Les microalgues : biocarburant de demain ? 3 constats ĂŠvidents Les atouts de microalgues Comment fabriquer le biocarburant ? Des incertitudes et quelques inconvĂŠnients
3 constats ĂŠvidents
Les carburants fossiles vont manquer Réserves actuelles : 150 milliards de tonnes = 1000 à 1200 milliards de barils
50000 milliards de $
Rythme de consommation actuelle 40 ans de pétrole
4 fois le PIB des états unis
Les avancées technologiques repoussent la fin du pétrole
Les dĂŠfauts des biocarburants actuels Utilisation d'espaces agricoles
Concurrence avec les cultures alimentaires
Utilisation de grandes quantitĂŠs d'eau
Utilisation de produits chimiques (engrais, phytosanitaires)
Exemple de la production de biocarburant de betterave Consommation mondiale pétrole (transports routiers) en 2004 : 1,5 Gt
Équivalent pétrole produit en éthanol de betterave 525 millions d'ha 1/3 des terres agricoles mondiales
Les microalgues, un potentiel inexploité Présence en eau Bloom algal salée/douce Nuage de microalgues et de phytoplancton
Des milliers de microalgues par goutte d'eau
Les microalgues, un potentiel inexploité Entre 200 000 et 1 million d'espèces Très riches en triglycérides Nombreuses utilisations
Utilité dans de nombreux domaines dans l’alimentation dans l’agroalimentaire dans les cosmétiques dans le médical (santé)
Plusieurs sources futures de production La dépollution Production d'hydrogènedans des stations Production d'énergie par d’épuration combustion du Méthane Production de Fabrication biodiesel de Algues (Fucus) Médicament utilisé nombreux Shampoing pour colorants Compléments alimentaires comestibles pourAlgues faciliter la perte de poids. cheveux pour chevaux D’adhésifs et de secs à base d'algues certaines enzymes
dans l’environnement dans l’industrie dans l’énergie
Le captage Colorant extraits Usine(avec de combustion d’algues brunes) de biogaz du carbone (CO2) 2 grammes de spiruline Pile à combustible Crème à base « laverbread » Fabrication à partir de laminaires Soin antiridesd’alginates pour et 6 semaines peuvent d'algues marines hommes à pouvoir sauver un enfant en antiradicalaires, sous-nutrition
Les microalgues, un potentiel inexploité Entre 200 000 et 1 million d'espèces
Très riches en triglycérides
Nombreuses utilisations
Grande capacité à stocker le CO2
Rendements productifs supérieurs aux plantes terrestres
Les atouts des microalgues
Le couplage industriel 1kg de biomasse = 1,8kg de CO2 fixé
Avantages pour la culture
CO2 et azote favorisent la croissance CO2 dope la photosynthèse 50 à 80 % du CO2 fixé est recyclé
Avantages écologiques
Avantages économiques
25 % du phosphore et de l'azote est recyclé Revalorisation économique des microalgues Production d'énergie à partir de la biomasse
Usine E.ON en Allemagne Inaugurée le 28 août 2008 Coût total du projet : 2,2 millions d'€ Production visée : 160 t de biomasse 5000t nécessaires pour fixer le CO2 d'une centrale moyenne
Les avantages productifs Rendements en huile 30 fois supérieurs aux oléagineux terrestres
Contenu lipidique = 80 %
Contenu lipidique du jatropha = 30 à 40 %
Rendement photosynthétique = 6 %
Rendement photosynthétique du tournesol <1%
Comparaison de l'énergie produite par différents biocarburants
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
19
Ethanol de maïs
Biodiesel
1
2,5
8
Energie produite par le biocarburant pour 1 unité de carburant fossile utilisée
Ethanol de Canne à Sucre Biocarburant de 3eme génération (microalgues)
Les avantages écologiques Émission de gaz à effet de serre 18
16
Lbs/gal
14
12
10
8
6
4
2
0
éthanol de maïs éthanol de canne à sucre biodiesel biocarburant de microalgues
Les avantages pratiques Possibilité de s'affranchir du sol
Possibilité de culture dans les pays en voie de développement
Réutilisation de l'eau à l'infini
Revalorisation des microalgues
Comment fabriquer le biocarburant ?
