Vendredi 13 mars 2009

a

 

 

 

 

  • Les transports ont consommé 50 millions de tonnes équivalent pétrole (50 Mtep) en France en 1995 (en 1998, la consommation était de 95 Mtep).
  • A partir des rendements des cultures susceptibles de produire du carburant d'origine agricole, on peut calculer les surfaces qu'il faudrait affecter pour produire de cette manière ce que nous mettons dans nos voitures chaque année:

 

Filière

Culture initiale

Tonnes par hectare (*)

Litres de carburant par tonne

Pouvoir énergétique unitaire (kJ par litre)

Energie brute produite par Ha (kJ)

Nombre minimum de km2 mobilisés pour produire 50 Mtep

en % du territoire français

en % des terres agricoles 1997

ETBE

Betterave

75

100

21 285

159 637 500

140 318

26%

92%

Ethanol

Blé

8

350

21 285

59 598 000

375 852

69%

245%

(*) Il s'agit de moyennes
Source : Ministère de l'Industrie pour les rendements bruts

 

  • Nous pouvons voir qu'il faudrait cultiver par exemple la totalité des terres agricoles pour produire la quantité suffisante d'ETBE. Mais il faut aussi oublier les autres cultures. Ainsi, avec ce tableau, nous pouvons voir qu'il y a un problème au niveau des rendements. La France n'a pas assez de terres exploitables si elle veut par exemple rouler uniquement avec de l'éthanol.
  • Ceci prend seulement en compte les transports mais on sait que le pétrole et les énergies non renouvelables ont aussi d'autres utilités. Ainsi, si l'on voulait remplacer le pétrole par des biocarburants, voici ce que cela donnerait :

 

 

Filière

Culture initiale

% du territoire français devant être cultivé pour substituer 100% du pétrole par du biocarburant

% du territoire français devant être cultivé pour substituer 10% du pétrole par du biocarburant

ETBE

Betterave

104%

10%

Ethanol

Blé

276%

28%

 

  • Il faudrait par exemple trois fois la superficie de la France pour pouvoir rouler à l'éthanol et oublier le pétrole. Cela prend en compte la totalité du territoire et pas seulement les terres cultivables. On voit bien que les biocarburants ne permettent pas de substituer " un jour " ce que nous consommons aujourd'hui comme pétrole, ni même une fraction significative de celui-ci.
  • C'est pourquoi la valorisation des sous-produits est très importante. Si l'on ne valorise pas les sous-produits de la production de biocarburants (la paille si l'on cultive du blé, la pulpe broyée de la betterave qui sont aussi des biocarburants ) le rendement net est très bas.
  • De plus, nous pouvons nous interroger sur la consommation d'énergie nécessaire afin de cultiver des biocarburants. A ce jour, d'après l'ensemble des experts consultés, on obtient de manière générale les résultats suivants :

-Pour fabriquer de l'ester (Biogazole, Diester...), on doit, en France, transporter les récoltes à 250 km environ du lieu de culture, vers de grosses usines où près de vingt-cinq opérations industrielles sont nécessaires pour obtenir le produit désiré. Ainsi, pour obtenir 1.000 litres d'ester, il faut en consommer l'équivalent énergétique de 680 litres. Le rendement énergétique est assez bas car il s'agit d'une fabrication qui est très gourmande en énergie.

 

 

http://nicolaspoiteau.free.fr/tpe2003/partie3.html

Par Weeds - Publié dans : Les biocarburants : Inconvénients
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Mercredi 4 mars 2009

Expérience n°1 : Fabrication expérimentale d’EMHV (diester)


L'huile végétale brute ayant certaines propriétés gênantes pour son utilisation comme carburant (une température de solidification assez élevée par exemple), on préfère généralement la transformer en Ester Méthylique d'Huile Végétale (EMHV), qui a des caractéristiques plus proches de celles des carburants dérivés du pétrole. Dans le cadre de ces TPE, nous avons essayé de synthétiser de l'EMHV au laboratoire du lycée :


Nous avons mélangé 20 mL de méthanol avec 0.4g de soude caustique (ou hydroxyde de sodium) dans un erlenmeyer, et créé ainsi du méthoxyde de sodium, une base extrèmement forte.

