L’éthanol cellulosique est un type de biocarburant produit à partir de lignocellulose, un matériau de structure constituant la majeure partie de la masse des plantes. La lignocellulose est composée principalement de cellulose, d’hémicellulose et de lignine. La canne de maïs, le panicum virgatum (panic raide), les espèces d’herbe de miscanthus, les copeaux de bois et les sous-produits de l’entretien des pelouses et des arbres sont parmi les matériaux cellulosiques les plus populaires pour la production d’éthanol. La production d’éthanol à partir de lignocellulose présente l’avantage d’une matière première abondante et variée par rapport à des sources telles que les sucres de maïs et de canne à sucre, mais nécessite une transformation plus importante pour que les monomères de sucre soient disponibles pour les micro-organismes typiquement utilisés pour produire de l’éthanol par fermentation.
Le panic raide et le miscanthus sont les principaux matériaux de la biomasse étudiés aujourd’hui en raison de leur productivité élevée par acre. La cellulose, cependant, est contenue dans presque toutes les plantes, arbres et arbustes naturels, à croissance libre, dans les prairies, les forêts et les champs du monde entier sans effort agricole ni coût supplémentaire pour la faire pousser.
L’un des avantages de l’éthanol cellulosique est qu’il réduit les émissions de gaz à effet de serre (GES) de 85% par rapport à l’essence reformulée. En revanche, l’éthanol d’amidon (provenant du maïs, par exemple), qui utilise le plus souvent du gaz naturel pour fournir de l’énergie au processus, peut ne pas réduire du tout les émissions de GES, en fonction de la méthode de production de la matière première à base d’amidon. Selon l’Académie nationale des sciences en 2011, il n’existe pas de bioraffinerie commercialement viable pour convertir la biomasse lignocellulosique en carburant.L’absence de production d’éthanol cellulosique dans les quantités requises par le règlement a été à la base de la décision de la Cour d’appel du district de Columbia des États-Unis, annoncée le 25 janvier 2013, annulant l’obligation imposée aux producteurs de carburant pour automobiles et camions aux États-Unis par l’Environmental Protection Agency exigeant l’ajout de biocarburants cellulosiques à leurs produits. Ces problèmes, ainsi que de nombreux autres problèmes de production difficiles, ont conduit les chercheurs en politiques de l’Université George Washington à déclarer qu ‘ »à court terme, l’éthanol [cellulosique] ne peut pas atteindre les objectifs de sécurité énergétique et environnementaux d’une alternative à l’essence ».
L’histoire
Le chimiste français Henri Braconnot fut le premier à découvrir que la cellulose pouvait être hydrolysée en sucres par traitement à l’acide sulfurique en 1819. Le sucre hydrolysé pouvait ensuite être transformé en éthanol par fermentation. La première production d’éthanol commercialisée a commencé en Allemagne en 1898, où l’acide était utilisé pour hydrolyser la cellulose. Aux États-Unis, la Standard Alcohol Company a ouvert la première usine de production d’éthanol cellulosique en Caroline du Sud en 1910. Plus tard, une deuxième usine a été ouverte en Louisiane. Cependant, les deux usines ont été fermées après la Première Guerre mondiale pour des raisons économiques.
La première tentative de commercialisation d’un procédé d’éthanol à partir de bois a été réalisée en Allemagne en 1898. Elle impliquait l’utilisation d’un acide dilué pour hydrolyser la cellulose en glucose et pouvait produire 7,6 litres d’éthanol pour 100 kg de déchets de bois (18 US 68 L (gal) par tonne. Les Allemands ont rapidement mis au point un procédé industriel optimisé pour des rendements d’environ 50 gallons américains (190 L) par tonne de biomasse. Ce processus a rapidement abouti aux États-Unis et a abouti à deux usines commerciales opérant dans le sud-est pendant la Première Guerre mondiale. Ces usines utilisaient ce qu’on appelait « le procédé américain » – une hydrolyse à l’acide sulfurique dilué en une étape. Bien que les rendements aient été deux fois inférieurs à ceux du procédé allemand initial (95 L d’éthanol par tonne contre 50), le débit du procédé américain était beaucoup plus élevé. Une chute de la production de bois d’oeuvre a forcé les usines à fermer peu après la fin de la Première Guerre mondiale. Entre-temps, les recherches sur l’hydrolyse acide diluée se sont poursuivies au laboratoire des produits forestiers de l’USFS. Au cours de la Seconde Guerre mondiale, les États-Unis se sont à nouveau tournés vers l’éthanol cellulosique, cette fois pour se convertir au butadiène afin de produire du caoutchouc synthétique. La Vulcan Copper and Supply Company a été chargée de construire et d’exploiter une usine de conversion de sciure de bois en éthanol. L’usine était basée sur des modifications du procédé allemand original Scholler développé par le Forest Products Laboratory. Cette usine a obtenu un rendement en éthanol de 190 L (50 US gal) par tonne sèche, mais n’était toujours pas rentable et a été fermée après la guerre.