Culture en bassins « Raceway » Bassins d’eau ouverts
Construction et entretien facile
Eau, microalgues, nutriments et CO2 circulent grâce à des pales rotatives
Risque de contamination élevé
Culture en photobioréacteur (PBR) Clos avec circulation de nutriments, air et CO2
Isole des agents de contamination extérieurs
Modification de différents facteurs : Lumière, température, pH…
O2 et pH difficiles à controler
Grande illumination artificielle
Risque de photoinhibition
PBR produit 1,4 fois plus de lipides que le système Raceway
Le lieu de culture Les microalgues n'ont besoin que de lumière et d'eau pour croître OPPORTUNITE DU DESERT (eau dans les PBR) Un espace inutilisé gigantesque
Le désert a la meilleure luminosité
Culture dans le Colorado de Solix Biofuels
Culture en Arizona de Greenfuel
Le développement d'un carburant fiable (Projet Shamash) Shamash ça marche
Développement biocarburant à :base Visite Réalisation d’une d’un du entreprise Projet Shamash associée de microalgues qui: l’IFREMER puisse tenir la route uneau association projet d’entreprises Quelle est la meilleure algue dans le but de produire du biocarburant et quel est son optimum de croissance ?
L'écophysiologie (expérience)
néral : Rendement de l'expérience - Evolution du nombre de microalgues en fonction du temps
Facteurs modifiés lors de Interprétation Résultats de des l'expérience résultats l'expérience
100000000
10000000
Nombre de microalgues (en cellules/mL)
Concentration enEcophysiologie milieu nutritif : :4mL/L ou 1 mL/L
1000000
Variation des facteurs Luminosité : 30 (haut) lux(bas) environnementaux ou ou des300 conditions de culture
1mL Haut 4mL Haut 1mL Bas 4mL Bas
Solution A = 4mL H
Solution C = 4mL B
Solution B = 1mL H
Solution D = 1mL B
100000
10000 Jour 1
Jour 2
Jour 3
Jour 4
Temps (en jours)
Jour 5
Jour 8
Jour 11
Haut = 30 lux Bas = 300 lux
La récolte des microalgues Coagulation et floculation Utilisation de produits chimiques Filtration Quantité limitée Résultats aléatoires
Centrifugation Risque d’abimer ou d’altérer la cellule Consommation énergétique
L’extraction des lipides Solvant chimique
Ex : l’hexane
Bon marché et efficace Utilisé dans l’alimentaire Risque d’altération Peu respectueux de l’environnement
L’extraction des lipides Le CO2 supercritique CO2 dans des conditions extrêmes (74 bar et 31°C) CO2 à faible prix, abondant, réutilisable N’altère pas le reste de la microalgue Utilisé pour le café décaféiné
La transestérification
Obtenu des lipides des microalgues
Obtenu de la décomposition d’êtres vivants ou du méthane
Additif alimentaire, cosmétique, cellophane
+ catalyseurs : alcools ou alcalins
Le biodiesel
Des incertitudes et quelques inconvĂŠnients
Un coût encore élevé 5 $ / kg mat. sèche (Raceway)
70 $ / kg mat. sèche (PBR)
10 $ le litre de biodiesel minimum
Autres facteurs à prendre en considération : Risques liés à une culture intensive Taille de la culture augmentée
Du tube à essai à la pompe à essence : des inconnues Exemple de la captation du CO2
RENDEMENT THEORIQUE ET RENDEMENTS REELS 10 9
Rendements en %
8 7 6 5
photobioréacteur
4
Raceway
3
rendem ent théorique
2 1 0 Nannochloropsis sp.
Chorella sp.
Phaeodactylum tricornutum
Dunaliella Salina
Microalgues
Rendements réels (cultures de 140 à 2000L)
Rendements théoriques
Un bilan écologique uniquement positif ? Quel sera l'impact sur l'environnement local ? Besoin d'énergie = production d'electricité
Quels risques avec une espèce OGM ? Risques de modification des espèces naturelles (Raceway)
Que faire des rejets ? Production de gaz à effet de serre
Conclusion : des verrous à lever
Comment obtenir le meilleur rendement ?
Comment diminuer le coût du litre de manière efficace ?
Quels sont les risques pour l'environnement ?
Revalorisation de la microalgue Eau et milieu nutritif Nutriments Lumière CO2
PRODUCTION DE MICROALGUES
protéines
SEPARATION DES COMPOSANTS
sucres lipides
TRANSESTERIFICATION méthanol
Méthanol + lipides catalyseurs
glycérol et résidus
FERMENTATION ester méthylique
RAFFINAGE
DIVERSES UTILISATIONS : Savon, nitroglycérine, additif alimentaire...
BIOCARBURANT