[Photo]


Nous avons ensuite ajouté 100 mL d'huile végétale (huile de colza), puis mélangé pendant 15 minutes environ.

[Photo]


Enfin, nous avons placé le mélange dans une ampoule à décanter, et laissé reposer.

[Photo]



Ici, ce sont le trilinoléate de glycéryle (qui est un composant de l'huile végétale) et le méthanol qui ont réagi pour former de l'EMHV et du glycerol (qui peut notamment servir à la fabrication de savon), la soude caustique agissant comme catalyseur.

L'équation de la réaction qui se produit peut alors s'écrire ainsi :

C57H98O6 + 3 CH4O   =>  3 C19H34O2  +  C3H8O3

Le lendemain, on distingue 2 phases : le glycerol, plus dense, s'est déposé au fond de l'ampoule à décanter.

[Photo]


Il ne nous reste plus qu'à vider (laborieusement!) le glycérol, et on peut ainsi recueillir l'EMHV, également appelé diester.

Nous n'avons pu trouver aucun test d'identification de l'EMHV réalisable, il aurait fallu utiliser une spectroscopie de masse, impossible à effectuer au lycée.
On peut néanmoins montrer que l'EMHV obtenu est moins visqueux que l'huile végétale de départ, en déposant simultanément une goutte de chaque liquide sur une plaque de verre inclinée, et en observant la vitesse de déplacement.

[Photo]


L'équation de combustion de cet EMHV sera la suivante :

2 C19H34O2  +  53 O2   =>  38 CO2  +  34 H2O

Expérience n°2 : Fabrication expérimentale d’éthanol

 

L'éthanol peut être obtenu à partir de la fermentation de n'importe quel végétal contenant du sucre. Cependant, l'extraction de ce sucre étant un processus assez long, nous avons choisi de travailler directement à partir d'une solution de saccharose.

Nous avons utilisé un erlenmeyer muni d'un tube à dégagement, et placé sur un agitateur chauffant. Dans ce dernier nous avons dissout 6 morceaux de sucre dans de l'eau distillée, puis ajouté un sachet de levure boulangère (utilisée en pâtisserie). Nous avons agité légèrement et chauffé le mélange à 50°C pour accélérer la réaction.

[Photo]

En faisant plonger le tube à dégagement dans de l'eau de chaux, nous avons pu constater rapidement le dégagement de dioxyde de carbone

 

[Photo]


Dans cette expérience, la levure sert à catalyser la réaction de fermentation qui transforme le saccharose en éthanol. L'équation de cette réaction peut s'écrire ainsi :

C12H22O11  +  H2O  =>  4 C2H6O  +  4 CO2


Pour tester la présence d'éthanol, on prélève une petite quantité de la solution obtenue, que l'on met en contact avec une solution acide contenant des ions dichromates.

[Photo]

On observe un changement de teinte (d'orange à vert), dû à une réaction d'oxydo-réduction dont l'équation est :

2 Cr2O72-  +  16 H3O+  +  3 C2H6O  =>  4 Cr3+  +  27 H2O  +  3 C2H4O2

On a donc bien obtenu de l'éthanol, qui pourra être utilisé comme carburant, et dont l'équation de combustion sera :

C2H6O  +  3 O2  =>  2 CO2  +  3 H2O

 

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Jeudi 12 février 2009

 

Les inconvénients. (Guillaume)

La politique de production massive d’agrocarburants est jugée « crime contre l’humanité » par Jean Ziegler, le rapporteur spécial des Nations Unies pour le droit à l’alimentation

 

1. Conséquences sociales

Une question morale se pose : Est-il décent d’utiliser de la nourriture pour faire rouler nos voitures quand plus de 3 Milliards de personnes dans le monde souffrent des conséquences de la sous-alimentation ? (c’est vrai ça, c’est pas gentil)

 

