cours_5_et_6_les carburants du futur (suite)

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X. Montagne, Paris 11 – 2010-2011 _ MPIE©IF

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Les carburants du futur(3/4)

Paris Sud

Dr. Xavier Montagne

Année Universitaire 2010 - 2011

(1/2) : Contexte, essence, gazole et additivation(2/2) : Biocarburants et autres alternatives

Dr. Xavier Montagne -2010_2011, MPIE2

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Caracas, Venezuala

USA


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Filière essence : l’éthanol

1902: proposition d ’utilisation d’éthanol dans les moteurs (betteraves) pour valoriser les excédents agricoles et se placer dans un contexte de pénurie, mais ........ problème de coût.

1920 - 1950 : utilisation significative de l’éthanol : gasohol, Super Triazur

............... puis l'oubli

Filière gazole : huiles végétales

1912 : Rudolf Diesel

1920 : utilisation d’huile de palme en Afrique

1945 : 1ere expérience de méthanolyse

Les biocarburants : depuis quand?Les biocarburants : depuis quand?


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� Réduire la dépendance énergétique vis à vis du pétrole

� Réduire la pollution globale : gaz à effet de serre (CO2, CH4, N2O)

� Réduire la pollution locale : CO, HC, NOx, fines particules, O3

� Réduire les nuisances : bruit, .....

… dans des conditions économiques acceptables…

Quels impacts sur les technologies et sur la formulation des carburants ?

Les biocarburants, une solution répondant à ces enjeux

Contexte énergétique : Les enjeux du secteur des transports


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The context� Europe :

� the 3x20 regular for 2020� reduction of 20% of GHG� reduction of 20% of energy consumption� 20% of renewable energy

� 2003/30/CE directive : 5,75% energy of biofuel in 2010

� 2009/28/EC directive : 20% of renewable energy in 2020, 10% for the transport

� Pollutants régulation : Euro 5, 6 and FQD

� regulation on CO2 emission of vehicles� 120 g CO2/km in 2012 (130 -10)� 95 g CO2/km in 2020


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P

The context

� France : � "faveur 4" for 2050

� to divide by à factor 4 the GHG emission in 2050

� 2003/30/CE directive modified : 5,75% energy of biofuelsin 2008, 7% energy in 2010


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Les energies alternatives

� Le GPL, le GNV

� Les biocarburants

� Le DME

� Les carburants synthétiques

� L'Hydrogène

� Autres : butanol, ....


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3,7% 1,1%

1,5%

37,7%

58,6%

1,1%

EssenceGazoleBiocarb.GPLGNV

Énergie dans les transport : quasi-exclusivement sur base pétroleConsommation mondiale d'énergie dans le transport routier en 2006

1,7 GTEP

49,5 MTEPAu niveau mondial, le secteur transport :

-dépend du pétrole à 96%

-représente plus de 50 % de la consommation de pétrole

Production mondiale d'éthanol carburant en 2006 : 31,3 Mt (90% Etats-Unis et Brésil)

Production mondiale d'EMHVen 2006 : 6 Mt (85% Europe)


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P

Worldwide energy consumption in the road transport sector in 2006

3,7% 1,1%

1,5%

37,7%

58,6%

1,1%

GasolineDiesel OilBiofuelsLPGNGV

1,7 Gtoe

63.2 MtoeIn 2006, the worldwide road transport sector :

• was dependent on oil at 97%

• represented 42 % of the crude oil primary consumption

• represents about 21 % of the final energy consumption

• follows an annual average growth rate of more than 2%/y

Alternative fuels in road transportation : worldwide consumption

Sources : IFP/OCDE/FO Licht/World LPG Association/The GVR

2009 > 2%


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Émissions comparées de CO2 calculées pour une combustion stoechiométrique

masse CO2émis

(g/g carb.)

GAINmasse CO2

PCI(kJ/kg)

masse CO2émis

(g/kJ) x 103

GAINmasse CO2

GNV 2,75 - 13,5 % 48444 56,8 - 23,7 %

GPL 3,03 - 4,7 % 46055 65,8 - 11,7 %

Gazole 3,17 - 0,3 % 42769 74,1 - 0,5 %

Supercarburant 3,18 0 42690 74,5 0

masse CO2émis

(g/g carb.)

GAINmasse CO2

PCI(kJ/kg)

masse CO2émis

(g/kJ) x 103

GAINmasse CO2

GNV 2,75 - 13,5 % 48444 56,8 - 23,7 %

GPL 3,03 - 4,7 % 46055 65,8 - 11,7 %

Gazole 3,17 - 0,3 % 42769 74,1 - 0,5 %

Supercarburant 3,18 0 42690 74,5 0

GPL – GNV retour


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Germany19%

Other15%

Austria2%

Italy5%

France14%

Arg.3%

United States

18%

Other Europe

13%

Brazil8%

Central and

Southern America

38%

Northern America

54%

Europe4%Asia

4%

� Fuel Ethanol: 52.6 Mt ~ 33.7 Mtoe

Sources: IFP/FO Licht/European Biodiesel Board

� Biodiesel: 13.0 Mt ~ 11.7 Mtoe

Worldwide Biofuel Production: 2008 data


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0,0

5,010,0

15,0

20,0

25,030,0

35,0

40,045,0

50,0

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Fuel ethanol

Biodiesel

Million toe (tons oil equivalent)