Avec le développement rapide des technologies enzymatiques au cours des deux dernières décennies, le processus d’hydrolyse acide a été progressivement remplacé par l’hydrolyse enzymatique. Un prétraitement chimique de la matière première est nécessaire pour préhydrolyser (séparer) l’hémicellulose, afin qu’elle puisse être convertie plus efficacement en sucres. Le prétraitement à l’acide dilué est développé à partir des premiers travaux sur l’hydrolyse acide du bois au Forest Products Laboratory de l’USFS. Récemment, le Forest Products Laboratory, en collaboration avec l’Université du Wisconsin – Madison, a mis au point un prétraitement aux sulfites afin de remédier à la récalcitrance de la lignocellulose pour une hydrolyse enzymatique robuste de la cellulose du bois.
Dans son discours sur l’état de l’Union prononcé le 31 janvier 2006, le président américain George W. Bush a proposé d’élargir l’utilisation de l’éthanol cellulosique. Dans son discours sur l’état de l’Union du 23 janvier 2007, le président Bush a annoncé un projet de mandat pour 35 milliards de gallons (130 000 000 m3) d’éthanol d’ici 2017. Il est largement reconnu que la production maximale d’éthanol à partir de l’amidon de maïs est de 15 milliards US. 57 000 000 m3 par an, ce qui implique un projet de mandat pour produire quelque 20 milliards de gallons américains (76 000 000 m3) supplémentaires par an d’éthanol cellulosique d’ici 2017. Le plan proposé par Bush prévoit un financement de 2 milliards de dollars (de 2007 à 2017?) pour l’éthanol cellulosique. US $ 1.6 milliards supplémentaires (de 2007 à 2017?) annoncés par l’USDA le 27 janvier 2007.
En mars 2007, le gouvernement américain a octroyé des subventions d’un montant de 385 millions de dollars visant à relancer la production d’éthanol à partir de sources non traditionnelles telles que les copeaux de bois, le panic raide et les écorces d’agrumes. La moitié des six projets retenus utilisera des méthodes thermochimiques et l’autre moitié des méthodes à l’éthanol cellulosique.
La société américaine Range Fuels a annoncé en juillet 2007 l’obtention par l’État de Géorgie d’un permis de construire lui permettant de construire la première usine d’éthanol cellulosique de 380 millions de mètres cubes par an (États-Unis). La construction a débuté en novembre 2007. L’usine Range Fuels a été construite à Soperton, en Géorgie, mais a été fermée en janvier 2011, sans jamais avoir produit d’éthanol. Il avait reçu une subvention de 76 millions de dollars du département de l’Énergie des États-Unis, plus 6 millions de dollars de l’État de Géorgie, ainsi qu’un prêt de 80 millions de dollars garanti par le programme américain de bioraffinage. Les États-Unis et le Brésil sont les deux principaux producteurs d’éthanol-carburant depuis les années 1970.
Économie
Le passage à une ressource en carburant renouvelable est un objectif depuis de nombreuses années. Cependant, l’essentiel de sa production repose sur l’utilisation d’éthanol de maïs. En 2000, seulement 6,2 milliards de litres ont été produits aux États-Unis, mais ce nombre a augmenté de plus de 800% à 50 milliards de litres en seulement une décennie (2010). Les pressions exercées par le gouvernement pour se tourner vers les ressources en carburant renouvelable sont apparues clairement depuis la mise en œuvre par la US Environmental Protection Agency de la norme de 2007 sur le carburant renouvelable (RFS), qui stipule qu’un certain pourcentage de carburant renouvelable doit être inclus dans les produits carburants. Le gouvernement américain a fortement encouragé le passage à la production d’éthanol cellulosique à partir d’éthanol de maïs. Même avec ces politiques en place et les tentatives du gouvernement de créer un marché pour l’éthanol de cellulose, il n’y a pas eu de production commerciale de ce carburant en 2010 et 2011. La loi sur l’indépendance, la sécurité et l’énergie (Energy Independence and Security Act) fixait à l’origine les objectifs de 100 millions, 250 millions et 500 millions d’euros. gallons pour les années 2010, 2011 et 2012 respectivement. Cependant, à partir de 2012, il était prévu que la production d’éthanol cellulosique serait d’environ 10,5 millions de gallons, loin de l’objectif visé. En 2007 seulement, le gouvernement américain a consacré 1 milliard de dollars aux projets d’éthanol cellulosique, tandis que la Chine a investi 500 millions de dollars dans la recherche sur l’éthanol cellulosique.