D’après un rapport de la Banque Mondiale, effectué par l’économiste Don Mitchell, et dévoilé par le journal anglais The Guardian, les biocarburants seraient responsables de 75% de l’augmentation globale du prix des céréales depuis 2002 Les prix moyens des matières premières alimentaires ont augmenté de 140% depuis 2002, cela porte donc la responsabilité des biocarburants à 105%. Le Gouvernement Américain, de son côté, déclare que seuls 3% sont dus à la culture des biocarburants, la crise alimentaire étant imputable à la demande croissante en nourriture des pays émergents, notamment l’Inde et la Chine. Mais le président Bush et son gouvernement ont d’énormes intérêts économiques à défendre les biocarburants, cela permettant notamment aux USA de s’affranchir partiellement de leur dépendance aux les pays pétroliers du Golfe Persique, et on comprend qu’ils manquent d’objectivité pour juger des conséquences de leurs activités. La Banque Mondiale n’a d’ailleurs pas publié son étude afin de ne pas déranger le puissant pays. D’après celui-ci, la transformation des aliments, le délaissement des terres vivrières pour cultiver les agrocarburants, et la spéculation, qui a indexé le prix des denrées alimentaires sur celui du pétrole, sont les trois principaux facteurs de la hausse des prix et de la crise alimentaire.

D’après la Banque Mondiale, la consommation calorique des populations les plus pauvres se réduit de 0.5% chaque fois que les prix des principales denrées alimentaires augmente d’1%. Par un calcul simple on peut donc déduire que la culture des biocarburants est responsable de la baisse de 52.5% de la consommation calorique de ces mêmes populations.

Dernièrement, la tentative d’utilisation du manioc pour les biocarburants est particulièrement inquiétante pour les plus démunis. En raison de sa forte concentration en amidon, cette plante est très intéressante pour produire du bioéthanol, par exemple. Le manioc nourrit 200 Millions d’habitants de l’Afrique subsaharienne. L’utilisation de cette racine montre un cynisme et une absence totale de scrupules impressionnants de la  part des éthanoliers.

Mais cette simple statistique suffit à faire prendre conscience de l’injustice et du crime contre l’humanité que représentent les biocarburants : Le plein d’un 4x4 à l’éthanol pur consomme 200kg de maïs, soit assez pour satisfaire les besoins alimentaires d’une personne pendant une année. On comprend donc la vanité des paroles de ceux qui prétendent remplacer durablement le pétrole par les biocarburants.

“Le sucre et l’alcool brésiliens sont imprégnés de sueur, de sang et de mort”, dénonce Maria Cristina Gonzaga, chercheuse au ministère du Travail. Selon ses calculs, au cours des cinq dernières années, le travail dans les champs de canne à sucre a fauché la vie de 1 383 travailleurs. “Le coupeur de canne espère qu’on fabriquera une machine”, raconte Miguel Ferreira, président du Syndicat des travailleurs ruraux de la canne à sucre de Jaboticabal, dans l’Etat de São Paulo, région d’où proviennent 60 % de la production nationale d’alcool et de sucre. Miguel lui-même été coupeur de canne pendant six ans et a produit, tout comme ses semblables, 6 tonnes de canne par jour. “Aujourd’hui, on demande aux travailleurs de produire au moins 10 tonnes de sucre par jour. Aucun homme ne peut tenir”, assure-t-il. Selon l’université fédérale de São Carlos, pour couper 10 tonnes et gagner 24 reais [environ 9 euros], il faut parcourir près de 9 kilomètres à pied entre les cannes. Cela n’est  pas une conséquence directe mais découle de la recherche du profit et du rendement maximaux intrinsèquement liés depuis le début à la culture des agrocarburants .

 

Le bilan énergétique n’est pas brillant. Il est seulement de 1.2, ce qui veut dire que pour obtenir 1 litre de bioéthanol il faut en bruler 1.2l. C’est mieux que celui de l’essence (0.8) mais reste insuffisant.