World Biofuels Production

2008 versus 2007 :+ 12 % for ethanol

+ 54 % for biodiesel

Source : IFP based on FO Licht


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P

Biocarburants : définitions(source : European Directive 2003/30/EC "Promotion of the use of biofuels or other renewable fuels for transport" 8-5-03)

a) ‘bioéthanol’: éthanol produit à partir de biomasse et/ou de la partie biodégradable des déchets et destiné à être utilisé comme biocarburant ;

b) ‘biodiesel’: ester méthylique produit à partir d'huile végétale ou animale, de qualité diesel et destiné à être utilisécomme biocarburant ;

c) ‘biogaz’: gaz carburant produit à partir de la biomasse et/ou de la partie biodégradable des déchets, qui peut être purifié pour atteindre la qualité du gaz naturel et destiné à être utilisé comme biocarburant , ou du gaz ex-bois ;

d) ‘biométhanol’: méthanol produit à partir de la biomasse et destiné à être utilisé comme biocarburant ;

e) ‘biodiméthyléther’: diméthyléther produit à partir de la biomasse et destiné à être utilisé comme biocarburant ;

f) ‘bio-ETBE (éthyl-tertio-butyl-éther)’: ETBE produit sur la base de bioéthanol. Le pourcentage en volume de bio-ETBE considéré comme biocarburant est de 47 % ;

g) ‘bio-MTBE (méthyl-tertio-butyl-éther)’: MTBE produit sur la base de biométhanol. Le pourcentage en volume de bio-MTBE cobnsidéré comme biocarburant est de 36 % ;

h) ‘biocarburants de synthèse’: hydrocarbures de synthèse ou mélanges d'hydrocarbures de synthèse, produits àpartir de biomasse ;

i) ‘biohydrogène’: hydrogène produit à partir de la biomasse et/ou de la partie biodégradable des déchets et destinéà être utilisé comme biocarburant ;

j) ‘huile végétale pure’: huile produite à partir de plantes oléagineuses (trituration, extraction ou autre procédé), brute ou raffinée mais chimiquement non modifiée, si compatible avec les types de moteurs envisagés et les règlements sur les émissions correspondants.


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P

46%

14%

11%

17%

7%2% 3%

10%

36%

37%

15%2%

Consommation mondiale de carburants pour le transport routier : 1,6 Gtoe

South Am. (Brazil)

North Am. (USA)

Asia

Production mondiale de bioéthanol en 2005 (estimation) : 37 Mt, 80% utilisé

comme carburant

Production mondiale d'EMHV en 2005 ~ 4 Mt.

France

Germany

Italy

OthersEurope

Others

Europe

USA

Brazil others

Production mondiale de biocarburants


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PLa production de biocarburants : une croissance rapide

0

1 000 000

2 000 000

3 000 000

1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

0

10 000

20 000

30 000

40 000

50 000

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

DrinkIndustry

Growth rate 2000/2005-3% -3%

+ 15%fuels

x 1000 t

0

10 000

20 000

30 000

40 000

50 000

1975

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

1999

2001

2003

2005

DrinkIndustry

Growth rate 2000/2005-3% -3%

+ 15%fuels

x 1000 t

t

EMHV

Ethanol

+65% entre 2004 et 2005+65% entre 2004 et 2005en Europeen Europe

+15%/an entre 2000 and 2005+15%/an entre 2000 and 2005dansdans le mondele monde


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P

Le marché européen des carburants routiers

0,0

40,0

80,0

120,0

160,0

200,0

1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004

Gasoline Diesel

Mtoe


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PLes biocarburants : quel spectre aujourd'hui ?Les biocarburants : quel spectre aujourd'hui ?

Les principales options possiblesLes principales options possibles

Les biocarburants liquidesLes biocarburants liquides�� ÉÉthanol / ETBEthanol / ETBE�� Huile vHuile vééggéétale Pure tale Pure �� Biodiesel : Esters d'acides grasBiodiesel : Esters d'acides gras�� HVO (HVO (NexBtlNexBtl, ....), ....)�� BtLBtL�� Autres produits (Autres produits (biobutanolbiobutanol, DES, ....), DES, ....)

Les biocarburants gazeuxLes biocarburants gazeux�� BiogazBiogaz�� DME, DME, �� H2H2


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PBiocarburants de 1ère génération

EMHA

EEHV

EMHV

Un volume limité et une concurrence avec le marché de l’alimentaire

CH3CH20H

C18H36COOCH3

HDO : NexBtL, Green DieselCnH2n+2


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P

Voie thermochimique : � différents produits possibles à partir du gaz de synthèse (y compris carburants

d'aviation)

Voie biochimique :� moins de contraintes de taille d'installation� possibilité d'une ligne dédiée au sein d'une éthanolerie G1

Les filières biocarburants de deuxième génération (G2)

1 t de M.S. ~ 0,2 tep


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P

EMHA,EEHV,EMHV

Ethanol/ETBE

Principales filières de production de biocarburants en Europe(actuelles et en développement)


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P

EMHA,EEHV,EMHV

Ethanol/ETBE

et hydrotraitement

de matières premières de type HV, HA

ex : NexBtL

Principales filières de production de biocarburants en Europe(actuelles et en développement)


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P

Les biocarburants : quel mode d'utilisation

Dans la limite

des spécifications

CE : E5, B5,

France : B7, E5,

E10, vers B10, E10

(Interchangeabilit(Interchangeabilitéé))

Incorporation systIncorporation systéématique de quelques %matique de quelques %

Applications spApplications spéécifiques et dcifiques et déédidiééeses

Applications spécifiques :