En raison du manque de données existantes sur les usines commercialisées, il est difficile de déterminer la méthode de production exacte qui sera le plus couramment utilisée. Les systèmes modèles tentent de comparer les coûts de différentes technologies, mais ces modèles ne peuvent pas être appliqués aux coûts des installations commerciales. Actuellement, il existe de nombreuses installations pilotes et de démonstration en activité qui présentent une production cellulosique à plus petite échelle. Ces principales installations sont résumées dans le tableau ci-dessous.
Les coûts de démarrage d’usines pilotes d’éthanol lignocellulosique à l’échelle pilote sont élevés. Le 28 février 2007, le département américain de l’Énergie a annoncé l’octroi d’une subvention de 385 millions de dollars à six usines de production d’éthanol cellulosique. Ce financement sous forme de subvention représente 40% des coûts d’investissement. Les 60% restants proviennent des promoteurs de ces installations. Ainsi, un milliard de dollars au total sera investi pour une capacité d’environ 140 millions de gallons américains (530 000 m3). Cela se traduit par une capacité de production annuelle de 7 $ / gallon en coûts d’investissement pour les usines pilotes; les coûts en capital futurs devraient être inférieurs. Les usines de transformation du maïs en éthanol coûtent environ 1 à 3 dollars par an de capacité, bien que le coût du maïs lui-même soit considérablement plus élevé que celui du panic raide ou de la biomasse perdue.
À partir de 2007, l’éthanol est produit principalement à partir de sucres ou d’amidons, obtenus à partir de fruits et de céréales. En revanche, l’éthanol cellulosique est obtenu à partir de la cellulose, composant principal du bois, de la paille et d’une grande partie de la structure des plantes. Étant donné que la cellulose ne peut pas être digérée par l’homme, sa production ne rivalise pas avec la production d’aliments autres que la conversion de terres de production alimentaire en production de cellulose (qui a récemment commencé à devenir un problème en raison de la hausse des prix du blé.) Le prix à la tonne de la matière première est donc beaucoup moins cher que celui des céréales ou des fruits. De plus, la cellulose étant le composant principal des plantes, la plante entière peut être récoltée. Cela se traduit par de bien meilleurs rendements: jusqu’à 10 tonnes courtes par acre (22 t / ha), au lieu de 4 à 5 tonnes courtes / acre (9 à 11 t / ha) pour les meilleures cultures céréalières.
La matière première est abondante. On estime que 323 millions de tonnes de matières premières contenant de la cellulose pouvant être utilisées pour créer de l’éthanol sont jetées chaque année aux États-Unis. Cela comprend 36,8 millions de tonnes sèches de déchets de bois urbains, 90,5 millions de tonnes sèches de résidus de scieries primaires, 45 millions de tonnes sèches de résidus forestiers et 150,7 millions de tonnes sèches de tiges de maïs et de paille de blé. Les transformer en éthanol à l’aide d’enzymes hémi (cellulase) efficaces et rentables ou d’autres procédés pourrait fournir jusqu’à 30% de la consommation de carburant actuelle aux États-Unis. De plus, même des terres marginales pour l’agriculture pourraient être plantées avec des cultures produisant de la cellulose, telles que le panic raide, permettant ainsi de produire suffisamment pour remplacer toutes les importations actuelles de pétrole aux États-Unis.
Le papier, le carton et les emballages représentent une part importante des déchets solides envoyés chaque jour dans des décharges aux États-Unis, soit 41,26% de tous les déchets solides municipaux organiques (MSW), selon les profils de villes du California Integrated Waste Management Board.Ces profils de villes génèrent une accumulation de 612,3 tonnes courtes (555,5 t) par jour et par décharge, lorsque la densité de population moyenne de 2 413 habitants par mile carré persiste. Tous ces éléments, à l’exception des panneaux de gypse, contiennent de la cellulose pouvant être transformée en éthanol cellulosique. Cela peut avoir des avantages environnementaux supplémentaires, car la décomposition de ces produits produit du méthane, un puissant gaz à effet de serre.