Mais dans tous les cas, la culture et l’utilisation des agrocarburants rendent le terme « bio » quelque peu inapproprié

En effet, les conséquences écologiques sont très mauvaises, pour une énergie qualifiée de « propre ». Après transformation des céréales en éthanol ou en huile, il reste de nombreux déchets, or ces déchets produisent du méthane. On est incapable de connaître les quantités exactes dégagées, mais le méthane est 23 fois plus polluant que le CO2. Si l’on ajoute à cela que pour 100kg ce qui rend la perspective du remplacement du pétrole par les agrocarburants dans un but écologique quelque peu illusoire.

Un hectare de culture de tournesol en bio produit environ 600 litres d'huile brute, utilisable dans un moteur diesel. Pour prendre l’exemple de la France, on y consomme annuellement environ 40Mt en carburants pour les transports. Pour satisfaire les besoins, il faudrait  cultiver 80Mha de tournesol, or les terres agricoles  représentent au total 30Mha... En utilisant 25% des  terres agricoles, on pourrait produire 4Mt de biocarburant, soit dix fois moins que la consommation actuelle... Une mondiale de l’usage des biocarburants pour l’ensemble du parc automobile mondial supposerait un besoin énorme de nouvelles terres. Cela entrainerait inévitablement une nouvelle vague de déforestation massive, comme c’est déjà le cas au Brésil notamment. Or, la déforestation est dès à présent responsable de l'émission de 2 Gt de carbone supplémentaires par an. Ce serait donc un désastre écologique.

La culture des agrocarburants provoque aussi des monocultures : en effet, il est plus rentable pour un paysan, avec tous les avantages (subventions, taxes moins importantes) de cultiver seulement du colza (ou tournesol) tous les ans plutôt que d’alterner avec les produits alimentaires moins rentables car trop chers. Certains sont mêmes liés par des contrats à des firmes, pour cinq ou dix ans et doivent fournir la même plante tous les ans. Le sol est donc appauvri, ce qui a des conséquences très importantes sur les écosystèmes locaux et fini à long terme par rendre les terres infertiles et ruiner leur propriétaire. Cela a, à court termes, pour conséquence la nécessité d’utiliser de plus grandes quantités d’engrais et de pesticides. En effet le sol étant plus pauvre, les végétaux sont plus faibles et peuvent moins bien se défendre contre les parasites. La plupart des engrais actuels sont sont des engrais azotés, qui dégagent du protoxyde d’azote, gaz qui a un efffet de serre seulement 300 fois supérieur à celui du CO2. Le problème de l’utilisation de ces engrais n’est pas propre aux seuls agrocarburants, mais la culture de ceux-ci est celle qui en utilise le plus pour des raisons simples à comprendre : contrairement à l’agroalimentaire, il n’y a pas de limite pour les pesticides. En effet, à moins de boire du bioéthanol, personne ne fait d’intoxication alimentaire aux agrocarburants. Seulement, Les conséquences à long terme sont désastreuses (pénétration des nappes phréatiques, accélération de la déterioration des sols). En Bolivie, par exemple, la monoculture de palme a un effet desastreux sur le pays. Dans quinze ans, 98 % des forêts pluviales d’Indonésie et de Malaisie ne seront plus qu’un souvenir, emportant avec elles de nombreuses espèces sauvages victimes de la destruction de leur habitat. Pourtant, ce sombre scénario était censé contenir une lueur d’espoir. L’huile de palme destinée à la fabrication de biocarburant devait représenter l’une des meilleures solutions contre le réchauffement climatique. Au lieu de quoi, des forêts sont aujourd’hui abattues dans une ruée effrénée pour la production de cette huile. Pour les écologistes, la récupération de terres pour le “carburant vert” n’est souvent rien de plus qu’une escroquerie, un écran de fumée derrière lequel s’effectue l’abattage des derniers arbres qui ont échappé aux coupes illégales. Dans un coin du Kalimantan, la partie indonésienne de Bornéo, les palmiers n’ont été plantés que sur 250 000 hectares, sur un total de 6 millions d’hectares de forêt destinés à l’huile de palme alloués par le gouvernement. “Si l’on regarde de près, les zones où les entreprises ont reçu l’autorisation de planter des palmiers sont celles qui sont occupées par des forêts à haute valeur écologique”, note Willie Smits, le fondateur de SarVision, un service de cartographie par satellite qui établit la carte du recul de la forêt pluviale. « Mais tout ce qu’elles veulent, c’est le bois, et elles n’ont aucune intention de planter quoi que ce soit ». 