• B30,

• FFV – E85 (F, S)

• Moteurs dédiés

• CIDI et EtOH, DME

Aujourd'hui : transport routier et off-roadDemain : route, air, fer, (mer)


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PLa réglementation européenne

� Directives et projets de directives� 2003/17/EC (amendement 98/70/EC) : Qualité de l'essence et du

gazole � 2003/30/CE : Promotion des biocarburants. Objectif 5,75% en

contenu énergétique dans le pool carburant européen en 2010. pas d'obligation

� 2007/0019 (COD) (amendement 98/70/EC) proposition à appliquer en 2009:

� soufre (10 ppm) et polyaromatiques (8%) � augmentation de la teneur maxi autorisée en oxygène pour permettre

d'atteindre 10% éthanol (3,7% maxi en oxygène). Affichage à la pompe.� suivi obligatoire des émissions de GES pour les carburants (cycle de vie)

à partir de 2009. De 2011 to 2020, réduction de 1%/an

5,75%2%part des biocarburants (contenu énergie)

20102005année


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PLes carburants alternatifs pour le transport: un peu d'histoire.Proposition de directive de la Commission Européenne 2001/265 (COD). Communication

2

5,75

2

7

5

2

8

10

5

01

23

456

789

10

1 2 3 4

biofuels

CNG

H2

2005 2010 2015 2020

Part des carburants alternatifs (% en contenu énergétique)


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P

Plan d'action Biomasse paru en Janvier 2007

"European Renewable Energy Policy Conference" 29 Janvier 2007

(cibles, obligations, certification) (au delà de la révision de la directive 98/70) :

• Rendre obligatoire la cible de 20% de "Renouvelables" dans tout le Mix Energétique

• Fixer un minimum de 10% de biocarburants pour le transport routieren 2020 (en contenu énergétique)

• Points à traiter :

• disponibilité et promotion des biocarburants de 2nde génération type BTL et introduction de cultures forestières dédiées

• suivi de l'impact environnemental WtW (GES, utilisation des terres, biodiversité...) de la production et utilisation des biocarburants pour un développement durable

• mise en place d'un marché équilibré pour les biocarburants (WTO)

Futures évolutions en Europe


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PLa réglementation européenne (1)

� Directives et projets de directives� 2003/17/EC (amendement 98/70/EC) : Qualité de l'essence et du

gazole � 2003/30/CE : Promotion des biocarburants. Objectif 5,75% en

contenu énergétique dans le pool carburant européen en 2010. pas d'obligation

� 2007/0019 (COD) (amendement 98/70/EC) proposition à appliquer en 2009:

� soufre (10 ppm) et polyaromatiques (8%) � augmentation de la teneur maxi autorisée en oxygène pour permettre

d'atteindre 10% éthanol (3,7% maxi en oxygène). Affichage à la pompe.� relaxe pour la TVR des mélanges essence/éthanol (+8 kPa for 5%)� suivi obligatoire des émissions de GES pour les carburants (cycle de vie)

à partir de 2009. De 2011 to 2020, réduction de 1%/an

5,75%2%part des biocarburants (contenu énergie)

20102005année


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P

Biocarburants

� La directive 2003/30/CE� 5, 75% PCI dans les carburants routiers en 2010� la France décide d'atteindre 7% PCI dès 2010 (5,75% en

2008)

� La directive RED 2009/28/CE� atteindre 10% PCI d'énergie renouvelable dans le mix

transport (routier+aérien) à l'horizon 2020� les énergies renouvelables retenues doivent présenter

des critères de durabilité minimum � gain de 35% sur les GES en 2012� gain de 50 % sur les GES en 2017


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P

Spécifications des biocarburants

� Spécifications européennes� EN590 : gazole (5% EMHV max)� EN228 : essence (5% Ethanol max, 15% ETBE, 2,7% O2)� EN14214 : EMHV� EN15376 : Ethanol pur pour utilisation dans les mélanges à

5%� Etats Membres : applications spécifiques (B10, B30, B100,E85,

DME...)� France : B30 (en cours), E85� Allemagne : B100� Suède : E85 (SS155480)


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PStratégie de réduction des émissions de CO2 des VP/VU vendus en EuropeIP/07/155 Communication de la Commission Européenne 7/02/07

� Cadre législatif pour réduire les émissions de CO2 des véhicules neufs d'ici mi-2008

� Emissions moyennes pour les nouveaux véhicules vendus dans l'UE-27 : 120g CO2/km en 2012. � Améliorations des technologies véhicule : 130g/km, � Mesures complémentaires via les composants (pneus, systèmes de

climatisation), réduction progressive du contenu carboné des carburants via une plus grande utilisation des biocarburants : - 10g/km

� Émissions moyennes de CO2 pour les camionnettes 175g en 2012 et 160g en 2015,(comparé aux 201g en 2002)

� Cible pour la R&D : émissions moyennes de 95g CO2/km en 2020. � Mesures pour promouvoir l'achat de véhicules économes en énergie dans

les états-membres : affichage et taxes � Code UE de bonne pratique sur le marketing et la publicité pour

promouvoir des modes de consommation compatibles avec le développement durable


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P

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2015Biofuel content (

in energy ) 1,20% 1,75% 3,50% 5,75% 6,25% 7% 10%

• Plan national plus ambitieux que celui de l'UE

− mise en application plus rapide

− cibles s'appliquent à l'essence et au gazole

• Révision de l'EN590 (gazole) en 2008 et de l'EN228 (essence) en 2009

• B7, décret publié le 27/04/07 pour une application début 2008

• SP95-E10 : 01/04/2009

• Discussions sur B10 et E10. E85 et FFV est le second moyen pour atteindre ces cibles