La réduction de l’élimination des déchets solides par la conversion à l’éthanol cellulosique réduirait les coûts d’élimination des déchets solides pour les gouvernements locaux et les états. Aux États-Unis, on estime que chaque personne jette 2,0 kg de déchets chaque jour, dont 37% contiennent des vieux papiers, principalement de la cellulose. Cela représente 244 000 tonnes par jour de vieux papiers contenant de la cellulose. La matière première utilisée pour produire de l’éthanol cellulosique est non seulement gratuite, mais elle a un coût négatif: les producteurs d’éthanol peuvent être payés pour l’enlever.
En juin 2006, une audience du Sénat américain a été informée que le coût actuel de production d’éthanol cellulosique était de 2,25 USD par gallon américain (0,59 USD / litre), principalement en raison de la faible efficacité actuelle de la conversion. À ce prix, il faudrait environ 120 dollars US pour remplacer un baril de pétrole (160 litres), compte tenu du plus faible contenu énergétique de l’éthanol. Cependant, le ministère de l’Énergie est optimiste et a demandé un doublement du financement de la recherche. La même audience du Sénat a été informée que l’objectif de la recherche était de réduire les coûts de production à 1,07 USD par gallon américain (0,28 USD / litre) d’ici 2012. « La production d’éthanol cellulosique représente non seulement un pas en avant vers une véritable diversité énergétique pour le pays, Vinod Khosla, associé directeur de Khosla Ventures, a récemment déclaré lors d’un sommet mondial sur les biocarburants à Reuters qu’il pouvait voir les prix du carburant descendre à 1 $ par gallon d’ici dix ans.
En septembre 2010, un rapport de Bloomberg analysait l’infrastructure européenne de la biomasse et le développement futur des raffineries. Les prix estimés pour un litre d’éthanol en août 2010 sont de 0,51 EUR pour 1 g et de 0,71 pour 2 g. [Clarification nécessaire] Le rapport suggère que l’Europe copie les subventions américaines actuelles pouvant aller jusqu’à 50 USD par tonne sèche.
Récemment, le 25 octobre 2012, BP, l’un des leaders des produits à base de carburant, a annoncé l’annulation de son projet d’usine d’une capacité commerciale de 350 millions de dollars. Il a été estimé que l’usine produirait 36 millions de gallons par an à son emplacement dans le comté de Highlands, en Floride. BP a toujours fourni 500 millions de dollars américains pour la recherche sur les biocarburants à l’Institut des biosciences de l’énergie. General Motors (GM) a également investi dans des sociétés de fabrication de cellulose, en particulier Mascoma et Coskata. Il y a beaucoup d’autres entreprises en construction ou en voie de le devenir. Abengoa construit une plate-forme technologique avec une plante de 25 millions de gallons par an, basée sur le champignon Myceliophthora thermophila, afin de convertir la lignocellulose en sucres fermentescibles. Le poète est également en train de produire 200 millions de dollars et 25 millions de gallons par an à Emmetsburg, dans l’Iowa. Mascoma, désormais partenaire de Valero, a annoncé son intention de construire 20 millions de gallons par an à Kinross, dans le Michigan. China Alcohol Resource Corporation a développé une usine d’éthanol cellulosique de 6,4 millions de litres fonctionnant en continu.
De plus, depuis 2013, la société brésilienne GranBio cherche à devenir un producteur de biocarburants et de produits biochimiques. La société familiale met en service une usine d’éthanol cellulosique (éthanol 2G) de 82 millions de litres par an (22 millions de tonnes) dans l’état d’Alagoas, au Brésil, qui sera la première installation industrielle du groupe. L’usine d’éthanol de deuxième génération de GranBio est intégrée à une usine d’éthanol de première génération gérée par Grupo Carlos Lyra et utilise la technologie de traitement de Beta Renewables, les enzymes de Novozymes et la levure de DSM. Début des travaux en janvier 2013, la mise en service est achevée. Selon GranBio Annual Financial Records, l’investissement total s’est élevé à 208 millions de dollars US.
