs ouverts ou dans des systèmes semblables à des piscines. Les systèmes en boucle fermée ne sont pas ouverts à l'air et le dioxyde de carbone doit être pompé. Utilisation du CO₂ des cheminées peuvent recycler les déchets d'un processus pour le combustible d'un autre. La croissance des algues est abondante et le produit peut être collecté en moyenne tous les cinq jours.

Afin de séparer les lipides, les algues doivent être une poudre sèche. Souvent, le séchage des algues prend plus d'énergie que l'énergie que le combustible fournirait lorsqu'il était brûlé comme combustible utilisable. Une nouvelle technologie est en cours de développement qui saute le processus de séchage et a des algues à l'état de suspension liquide tandis que des jets de solvant extraient les lipides.

Comme l'huile végétale, les algues contiennent des lipides et le carburant d'algues peut être converti en biodiesel. Il peut être utilisé dans n'importe quel moteur diesel.

On peut créer des mélanges allant du B5, un biocarburant à 5 pour cent dans 95 pour cent de diesel, au B50, 50 pour cent de biocarburant et 50 pour cent de diesel. Le mélange B30 était légèrement plus efficace que le carburant diesel dans une étude, et dans d'autres études, le CO₂ les émissions étaient plus élevées que pour les combustibles fossiles.

Le biocarburant a besoin de la croissance des plantes comme base. Dans un monde où la population ne cesse d'augmenter – devrait atteindre 9,6 milliards d'ici 2050 – utiliser des terres fertiles pour faire pousser des plantes comme combustible peut ne pas être dans l'intérêt des humains. Cependant, si des zones de terres dénigrées étaient utilisées, telles que des terres agricoles abandonnées, cela compenserait cette préoccupation.

Parmi les biocarburants répertoriés, le biodiesel est le plus démocratique. Un consommateur pourrait, avec une start-up et un espace peu coûteux, créer du biocarburant dans son jardin. L'huile de cuisson usagée pourrait être récupérée dans les restaurants locaux, filtrée puis placée dans un conteneur pour la transestérification.

Le coût des biocarburants reste élevé par rapport aux carburants fossiles. Cependant, cela est également dû aux subventions gouvernementales aux combustibles fossiles. Les subventions aux combustibles fossiles aux États-Unis peuvent être de l'ordre de milliers de milliards de dollars par an. Si les carburants renouvelables étaient subventionnés à ce rythme, les coûts de production pourraient être abaissés et les biocarburants renouvelables pourraient concurrencer les carburants fossiles.