FAME 1,3% 1,9% 3,8% 6,3% 6,8% 7,6% 10,8%ETBE 3,1% 4,5% 9,0% 14,8% 16,1% 18,0% 25,7%

Ethanol 1,9% 2,7% 5,3% 8,8% 9,5% 10,7% 15,3%

equivalence in

Le cas français (2)


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P

Biocarburants : les filières d'aujourd'hui

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P

Allumage commandé : la filière éthanol / ETBE


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P

• Teneur en Oxygène < 2.7%m • composés oxygénés des essences : alcools, éthers

• Teneur en alcools :• méthanol < 3%v, exigence d'un co-solvant• éthanol < 5%v• alcool iso-propylique < 10%v• alcool iso-butylique < 10%v• alcool tert-butylique < 7%v

• Teneur en éthers à 5 atomes de carbone et plus : < 15%v

Essence EN228 : Oxygène et composés

oxygénés spécifiés (1)

Révision envisagée :

- Passage au E10 (10% d'éthanol) ?

- Conserver la limite de 5% d'éthanol mais passer à 3.5%O ?


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P

• Oxygène et composés oxygénés – spécifications du SP95 – E10 :

� Teneur en Oxygène < 3.7 % m/m � Teneur en alcools :

� Teneur en éthers à 5 atomes de carbone et plus : < 22%v• ETBE : éthyl tertio butyl éther• MTBE : méthyl tertio butyl éther• TAME : tertio amyl-methyl éther

• Autres composés oxygénés < 15% v/v

� Les composés oxygénés sont des bases incorporées aux essences

Les essences européennes : composés oxygénés

< 15 % v/valcool iso-butylique (iso-butanol)

< 10 % v/véthanol

< 15 % v/valcool tert-butylique (tert-butanol)

< 12 % v/valcool iso-propylique (propanol)

< 3 % v/vméthanol

Teneur maxi autorisée EN228 : 2004


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P

Constituants oxygénés des essences (2)

Utilisation principale du MTBE (Europe) et de l'ETBE (France)

� 15%v MTBE <=> 2.7% O

� avenir du MTBE ? Problématique californienne� Possibilité d'utilisation du TAME ?

Justification d'une teneur en oxygène limitée:� interchangeabilité avec les essences hydrocarbonées

(réglage de richesse, principalement lors de la mise en action).


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P

Formulation des essences et utilisation des carburants alcoolisés

Problèmes liés à l'utilisation de carburants alcoolisés :

- Tolérance à l'eau

- Impact sur la PVR / Courbe de distillation

- Corrosion


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P

éthanol et eau

(5% éthanol) (10% éthanol) (15% éthanol)

Cloud point : Température de démixtion eau / essence

affinité éthanol / eau (polarité)sensibilité à la polarité essence (aromatiques)


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P

Impact de l'ajout d'éthanol sur la volatilité

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

teneur en éthanol

varia

tion

de R

VP

(kP

a)

azéotrope

mélange de – en – volatile


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P

Variabilité suivant la composition de l'essence de base

Impact de l'ajout d'éthanol sur la volatilité


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PImpact sur la courbe de distillation

Teb éthanol (78oC)


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P

Formulation et utilisation des carburants éthanolés

� Tension de vapeur� l’introduction d’éthanol dans le carburant s’accompagne

d’un accroissement de la tension de vapeur (50 à 80 mb)� Azéotropes avec les constituants légers (C5, C6)

� ajout d’éthanol dans un carburant à volatilité réduite

• Tolérance à l’eau– démixtion à basse température en présence d’eau (TLSE)– migration de l’éthanol vers le pied d’eau du réservoir ou

du bac de stockage


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P

Voies d’accès aux éthers

Les coûts sont tributaires de ceux des matières premières (butane, méthanol, éthanol)

Butane

Isobutène

MTBEETBE

Méthanol

Éthanol

Gaz naturel

Biomasse

IsomérisationDéshydrogénation

Éthérification

FCC


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P

Cas de l’ETBEEthyl Tertio Butyl Ether

Masse molaire 56 g 46 g 102 g

5% vol d ’éthanol introduit : 0,86 mole / l (~5,2% masse)10% vol d ’ETBE �� 0,76 mole d’EthOH / l (~4,6% masse EthOH)15% vol d ’ETBE ��1,1 mole d’EthOH / l (~6,8% masse EthOH)

CH2

CH3

CH3

+ CH3 CH2

OH

isobutène (C4H8) éthanol (C2H5OH)

CH3 C O

CH3

CH3CH2 CH3

ETBE (C6H14O)


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P

Particularités des éthers (MTBE, ETBE)

� Indices d’octane élevés� RON : 115 - 120� MON : 95 - 100

� Pouvoirs calorifiques faibles, dus à la présence d'oxygène� réduction de 1,8% pour 10% de MTBE

� Incidences sur les émissions de polluants� Contrairement aux alcools : pas d'effet sur les émissions par

évaporation� Rejets à l’échappement : impact favorable sur le CO, HC

mais émissions d'aldéhydes� effet NOx ?


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P

Caractéristiques comparées de l’éthanol, de l ’ETBE et du MTBE

CARACTERISTIQUE ETHANOL E.T.B.E. M.T.B.E.