Matières premières
En général, il existe deux types de matières premières: la biomasse forestière (ligneuse) et la biomasse agricole. Aux États-Unis, environ 1,4 milliard de tonnes sèches de biomasse peuvent être produites de manière durable par an. Environ 370 millions de tonnes ou 30% sont de la biomasse forestière. La biomasse forestière a une teneur plus élevée en cellulose et en lignine et une teneur en hémicellulose et en cendres inférieure à celle de la biomasse agricole. En raison des difficultés et du faible rendement en éthanol pour la fermentation de l’hydrolysat de prétraitement, en particulier ceux contenant des sucres d’hémicellulose à 5 carbones très élevés tels que le xylose, la biomasse forestière présente des avantages considérables par rapport à la biomasse agricole. La biomasse forestière a également une densité élevée, ce qui réduit considérablement les coûts de transport. Il peut être récolté toute l’année, ce qui élimine le stockage à long terme. La teneur quasi nulle en cendres de la biomasse forestière réduit considérablement la charge morte lors du transport et de la transformation. Pour répondre aux besoins en matière de biodiversité, la biomasse forestière constituera un important mélange de matières premières de biomasse dans la future économie biosourcée. Cependant, la biomasse forestière est beaucoup plus récalcitrante que la biomasse agricole. Le Laboratoire des produits forestiers de l’USDA, en collaboration avec l’Université du Wisconsin – Madison, a récemment mis au point des technologies efficaces permettant de surmonter la forte récalcitrance de la biomasse forestière (ligneuse), y compris celles d’essences de bois résineux à faible teneur en xylane. La culture intensive ou l’arboriculture intensive en courtes rotations peut offrir une possibilité presque illimitée de production de biomasse forestière.
Les copeaux de bois provenant d’abattages et de cimes d’arbres et de sciure de bois provenant de scieries, ainsi que les déchets de pâte à papier, sont des matières premières de biomasse forestière communes pour la production d’éthanol cellulosique.
Voici quelques exemples de biomasse agricole:
Le panic raide (Panicum virgatum) est une graminée indigène d’herbes hautes. Reconnue pour sa robustesse et sa croissance rapide, cette plante vivace se développe pendant les mois chauds jusqu’à une hauteur de 2 à 6 pieds. Le panic érigé peut être cultivé dans la plupart des régions des États-Unis, y compris les marécages, les plaines, les ruisseaux et le long des rives. autoroutes interétatiques. Il est auto-ensemencé (pas de tracteur pour l’ensemencement, mais uniquement pour le fauchage), résistant à de nombreuses maladies et ravageurs, & peut produire des rendements élevés avec de faibles applications d’engrais et d’autres produits chimiques. Il est également tolérant aux sols pauvres, aux inondations et aux inondations. sécheresse; améliore la qualité du sol et empêche l’érosion en raison de son type de système racinaire.
Le panic érigé est une culture de couverture approuvée pour les terres protégées dans le cadre du Programme fédéral de réserves de conservation (PRC). Le CRP est un programme gouvernemental qui verse aux producteurs des frais pour ne pas cultiver leurs terres sur des terres où elles ont récemment poussé. Ce programme réduit l’érosion des sols, améliore la qualité de l’eau et augmente l’habitat de la faune. Les terres de CRP servent d’habitat au gibier des hautes terres, comme les faisans et les canards, et à un certain nombre d’insectes. Le panic érigé pour la production de biocarburants a été envisagé pour être utilisé sur les terres du Programme de réserves de conservation (CRP), ce qui pourrait accroître la durabilité écologique et réduire le coût du programme de CRP. Toutefois, les règles de la CRP devraient être modifiées pour permettre cette utilisation économique des terres de la CRP.
Miscanthus × giganteus est une autre matière première viable pour la production d’éthanol cellulosique. Cette espèce d’herbe est originaire d’Asie et est l’hybride triploïde stérile de Miscanthus sinensis et Miscanthus sacchariflorus. Il peut atteindre une hauteur de 3,7 m (12 pieds) avec peu d’eau ou d’engrais. Le miscanthus est similaire au panic raide en ce qui concerne la tolérance au froid et à la sécheresse et l’efficacité d’utilisation de l’eau. Le miscanthus est cultivé commercialement dans l’Union européenne en tant que source d’énergie combustible.
Les épis de maïs et les tiges de maïs constituent la biomasse agricole la plus populaire.
Il a été suggéré que le Kudzu pourrait devenir une source précieuse de biomasse.
