Que sont les biocarburants?
Combustibles solides, liquides ou gazeux obtenus relativement récemment
À l'échelle mondiale, les biocarburants sont le plus souventutilisé pour alimenter les véhicules, chauffer les maisons et cuisiner. L'industrie des biocarburants se développe en Europe, en Asie et en Amérique. Une technologie récente développée au laboratoire national de Los Alamos transforme même la pollution en biocarburants renouvelables. Les agrocarburants sont des biocarburants qui sont produits à partir de certaines cultures et non à partir de déchets tels que les émissions de gaz d'enfouissement ou l'huile végétale transformée.
Il existe deux stratégies de production communesles agrocarburants liquides et gazeux. La première consiste à cultiver des cultures riches en sucre (canne à sucre, betteraves à sucre et sorgho doux) ou en amidon (maïs), puis à utiliser la fermentation de levure pour produire de l'alcool éthylique (éthanol). La seconde est la culture de plantes contenant de grandes quantités d'huile végétale, comme le palmier à huile, le soja, les algues, le jatropha ou la pongamia pinnata. Lorsque ces huiles sont chauffées, leur viscosité diminue et elles peuvent être brûlées directement dans un moteur diesel, ou elles peuvent être traitées chimiquement pour produire des carburants comme le biodiesel. Le bois et ses sous-produits peuvent également être convertis en biocarburants tels que le gaz de bois, le méthanol ou l'éthanol. Il est également possible de produire de l'éthanol cellulosique à partir de parties végétales non comestibles, mais cela peut être économiquement difficile.
La biomasse solide est également utilisée. De nombreux matériaux, comme le bois et l'herbe, peuvent être séchés, granulés et brûlés; il peut être utilisé pour produire de l'énergie. Bien que cela produise un peu de clinker, moins d'énergie est utilisée dans le traitement, ce qui peut entraîner une efficacité globale plus élevée. Le clinker est un additif à haute résistance et résistant au gel, un produit respectueux de l'environnement obtenu à partir d'argiles de schiste réfractaires spéciales et cuit à des températures allant jusqu'à 1200 ° C.
Développement de modèles pour la création de biocarburants
John Field, chercheur, laboratoire d'écologieNatural Resources à CSU, a déclaré qu'il était difficile de démontrer la viabilité commerciale des biocarburants cellulosiques créés à l'aide de parties de plantes non comestibles avant la production de biocarburants. L'herbe de blé, une herbe indigène trouvée dans de nombreuses régions d'Amérique du Nord, est un candidat de premier plan pour la production durable de matériel végétal.
L'équipe de recherche a utilisémodélisation des systèmes de culture du mil, production de biocarburant cellulosique, captage et stockage du carbone, suivi des écosystèmes et flux de carbone. Les scientifiques ont ensuite comparé cette modélisation à des méthodes alternatives de stockage du carbone sur terre, y compris la croissance des forêts ou des prairies.
Qu'est-ce que la capture et le stockage du carbone?
La capture et le stockage du carboneLe captage et le stockage du carbone (CSC) sont une technologie qui peut capter jusqu'à 90 % des émissions de dioxyde de carbone (CO2) générées par l'utilisation de combustibles fossiles dans la production d'électricité et les processus industriels, empêchant ainsi le dioxyde de carbone de pénétrer dans l'atmosphère. De plus, l’utilisation du CSC avec de la biomasse renouvelable est l’une des rares technologies de réduction des émissions de carbone pouvant être utilisée de manière « négative en carbone », c’est-à-dire en éliminant efficacement le dioxyde de carbone de l’atmosphère.
La chaîne CCS se compose de trois parties :le captage du dioxyde de carbone, le transport du dioxyde de carbone et le stockage sécurisé des émissions de dioxyde de carbone sous terre dans des champs de pétrole et de gaz épuisés ou dans des aquifères salins profonds.
Premièrement, la capture technologique permet la séparationle dioxyde de carbone provenant des gaz générés lors de la production d'électricité et des processus industriels de l'une des trois manières suivantes : captage avant combustion, captage après combustion et oxycombustion.