Masse volumique (kg/m3) 794 750 746

Température d’ébullition (°C) 78,3 72,8 55,3

Pression de vapeur* (bar) 1,5 0,4 0,55

Rapport stoechiométrique 8,95 12,1 11,7

Pouvoir calorifique inférieur (kj/litre) 21 285 26 910 26 260

RON* 120 117 118

MON* 99 101 101

* : comportement en mélange


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P

Effet de serre

� Les biocarburants participent à la réduction de l’effet de serre :� proportionnellement à leur teneur dans les carburants

classiques� d’autant plus que la filière de production est économe en

énergie fossile (bilan énergétique)


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P

Ajout d'éthanol à l'essence

Faible teneur

+ : CO2, polluants- : volatilité, tenue à l'eau

idée : fonctionner à l'éthanol purmais problème : démarrage à froid

ajouter un peu d'essence à l'éthanol

E85 / "Superéthanol"


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P

Ethanol main properties

Ethanol Gasoline (typical)

Molar mass (g/mol) 46.07 102.5 C (% wt) 52.2 86.5 H (% wt) 13.1 13.5 O (% wt) 34.7 0 Density (kg/m3) 794 735 - 760 Latent heat of vaporization (kJ/kg)

854 289

Distillation (°C) 78.4 30 - 190 Net heating value (kJ/kg) 26805 42690 Net heating value (kJ/l) 21285 32020 Stoechiometric ratio 8.95 14.4 RON 111 95 MON 92 85


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P

Le Superéthanol

� Indice d'octane élevé (110)� possibilités d'optimisation moteur (AVA...)

� forte teneur en éthanol� impact sur les émissions polluantes� réduction des émissions de gaz à effet de serre

� Forte chaleur latente de vaporisation� impact positif sur le remplissage (suralimentation)� impact négatif sur le démarrage à froid


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P

Impact of Chemical composition� high oxygen content (35%wt)

� lower heating value => higher fuel consumption (for a constant engine efficiency)

� But : engine optimization (high RON) => limited fuel consumptionincrease

0.0%

10.0%

20.0%

30.0%

40.0%

50.0%

60.0%

0 20 40 60 80 100

Ethanol rate (%)

Fuel

con

sum

ptio

n (l/

100

km) i

ncre

ase

(%)

Theoritical valueVehicle 1 - urban cycleVehicle 1 - Extra-urban cycleVehicle 1 - MVEG cycleVehicle 2 - Urban cycleVehicle 2 - extra-urban cycleVehicle 2 - MVEG cycleVehicle 2 - real driving

Gasoline sp.gr. 0.750 H/C ratio 1.85 LHV wt 42900 kJ/kgLHV vol 32175 kJ/l

Ethanol sp.gr. 0.794 H/C ratio 3 O/C ratio 0.5 LHV wt 26805 kJ/kgLHV vol 21283 kJ/l


©IF

P

Impact of Chemical composition (2)� high O content (+ no aromatics + no sulfur)

� impact on pollutant emissions (CO, HC)� cold start strategies and A/F ratio management to be checked

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Gasoline E50 E80

HC

em

issi

ons

(mg/

km)

Non-oxygenated HCaldehydesethanol ethanol and

acetaldehyde emissions to be checked, as well as ozone formation potential (engine management strategies (cold start), catalyst light-off, catalyst formulation...)


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P

Impact of E85 on vehicle conceptionEngine

• strengthened piston, piston rings, valves and valves seats

• specific cold start strategies

Fuel tank

• check material compatibility

• check fuel gauge compatibility

• fuel detection system ?

Exhaust

• Material compatibility (turbine)

• catalyst optimization ?

• lambda sensor compatibility

Fuel filter

• compatibility

• change of filtering device (water...)

Fuel line and pump

• compatibility

• capacity

Combustion system

• optimized static flow of injectors

• chem. compatibility of injectore

• Spark plugs optimization

Engine Management System

• Cold start strategies

• ethanol rate detection

• engine running parameters optimization (spark advance, injection...) according to ethanol content


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P

Spécification produit� Principale difficulté : volatilité

� constructeurs : nécessité de démarrage à froid� nécessité de conserver une volatilité suffisante� conservation des critères de volatilité EN228

− Pétroliers : nécessité de pouvoir fabriquer le produit en dépôt� nécessité de pouvoir fabriquer le produit à partir d'éthanol

et d'essence EN228� pas de possibilité (simple) de produire une base à forte

volatilité

− Douanes : nécessité de pouvoir gérer la fiscalité du produit� nécessité d'avoir une teneur en éthanol peu variable


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P

Arrêté Français Superéthanol / E85


©IF

P

Arrêté Français Superéthanol / E85 (2)


©IF

P

E85 : catégories de volatilité

évolution possible : conservation des classes de volatilité (60 – 90 kPa, 45 – 90 kPa, 45 – 60 kPa), mais élargissement de la plage de teneur en éthanol (1 seule classe : 65 – 85% toute l'année) ?


©IF

P

... mais quid de la fili... mais quid de la filièère re ééthanol en thanol en application au moteur diesel?application au moteur diesel?

�� ÉÉthanol en mthanol en méélange dans le gazole : lange dans le gazole : �� miscibilitmiscibilitéé trtrèès faible, flash point, eau, pouvoir lubrifiant,..s faible, flash point, eau, pouvoir lubrifiant,..