À base de maïs vs à base d’herbe
En 2008, il n’y avait qu’une petite quantité de panic raide dédié à la production d’éthanol. Pour qu’elle soit cultivée à grande échelle, elle doit concurrencer les utilisations existantes des terres agricoles, principalement pour la production de produits agricoles. Les États-Unis ont des terres non submergées sur une superficie totale de 9,1 millions de km2, dont 33% sont des terres forestières, 26% des pâturages et des prairies et 20% des terres cultivées. Une étude réalisée en 2005 par les ministères de l’Énergie et de l’Agriculture des États-Unis a permis de déterminer si les ressources en terres disponibles étaient suffisantes pour soutenir la production de plus d’un milliard de tonnes sèches de biomasse par an pour remplacer 30% ou plus de l’utilisation actuelle de carburants de transport liquides dans le pays. L’étude a révélé qu’il pourrait y avoir 1,3 milliard de tonnes sèches de biomasse disponible pour l’utilisation d’éthanol, en apportant peu de changements aux pratiques agricoles et forestières et en répondant à la demande de produits forestiers, d’aliments et de fibres.Une étude récente réalisée par l’Université du Tennessee a révélé que jusqu’à 100 millions d’acres (400 000 km2) de terres cultivées et de pâturages devront être alloués à la production de panic raide pour compenser l’utilisation de pétrole de 25%.
| Résumé de Searchinger et al. comparaison des émissions de GES de l’éthanol de maïs et de l’essence avec et sans changement d’utilisation des terres (Grammes de CO 2 libérés par mégajoule d’énergie dans le carburant) |
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|---|---|---|---|---|
| Type de carburant (NOUS) |
Carbone intensité |
Réduction GES |
Carbone intensité + ILUC |
Réduction GES |
| De l’essence | 92 | – | 92 | – |
| Éthanol de maïs | 74 | -20% | 177 | + 93% |
| Éthanol cellulosique | 28 | -70% | 138 | + 50% |
| Remarques: Calculé à l’aide des hypothèses par défaut pour le scénario 2015 pour l’éthanol dans E85. L’essence est une combinaison d’essence conventionnelle et reformulée. |
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Actuellement, la transformation du maïs en éthanol est plus facile et moins coûteuse que l’éthanol cellulosique. Le ministère de l’Énergie estime que produire de l’éthanol cellulosique coûte environ 2,20 dollars le gallon, soit le double de l’éthanol issu du maïs. Les enzymes qui détruisent le tissu de la paroi cellulaire des plantes coûtent de 30 à 50 cents le gallon d’éthanol, contre 3 cents le gallon pour le maïs. Le ministère de l’Énergie espère réduire les coûts de production à 1,07 dollar par gallon d’ici 2012 pour être efficace. Cependant, la biomasse cellulosique est moins chère à produire que le maïs, car elle nécessite moins d’intrants, tels que de l’énergie, des engrais, des herbicides, et s’accompagne d’une érosion moindre du sol et d’une fertilité améliorée. De plus, les solides non fermentables et non convertis laissés après la fabrication de l’éthanol peuvent être brûlés pour fournir le carburant nécessaire au fonctionnement de l’usine de conversion et à la production d’électricité. L’énergie utilisée pour exploiter les usines d’éthanol à base de maïs provient du charbon et du gaz naturel. L’Institute for Local Self-Reliance estime que le coût de l’éthanol cellulosique provenant de la première génération d’usines commerciales sera compris entre 1,90 et 2,25 dollars par gallon, hors incitatifs. Cela se compare au coût actuel de 1,20 à 1,50 USD le gallon pour l’éthanol de maïs et au prix de détail actuel de plus de 4,00 USD le gallon pour l’essence ordinaire (subventionnée et taxée).
L’une des principales raisons de l’utilisation accrue des biocarburants est la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Par rapport à l’essence, l’éthanol brûle plus propre, réduisant ainsi la quantité de dioxyde de carbone et de pollution dans l’air. De plus, la combustion ne produit que de faibles niveaux de smog. Selon le Département de l’énergie des États-Unis, l’éthanol issu de la cellulose réduit les émissions de gaz à effet de serre de 86% par rapport à l’essence et à l’éthanol à base de maïs, ce qui diminue les émissions de 52%. Il a été démontré que les émissions de dioxyde de carbone étaient inférieures de 85% à celles de l’essence. L’éthanol cellulosique contribue peu à l’effet de serre et présente un bilan énergétique net cinq fois supérieur à celui de l’éthanol à base de maïs. Lorsqu’il est utilisé comme carburant, l’éthanol cellulosique dégage moins de soufre, de monoxyde de carbone, de particules et de gaz à effet de serre. L’éthanol cellulosique devrait rapporter aux producteurs des crédits de réduction de carbone, plus élevés que ceux accordés aux producteurs qui cultivent du maïs pour produire de l’éthanol, qui représente environ 3 à 20 cents le gallon.