Le dioxyde de carbone est ensuite transporté à traverspipeline ou sur un navire pour un stockage en toute sécurité. Des millions de tonnes de dioxyde de carbone sont déjà transportées commercialement chaque année par camions-citernes, navires et pipelines. Les États-Unis ont 40 ans d’expérience dans le transport du dioxyde de carbone par pipelines pour des projets de récupération assistée du pétrole.
Le dioxyde de carbone est ensuite stocké dans des roches géologiques soigneusement sélectionnées, qui sont généralement situées à plusieurs kilomètres sous la surface de la terre.
À chaque étape de la chaîne CCS, de la production àstockage, l'industrie dispose d'un certain nombre de procédés bien étudiés qui présentent d'excellentes performances en matière de santé et de sécurité. Le déploiement commercial du CSC comprendra l'adoption généralisée de ces techniques de CSC, combinée à des techniques de surveillance robustes et à une réglementation gouvernementale.
Utiliser la technologie pour la production de biocarburants
Technologies de capture et de stockage du carbonesont utilisés dans au moins une usine de l'Illinois qui transforme le maïs comme biocarburant conventionnel pour produire de l'éthanol, mais ces systèmes ne sont pas encore largement adoptés. Dans le cadre de l'étude, les scientifiques ont créé des modèles pour simuler à quoi cela ressemblerait dans une usine de transformation de biocarburant cellulosique.
Cycle du carbone de reboisementterres converties à partir de la production agricole (à gauche) ou converties pour cultiver le mil pour produire des biocarburants négatifs en carbone (à droite). Crédit: John Field.
«Nous avons constaté qu'environ la moitié du carbonele millet entrant dans la raffinerie devient un sous-produit qui peut être utilisé pour capturer et stocker le carbone », disent les scientifiques. Les courants de sous-produits de dioxyde de carbone de haute pureté qui en résultent ne nécessiteront pas de séparation ou de purification significative avant le stockage souterrain.
L'équipe de recherche a analysé troisdiverses études de cas aux États-Unis et ont constaté que sur les terres où les agriculteurs ou les gestionnaires des terres abandonnaient la culture ou conservaient des pâturages pour le pâturage, la culture du mil pour la production d'éthanol cellulosique avait le potentiel d'atténuer les impacts par hectare, comparable au reboisement, plus que la restauration des prairies ... (Un hectare représente environ deux fois et demie la taille d'un terrain de football moyen.)
Modélisation des flux de carbone de l'écosystème pourdifférents scénarios d'utilisation des terres. Histogramme empilé montrant les estimations DayCent de l'apport de carbone de l'écosystème par la centrale nucléaire (barres roses) et les pertes totales de carbone par R h (barres blanches) et le rendement (Harv) de mil (barres bleues) et de bois (barres vertes) pour BP pour des études de cas à New York (NY), Iowa (Iowa) et Louisiane (Los Angeles). Le CNÉB qui en résulte est marqué de diamants verts, avec des valeurs positives indiquant une augmentation du stockage du carbone dans l'écosystème. Les résultats sont des moyennes annuelles sur les 30 premières années de modélisation
Les scientifiques ont noté que plusieurs critiques bien connues à l'égard des biocarburants les ont incités à les étudier.
«Notre analyse montre que les grandsdes avantages peuvent être obtenus avec les biocarburants si l'intention est de le faire », ont déclaré Lee Lind, co-auteur, et Paul E. et Joan H. Keno, professeurs émérites en génie de l'environnement au Dartmouth College.
Que sont les émissions négatives et le « zéro net » ?
«Émissions négatives» - l'absorption de gaz à effet de serrede l'atmosphère - il sera probablement nécessaire de stabiliser le réchauffement climatique de 1,5 degré Celsius, un objectif ambitieux que les gouvernements ont assumé dans l'Accord de Paris.
Il existe deux approches principales - des solutions pourle climat naturel (NCS) et la technologie des émissions négatives (NET). Les deux ont des limites sur la quantité que vous pouvez déployer et il peut y avoir des inconvénients.
Pourquoi des «valeurs aberrantes négatives»?