�� ÉÉthanol sous forme d'thanol sous forme d'éémulsionmulsion�� ÉÉthanol pur avec forte thanol pur avec forte additivationadditivation ""procprocéétanetane""

Optimisation systOptimisation systèème injection / Moteur : me injection / Moteur : systsystèème dme d ’’injection, injection, quantitquantitéé injectinjectéée, avance, mate, avance, matéériaux, rriaux, rééservoir, lubrifiantservoir, lubrifiant

�� Transformation Transformation ééthanol en hydrocarburesthanol en hydrocarbures

��


P

Diesel : la filière EMAG


©IF

P

La filière HVDLa filière huile végétale directe est difficile à mettre en oeuvre directement pour les moteurs diesel sauf pour certains moteurs « rustiques »

Viscosité des huiles trop élevée

Caractéristiques d'initiation de la combustion : Indice de cétane

Caractéristiques de distillation inadaptées

Caractéristiques à froid inacceptables

La solution : transformer les huiles végétales en BiodieselEurope : colza, tournesol


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P

Caractéristiques physico chimiques de l ’huileDensité à 20°C 0,916Masse moléculaire ~900Viscosité à 20°C 77,8 CstViscosité à 50°C 25,7 CstPoint éclair 285°CPoint de trouble - 11°CPoint d’écoulement - 21°CT.L.F. + 20°CDistillation PI 10% 50%

160°C256°Ccraquage

Indice de cétane 31,8 brute36,4 raffinée

PCI Massique Volumique

37 440 kJ/kg34 300 kJ/l


©IF

P

La filière Biodiesel

• Bonne aptitude au mélange avec le gazole

- Europe : B5 distribué de façon banalisée

- France : B30 utilisé sur des flottes captives

- Allemagne : B100 (fiscalité adaptée)

• Effet de substitution positif- absence de soufre et de composés aromatiques

- pouvoir lubrifiant

• Impact positif de la combustion sur l’environnement (local et global) en comparaison avec la combustion de gazole

- diminution des émissions d’HC et de particules

- bilan CO2 favorable


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P

Principe de la transestérification

TEMPERATURE 20 à 80 CPRESSION 1 atmosphèreTAUX DE CONVERSION > 98%MODE OPERATOIRE très simple

CH

CH2

CH2

O

O

R1

R3

O

O

O R2

O

+ R OH3 CH

CH2

CH2

OH

OH

OH +

R1

O R

O

R2

O R

O

R3

O R

O

triglycérides alcool glycérol esters


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P

Caractéristiques comparées de l ’huile de colza et de l ’ester méthylique correspondant

Caractéristiques Ester méthyliquede colza

Huile de colza

Densité à 20°CMasse moléculaireFormule globale

0.880#300

CH1,84O0,11

0.916#900

CH1,80O0,10

Viscosité (cSt) à20°C50°C

7.523.75

77.825.7

Point d’éclair (°C)PT (°C)PE (°C)TLF (°C)

188- 3- 12- 12

285- 11- 21+ 20

Carbone Conradson (% masse) 0.50 0.49


©IF

P

Caractéristiques comparées de l ’huile de colza et de l ’ester méthylique correspondant

Caractéristiques Ester méthyliquede colza

Huile de colza

Distillation (°C)PI10%50%90%PFDistillat (%)Résidu (%)Pertes (%)

321336337342350990.50.5

160256

craquage

18202

Indice de cétane 48.7 31.8 (brute)36.4 (semi raffinée)

PCI massique (kJ/kg)PCI volumique (kJ/l)

3770033175

3744034300

(suite)


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P

Spécifications des EMHV(EN 14214)

LimitsProperty UnitMinimum Maximum

Test Method

Ester Content %(m/m) 96,5 EN 14103

Density at 15°C kg/m3 860 900 EN ISO 3675

EN ISO 12185

Viscosity at 40°C mm2/s 3,50 5,00 EN ISO 3104

Flash Point °C 120 ISO/DIS 3679

Sulfur Content mg/kg 10,0 PrEN-ISO/DIS20846

PrEN-ISO/DIS20884

Carbon residue (on 10%

distillation residue)

% (m/m) 0,30 EN ISO 10370

Cetane number 51,0 EN ISO 5165

Sulfated ash content % (m/m) 0,02 ISO 3987

Water content mg/kg 500 EN ISO 12937

Total contamination mg/kg 24 EN 12662

Copper Strip Corrosion(3h at 50°C)

rating class 1 EN ISO 2160

Oxidation stability, 110°C hours 6,0 EN 14112


©IF

P

Spécifications des EMHV(EN 14214)

LimitsProperty UnitMinimum Maximum

Test Method

Ester Content %(m/m) 96,5 EN 14103

Density at 15°C kg/m3 860 900 EN ISO 3675

EN ISO 12185

Viscosity at 40°C mm2/s 3,50 5,00 EN ISO 3104

Flash Point °C 120 ISO/DIS 3679

Sulfur Content mg/kg 10,0 PrEN-ISO/DIS20846

PrEN-ISO/DIS20884

Carbon residue (on 10%

distillation residue)