Il faut 0,76 J d’énergie provenant de combustibles fossiles pour produire 1 J d’éthanol à partir de maïs. Ce total inclut l’utilisation de combustibles fossiles utilisés pour les engrais, les tracteurs, les usines d’éthanol, etc. Des recherches ont montré que les combustibles fossiles peuvent produire plus de cinq fois le volume d’éthanol à partir d’herbes des prairies, selon Terry Riley, président de Policy at the Partenariat pour la conservation Theodore Roosevelt. Le département de l’Énergie des États-Unis conclut que l’éthanol à base de maïs fournit 26% d’énergie en plus qu’il n’en nécessite pour la production, tandis que l’éthanol cellulosique fournit 80% de plus d’énergie. L’éthanol cellulosique produit 80% plus d’énergie que ce qui est nécessaire pour le cultiver et le convertir. Le processus de transformation du maïs en éthanol nécessite environ 1 700 fois (en volume) autant d’eau que l’éthanol produit. [Douteux – discuter] En outre, il laisse 12 fois son volume en déchets.L’éthanol à base de grain n’utilise que la partie comestible de la plante.
La cellulose n’est pas utilisée pour l’alimentation et peut être cultivée partout dans le monde. Toute l’usine peut être utilisée lors de la production d’éthanol cellulosique. Le panic raide produit deux fois plus d’éthanol par acre que le maïs. Par conséquent, moins de terres sont nécessaires à la production et donc moins de fragmentation de l’habitat. Les matériaux issus de la biomasse nécessitent moins d’intrants, tels que des engrais, des herbicides et d’autres produits chimiques pouvant présenter des risques pour la faune. Leurs racines étendues améliorent la qualité du sol, réduisent l’érosion et augmentent la capture d’éléments nutritifs. Les plantes énergétiques herbacées réduisent l’érosion des sols de plus de 90% par rapport à la production conventionnelle. Cela peut se traduire par une amélioration de la qualité de l’eau pour les communautés rurales. De plus, les plantes énergétiques herbacées ajoutent de la matière organique aux sols épuisés et peuvent augmenter le carbone du sol, ce qui peut avoir un effet direct sur le changement climatique, le carbone du sol pouvant absorber le dioxyde de carbone de l’air. Par rapport à la production de cultures de base, la biomasse réduit le ruissellement de surface et le transport d’azote. Le panic raide fournit un environnement propice à la diversité de l’habitat faunique, principalement des insectes et des oiseaux de sol. Les terres du Programme de réserves de conservation (CRP) sont composées de graminées vivaces, utilisées pour la fabrication d’éthanol cellulosique, et peuvent être disponibles.
Pendant des années, les agriculteurs américains ont pratiqué la culture en ligne, notamment le sorgho et le maïs. Pour cette raison, on en sait beaucoup sur l’effet de ces pratiques sur la faune.L’augmentation de l’éthanol de maïs aurait pour effet le plus important d’accroître la superficie des terres à convertir en terres agricoles, ainsi que de l’érosion accrue et de l’utilisation d’engrais associée à la production agricole. L’augmentation de notre production d’éthanol grâce à l’utilisation de maïs pourrait avoir des effets négatifs sur la faune, dont l’ampleur dépendra de l’ampleur de la production et du fait que les terres utilisées pour cette production accrue étaient autrefois inactives, à l’état naturel ou plantées avec d’autres rangs. cultures. Une autre considération est de savoir s’il faut planter une monoculture de panic raide ou utiliser une variété d’herbes et d’autres types de végétation. Alors qu’un mélange de types de végétation fournirait probablement un meilleur habitat pour la faune, la technologie n’a pas encore été développée pour permettre la transformation d’un mélange de différentes espèces de graminées ou de types de végétation en bioéthanol. Bien entendu, la production d’éthanol cellulosique en est encore à ses balbutiements, et la possibilité d’utiliser divers peuplements végétaux au lieu de monocultures mérite d’être explorée plus en profondeur à mesure que les recherches se poursuivent.