Pour stabiliser le réchauffement climatique enà tout niveau, il est nécessaire d'éliminer les émissions de dioxyde de carbone, principal gaz à effet de serre; les réduire ne suffit pas. D'autres gaz à effet de serre comme le méthane doivent également être limités.
Cependant, dans des secteurs tels que l'agriculture etl'aviation, zéro émission peut ne pas être possible. Par conséquent, la seule approche consiste à extraire suffisamment de gaz à effet de serre de l'atmosphère pour équilibrer les émissions restantes - de sorte que les émissions atteignent «zéro net».
Si des valeurs aberrantes négatives et positiveséquilibré, le réchauffement climatique devrait se stabiliser. Actuellement, le seul gaz à effet de serre avec des émissions négatives potentielles à l'échelle est le dioxyde de carbone.
Combien faut-il et quand?
Groupe intergouvernemental d'experts surLe Groupe d’experts sur le changement climatique (GIEC) a publié en 2018 un rapport historique décrivant ce que les gouvernements doivent faire pour mettre en œuvre l’Accord de Paris. Le GIEC a déclaré que pour atteindre l’objectif de 1,5°C, il faudrait atteindre zéro émission nette de CO2 à l’échelle mondiale d’ici le milieu du siècle environ, ainsi que des réductions significatives des autres gaz à effet de serre, et que des émissions négatives seraient presque certainement nécessaires.
Combien cela dépendra dejusqu'où nous sommes arrivés à réduire les émissions. Cela dépendra également du fait que le réchauffement dégagera des gaz à effet de serre dans l'air, par exemple en libérant du méthane emprisonné dans le pergélisol.
Les biocarburants sont essentiels pour atteindre les objectifs climatiques
Les scientifiques ont déclaré qu'en raison des retards actuels dansLa lutte contre le changement climatique devra adopter une position plus proactive sur les biocarburants et autres technologies à émissions négatives si des pays comme les États-Unis veulent limiter l'impact du réchauffement climatique à 1,5 degré Celsius au-dessus des niveaux préindustriels.
«Si nous voulons atteindre cet objectif, nousil est vraiment nécessaire de déployer des alternatives aux combustibles fossiles dès que possible », a déclaré Field. Il a également ajouté qu'il était nécessaire d'éliminer la pollution par le carbone de l'atmosphère et de réduire les émissions historiques.
Éliminer la pollution par le carbone est une idéequi a été largement débattue depuis la conclusion de l'Accord de Paris au titre de la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques en 2016.
«Nous allons commencer à nettoyer la pollution par le carbone qui s'est produite dans le passé parce que nous réduisons nos émissions trop lentement», a déclaré Field.
Il existe différentes façons d'accomplir ce nettoyage, la plus simple étant de faire pousser des arbres pour stocker plus de carbone sur le sol.
D'autres alternatives sont décrites et analysées dansrecherche, y compris l’utilisation de biocarburants négatifs en carbone. Les plantes extraient le carbone de l'atmosphère pour se développer, et le carbone est utilisé pour fabriquer les tissus végétaux.
Si ce matériel végétal est collecté etconverti en énergie, une partie du sous-produit de dioxyde de carbone qui en résulte peut être capturée et pompée sous terre pour être stockée dans des puits de pétrole épuisés ou d'autres formations géologiques, plutôt que de la renvoyer dans l'atmosphère.
De même, les biocarburants cellulosiques sontattractif car il peut contribuer à réduire l'utilisation des énergies fossiles dans l'aviation, le transport maritime et les camions, dans tous les domaines où la transition vers l'électricité est difficile.
À l'avenir, l'équipe de recherche espère étendre sa modélisation à l'échelle nationale, plutôt que d'examiner quelques sites spécifiques à travers le pays.
«À petite échelle, il existe de nombreuxéléments pour l'utilisation future des biocarburants avancés, concluent les scientifiques. "L'astuce consiste à rassembler tous ces éléments et à nous assurer que nous continuons à bénéficier d'un soutien afin qu'il puisse prospérer et monter en flèche même lorsque les prix de l'essence sont relativement bas, comme c'est le cas actuellement."
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