% (m/m) 0,30 EN ISO 10370

Cetane number 51,0 EN ISO 5165

Sulfated ash content % (m/m) 0,02 ISO 3987

Water content mg/kg 500 EN ISO 12937

Total contamination mg/kg 24 EN 12662

Copper Strip Corrosion(3h at 50°C)

rating class 1 EN ISO 2160

Oxidation stability, 110°C hours 6,0 EN 14112

Impact sur les dépôts et vernis

sensibilité accrue avec moteur CIDI "T"HP

Très forte sensibilité

à l'eau des systèmes HP

Idem gazole


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P

Limits Test MethodProperty UnitMinimum Maximum

Acid Value mg

KOH/g

0,5 EN 14104

Iodine Value 120 EN 14111

Linoleic acid methyl ester % (m/m) 12,0 EN 14103

polyunsaturated (>= 4double bounds) methylesters

% (m/m) 1

Methanol content % (m/m) 0,20 EN 14110

Monoglyceride content % (m/m) 0,80 EN 14105

Diglyceride content % (m/m) 0,20 EN 14105

Triglyceride content % (m/m) 0,2 EN 14105

Free Glycerol % (m/m) 0,02 EN 14105

EN 14106

Total glycerol % (m/m) 0,25 EN 14105

Group I metals (Na+K)

Group II metals (Ca+Mg)

mg/kg 5,0

5,0

EN 14108EN 14109

PrEN xxxx

Phosphorus content mg/kg 10,0 EN 14107

Proposition de spécifications des EMHV(EN 14214)


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P

Limits Test MethodProperty UnitMinimum Maximum

Acid Value mg

KOH/g

0,5 EN 14104

Iodine Value 120 EN 14111

Linoleic acid methyl ester % (m/m) 12,0 EN 14103

polyunsaturated (>= 4double bounds) methylesters

% (m/m) 1

Methanol content % (m/m) 0,20 EN 14110

Monoglyceride content % (m/m) 0,80 EN 14105

Diglyceride content % (m/m) 0,20 EN 14105

Triglyceride content % (m/m) 0,2 EN 14105

Free Glycerol % (m/m) 0,02 EN 14105

EN 14106

Total glycerol % (m/m) 0,25 EN 14105

Group I metals (Na+K)

Group II metals (Ca+Mg)

mg/kg 5,0

5,0

EN 14108EN 14109

PrEN xxxx

Phosphorus content mg/kg 10,0 EN 14107

Proposition de spécifications des EMHV(EN 14214)

Point d'éclair et

émissions d'aldéhydes

Risque d'encrassement

vernis et instabilité

Vernis, acroléine

Longévité post-traitement


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P


©IF

P

Transestérification des huiles� Réaction chimique globale

3 CH3OHcat

++CH2CHCH2

HOHOHO

3 R COOCH3

R COO CH2CHCH2

R COOR COO

vegetable oil methanol methyl esters glycerol

VegetableOil C10:0caproique

C12:0laurique

C14:0Myristique

C16:0palmitique

C18:0dtéarique

C18:1oléique

C18:2linoléique

C18:3linolénique

Rapeseed 5 2 59 21 9

Soybean 10 4 23 53 8

Palm 1 44 6 38 10

Coprah 6 46 18 9 3 8 2

BIODIESEL

Huile C10:0caproique

C12:0laurique

C14:0myristique

C16:0palmitique

C18:0stéarique

C18:1oléique

C18:2linoléique

C18:3linolénique

Colza 5 2 59 21 9

Tournesol 6 5 18 69 < 0.5

Soja 10 4 23 53 8

Palme 1 44 6 38 10

coprah 6 46 18 9 3 8 2


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P

Propriétés intéressantes des EMHV pour une utilisation comme carburants ou combustibles

� viscosité� intervalle de distillation� caractéristiques à froid� indice de cétane� pouvoir calorifique


©IF

P

Incidences de l’utilisation d’EMHV sur le comportement des moteurs diesel

� Injection et combustion peu modifiées� action bénéfique sur certains polluants

(particules), légèrement néfaste sur d’autres (NOx)

� effets de substitution (soufre, aromatiques)


©IF

P

Incidences de l’utilisation d’EMHV sur le comportement des moteurs diesel (suite)

� points satisfaisants :� réduction d’usure : lubrifiance des gazoles désulfurés� comportement en endurance� lubrification (absence de dilution)

� points à surveiller :� stabilité au stockage (présence de liaisons oléfiniques)� comportement à basse température� niveaux de bruit


©IF

P

Incidences de l’utilisation d’EMHV sur le comportement des moteurs diesel (suite)

� Injection et combustion peu modifiées� Action bénéfique sur les rejets de particules, d'HC, de HAP� Impact légèrement négatif ou nul sur les NOx� Bilan CO2� Effets de substitution (soufre, aromatiques)� Points satisfaisants :

� amélioration du pouvoir lubrifiant (gazoles désulfurés)� comportement en endurance� lubrification ( dilution)

� Points à surveiller :� stabilité au stockage (présence de liaisons oléfiniques)� formation de vernis� comportement à très basse température


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P

stockage du biodiesel

� Le biodiesel contient des insaturations rendant instable le produit

� des spécifications sont mises en place pour limiter l'évolution du produit dans le temps (stabilité àl'oxydation, additivation)

� néanmoins :� stockage à long terme difficile� nécessité d'additiver dès la production : antioxydant� biodiesel + eau => possibilité de développements

bactériens, à surveiller (ou à additiver par biocide)


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P

Biocarburants

De la G1 à la G3


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PBiocarburants de 1ère génération

EMHA

EEHV

EMHV

Un volume limité et une concurrence avec le marché de l’alimentaire

CH3CH20H

C18H36COOCH3

HDO : NexBtL, Green DieselCnH2n+2


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P

Voie thermochimique : � différents produits possibles à partir du gaz de synthèse (y compris carburants

d'aviation)