| US Environmental Protection Agency Résultats préliminaires de la réduction des émissions de GES du cycle de vie pour différentes approches d’horizon temporel et de taux d’actualisation (comprend les effets indirects du changement d’affectation des sols) |
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|---|---|---|
| Voie de carburant | 100 ans et plus 2% de réduction taux |
30 ans et plus 0% de réduction taux |
| Éthanol de maïs (broyeur à sec au gaz naturel) (1) | -16% | + 5% |
| Éthanol de maïs (Best case NG DM) (2) | -39% | -18% |
| Éthanol de maïs (charbon à sec) | + 13% | + 34% |
| Éthanol de maïs (broyeur à sec à biomasse) | -39% | -18% |
| Éthanol de maïs (broyeur à sec à biomasse avec chaleur et électricité combinées) |
-47% | -26% |
| Ethanol de canne à sucre brésilien | -44% | -26% |
| Ethanol cellulosique à partir de panic raide | -128% | -124% |
| Ethanol cellulosique à partir de canne de maïs | -115% | -116% |
| Notes: (1) Les usines de broyage à sec (DM) broyent la totalité du grain et produisent généralement un seul coproduit principal: les grains de distillerie avec solubles (DGS). (2) Les meilleures usines produisent un coproduit de grains de distillerie humides. |
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Une étude de Paul Crutzen, lauréat du prix Nobel, a révélé que l’éthanol produit à partir de maïs avait un effet de « réchauffement climatique net » par rapport au pétrole lorsque l’évaluation du cycle de vie complet tenait dûment compte des émissions d’oxyde nitreux (N20) lors de la production d’éthanol de maïs. Crutzen a constaté que les cultures moins demandeuses en azote, telles que les graminées et les taillis ligneux, avaient des effets plus favorables sur le climat.
Commercialisation d’éthanol cellulosique
La commercialisation de l’éthanol cellulosique est le processus permettant de créer une industrie utilisant des méthodes permettant de transformer des matières organiques contenant de la cellulose en carburant. Des sociétés telles que Iogen, POET et Abengoa construisent des raffineries capables de traiter la biomasse et de la transformer en éthanol, tandis que des sociétés telles que DuPont, Diversa, Novozymes et Dyadic produisent des enzymes qui pourraient permettre un avenir d’éthanol cellulosique. Le passage des matières premières des cultures vivrières aux résidus et aux graminées indigènes offre des opportunités considérables à de nombreux acteurs, allant des agriculteurs aux sociétés de biotechnologie et des développeurs de projets aux investisseurs.
L’industrie de l’éthanol cellulosique a développé de nouvelles usines à échelle commerciale en 2008. Aux États-Unis, des installations d’une capacité totale de 12 millions de litres (3,17 millions de gallons) par an ont été mises en service et de 80 millions de litres supplémentaires (21,1 millions de gallons) par an. – dans 26 nouvelles usines – était en construction. Au Canada, une capacité de 6 millions de litres par an était opérationnelle. En Europe, plusieurs usines étaient opérationnelles en Allemagne, en Espagne et en Suède, et une capacité de 10 millions de litres par an était en construction.
Mossi & amp; basé en Italie Le 12 avril 2011, Ghisolfi Group a ouvert le terrain pour son installation d’éthanol cellulosique de 13 millions de litres dans le nord-ouest de l’Italie. Il s’agira du plus grand projet d’éthanol cellulosique au monde, dix fois plus grand que les installations de démonstration actuellement en exploitation.
Usines commerciales d’éthanol cellulosique aux États-Unis
(Opérationnel ou en construction)
| Entreprise | Emplacement | Matière première |
|---|---|---|
| Bioénergie d’Abengoa | Hugoton, KS | La paille de blé |
| BlueFire Ethanol | Irvine, Californie | Plusieurs sources |
| Colusa Biomass Energy Corporation | Sacramento, Californie | Déchets de paille de riz |
| Coskata | Warrenville, IL | Biomasse, déchets agricoles et municipaux |
| DuPont | Vonore, TN | Épis de maïs, panic raide |
| DuPont | Nevada, IA | Tiges de maïs |
| Fener BioEnergy | Reno, NV | Déchets solides municipaux |
| Énergie de la côte du golfe | Tête moussue, FL | Déchets de bois |
| KL Energy Corp. | Upton, WY | Bois |
| Mascoma | Lansing, MI | Bois |
| POET-DSM Biocarburants avancés | Emmetsburg, IA | Épis de maïs, cosses et écailles |
| Gamme de carburants | Comté de Treutlen, GA | Déchets de bois |
| SunOpta | Little Falls, MN | Les copeaux de bois |
| SweetWater Energy | Rochester, NY | Plusieurs sources |
| Envirofuels américains | Comté de Highlands, Floride | Sorgho doux |
| Xéthanol | Auburndale, Floride | Épluchures d’agrumes |