Conclusion  

Si nous voulons remplacer les carburants actuels par des biocarburants de façon durable et viable,  il est impératif de repenser complètement toute la chaîne de fabrication de façon écologique et humaniste, et pas seulement du point de vue financier, en recherchant toujours le rendement maximal, et en laissant quelques individus profiter de cette nouvelle opportunité commerciale. Cette fois-ci, des vies, des vies humaines sont en jeu

 

 

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Jeudi 12 février 2009

Les biocarburants gazeux

 

Ce sont des combustibles obtenus à partir du méthane contenu dans le biogaz. Ce dernier résulte de la fermentation, hors de la présence d'oxygène (donc hors de la présence de l'air), de n'importe quel matériau organique : déchets alimentaires, déchets de bois, paille, et bien sûr produits des cultures. En pratique ce biogaz est obtenu en mettant des matériaux organiques dans une enceinte qui est à l'abri de l'air et en "laissant faire" les bactéries qui vont les décomposer. Les gaz issus de cette fermentation sont composés de 65 % de méthane, 34 % de CO2 et 1 % d'autres gaz dont le sulfure d'hydrogène et le diazote.

 

  •   Il peut s’utiliser pur, soit dans des moteurs à allumage commandé (technologie moteurs à essence) soit dans des moteurs dits "dual-fuel". Il s'agit de moteurs diesel alimentés en majorité par du méthane ou biogaz et pour lesquels l'explosion est assurée par un léger apport de biodiesel/huile ou gazole.

 

 

 

  •   On peut également transformer le biogaz en combustibles liquides : c’est la filière BTL (Biomass To Liquid) qui utilise le procédé Fisher-Tropsch.

 

 

Les principales sources de biogaz sont les boues des stations d'épuration (la production rend la station au moins en partie autonome en énergie), les lisiers d'élevages, les effluents des industries agroalimentaires et les déchets ménagers.

Une possibilité qui est développée en Europe et aux États-Unis consiste à épurer le biogaz aux normes du gaz naturel pour qu'il puisse être injecté dans les réseaux de gaz naturel et ainsi s'y substituer en petite partie pour les utilisations traditionnelles qui en sont faites. Le biogaz issu de déchets fermentescibles représente une filière performante puisqu'elle produit environ 4,6 fois plus d'énergie qu'elle n'en a consommé et qu’elle est techniquement plus simple à utiliser que les autres ; cependant elle est encore très peu médiatisée en France

Certains considèrent l’hydrogène comme un biocarburant, car il peut servir de combustible pour la pile à combustible, chargée de produire de l'électricité, ou bien produire du méthanol pour les moteurs thermiques ( BMW et Chrysler ont des voitures qui utilisent ce type de moteurs ).

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Jeudi 12 février 2009

Les biocarburants éthyliques

 

Ce sont les combustibles obtenus à partir d’alcools. On va trouver plusieurs carburants dans cette catégorie :

 


  • Le méthanol (ou "alcool de bois"), obtenu à partir du méthane est utilisable, en remplacement partiel (sous certaines conditions) de l'essence, comme additif dans le gasoil, ou, à terme, pour certains types de piles à combustible. Cependant, ce dernier est mis hors-jeu car c'est un produit dangereux et neurotoxique.


 


  • Le bioethanol, qui est un biocarburant destiné aux moteurs à essence. Il est possible d'obtenir du bioéthanol à partir de n'importe quels végétaux contenant du saccharose, du glucose (voir notre expérience) ou de l'amidon, soit par extraction du glucose ou du saccharose puis par fermentation, soit par hydrolyse de l’amidon afin de former du sucre puis par fermentation. Cet éthanol d’origine végétale n’est rien d’autre que de l’alcool éthylique, le même que celui que l’on trouve dans toutes les boissons alcoolisées. En 2003, la production de bioéthanol dans le monde était de 22 milliards de litres, dont 620 millions dans l'Union Européenne.


Il existe plusieurs types de carburants contenant de l'éthanol. La plupart sont des mélanges d'essence et d'éthanol à différentes proportions. On les désigne par la lettre E suivie du pourcentage d'éthanol dans le mélange : par exemple du E85 représente un carburant contenant 85% d'éthanol et 15% d'essence. Dans cette nomenclature, E100 désigne l'éthanol pur.

On trouve ainsi du E5, E7, E10, E15, E20, E85, E95, E100 en fonction du pays dans lequel on se trouve et de l'utilisation que l'on veut en faire.

Au-delà de 20% d'éthanol, les moteurs doivent être sujets à des adaptations en raison du caractère corrosif de l'éthanol.

Le bioéthanol est surtout utilisé comme biocarburant sous la forme de E85. Ce mélange constitué de 85% d'éthanol et de 15% d'essence est actuellement utilisé aux États-Unis et en Suède. En France, la commercialisation de l'E85 aux particuliers, légalement nommé Superéthanol, est officielle depuis le 1er janvier 2007. L’E85 est aujourd’hui le mélange le plus écologique dans son utilisation.

 



  • L'Ethyl-tertio-butyl-éther (ETBE) est un dérivé de l'éthanol. Il est obtenu par réaction entre l'éthanol et l'isobutène et est utilisé en mélangé à la hauteur de 15% avec de l'essence sans plomb 95. L'isobutène est obtenu lors du raffinage du pétrole. Aujourd’hui, 80% de la production du bioéthanol sert à la synthèse d’ETBE. L'avantage de cette transformation réside dans le fait que, contrairement au mélange éthanol / essence, le mélange ETBE / essence tolère la présence de traces d'eau. Néanmoins, l'ETBE est moins vertueux pour l'environnement, d'où le choix de la France (et de nombreux autres pays) pour l'E85.

 

 

 

Les cultures concernées sont toutes celles qui peuvent fournir des matériaux capables de fermenter pour donner un alcool. Toutes les cultures sucrières sont donc éligibles mais aussi celles qui donnent de l'amidon, lequel amidon, par hydrolyse, donne ensuite du sucre. On parle d’ailleurs généralement de filière "sucre" pour désigner cette filière de production du bioéthanol. De nombreuses espèce végétales sont ainsi cultivées pour leur sucre : c'est le cas par exemple de la canne à sucre, de la betterave sucrière, du maïs, du blé ou encore dernièrement de l'ulve.

Ces cultures tendent cependant à être remplacées par la filière lignocellulosique. Celle-ci utilise la lignocellulose, le constituant principal de la paroi des cellules végétales. La lignocellulose est composée de sucres complexes, la cellulose et l’hemicellulose, et de lignine en proportions variables selon les espèces, les conditions de croissance et le stade de maturité. Elle peut être convertie en éthanol, en hydrocarbure ou en hydrogène. La filière lignocellulosique présente l’avantage de produire des biocarburants à partir de l’intégralité de la plante.

Selon le directeur du Programme des Nations unies pour l'Environnement, les termites possèdent des bactéries capables de transformer "de manière efficace et économique les déchets de bois en sucres pour la production d'éthanol". Les enzymes trouvées dans le tube digestif des termites et produites par ces bactéries symbiotiques sont en effet capables de convertir le bois en sucre en 24 heures. Le potentiel de la filière cellulosique est énorme et les technologies évoluent rapidement. C’est pourquoi elle fait l’objet d’intenses recherches dans le monde entier.

 

 

La fermentation des sucres en éthanol génère de grandes quantités de CO2 (à concentration élevée) qui peuvent nourrir les microalgues. La production de 50 litres d'éthanol par fermentation alcoolique s'accompagne de la production de 15 litres de CO2. En ce qui concerne la filière huile, les tourteaux obtenus après extraction de l'huile végétale peuvent servir à produire du biogaz. Le méthane peut alimenter une centrale thermique (production d'électricité) et le CO2 libéré peut aussi nourrir les microalgues.

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