Voie biochimique :� moins de contraintes de taille d'installation� possibilité d'une ligne dédiée au sein d'une éthanolerie G1

Les filières biocarburants de deuxième génération (G2)

1 t de M.S. ~ 0,2 tep


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P

Ultra-Clean DieselJet Fuel

LubricantsAlpha olefins

SYNGAS(CO + H2)

Gas(CH4)

Acetic acid

MTBE

Urea

Fuel CellsGreen Fuels

Methanol

Ammonia

Formaldehyde

Fuels/ Additives

Olefins

PolyethyleneEthylene GlycolAlpha-olefins

PolypropyleneAcrylonitrile

Fuel CellsDME

PowerGeneration

DieselFuel

LPGSubstitute

FT Synthesis GTL

Hydrogen

Filières alternatives de type XtL , avec X=B,C,G

GNV Coal

Enjeux: bilan GES avec ou sans CCS du CO2

Biomass


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P

les biodiesels de 2nde génération (BtL, HVO)

• très haut indice de cétane,

• pas de soufre ni de composés aromatiques

• faibles émissions de suie

• utilisable comme base à haute valeur ajoutée en mélange ou

comme carburant pur dans des moteurs dédiés.


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P

Les bases alternatives

� le gazole Fischer-Tropsch (BTL, GTL, CTL)

� propriétés Gazoleconventionnel

FT1 FT2 FT3

Densité @ 15°C (kg/m3) 841.9 760.8 784.5 771.7Indice de cétane 54.8 ~83 >74 >74PCI (kJ/kg) 43114 44237 43885 44396C % masseH % masseO % masseH/C

85.8713.460.351.88

84.615.00.3

2.113

84.9114.97

2.11

84.7015.08< 0.202.136

Soufre (ppmmass) 250 < 10 <5 < 10Viscosité cinématique @ 40°C (mm2/s) 3.731 1.770 3.57 2.409Distillation:

Point initial (°C)T5% (°C)

T10% (°C)T50% (°C)T90% (°C)T95% (°C)

Point final (°C)

200.6228.9245.2294

343.3358.2364.2

203.7214.3

232.6

265.0272.9

210

260300331

338

211.6231.7237.8266.3286.9292.0297.7


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PLes bases alternatives

� le gazole Fischer-Tropsch (GTL, CtL, BtL, WtL)� gazole de synthèse (inventé dans les années 20)

� déjà utilisé pendant la seconde guerre mondiale (gazole ex-charbon)� développé principalement en Afrique du Sud pendant l'Apartheid

� Principe � Combustion incomplète pour former du "gaz de synthèse": CO + H2� puis synthèse contrôlée pour former des paraffines de longueur

contrôlée CnH2n+2

� Avantages :� compatibilité avec les bases pétrolières classiques� faible niveau de polluants : indice de cétane élevé, absence

d'aromatiques et de soufre,� coût d’accès en baisse


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P

Fuel EN590 RME HVO GtL-Btl

Density @15°C[kg/m3] ~ 835 ~ 885 775…785 770…785

Viscosity @40°C[mm2/s] ~ 3.5 ~ 4.5 2.9…3.5 3.2…4.5

Cetane number > 51 > 51 84…99 73…81

T10 (°C) ~ 200 ~ 340 260…270 ~ 260

T90 (°C) ~ 350 ~ 355 295…300 325…330

Cloud point (°C) ~ -5 ~ -5 -5…-30 0…-25

Lower heating value (MJ/kg) ~ 43 ~ 38 ~ 44 ~ 43

Lower heating value(MJ/litre) ~ 36 ~ 34 ~ 34 ~ 34

Polyaromatics (wt%) <11 0 0 0

Oxygen (wt%) 0 ~ 11 0 0

Sulphur (mg/kg) < 10 < 10 < 10 < 10

SAE 2005-01-3771

les biodiesels de 2nde génération (BtL, NexBtL)


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P

Biofuels and useRoad transport

Ethanol G1 and G2

Biogas

Biodiesel

HVO : G1 (G3)

BtL

Biobutanol, DME

H2

Air Transport

BtL (XtL) and HVO-G3

H2 ?

Rail and sea

Biodiesel

With a strong attention dedicated to LCA


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P

-200

-100

0

100

200

300

400

0 100 200 300 400 500 600

Total WTW energy (MJ / 100 km)

WTW

GH

G e

mis

sion

s (g

CO

2eq /

100

km

GasolineDiesel fuelLPGCNGCBGEtOH ex SBEtOH ex wheatEtOH ex celluloseEtOH ex sugar caneMTBE/ETBEBio-dieselSyn-diesel ex NGSyn-diesel ex coalSyn-diesel ex woodDME ex NGDME ex coalDME ex wood

Em

issi

ons

GE

SW

tW(g

CO

2/10

0km

)

Energie WtW (MJ/100km)

Émissions du puits à la roue des carburants alternatifs(étude EUCAR/JRC/CONCAWE, 2005)

GNC

Bio-dieselEthanolBtL

essence et gazole

ref gas.2002

refg

as.2

002


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P

As a way to reduce CO2 emissions and use of fossil energy, all biofuels are not equivalent

0

50

100

150

200

250

300

GasolinePISI

EtOHwheat NG

boiler

EtOHwheat NGGT + CHP

EtOH,sugarcane

(Brazil)

EtOH,farmedwood

DieselDICI

RME Syndiesel

farmedwood

WTW Fossil Energy MJ/100km

WTW GHG Emissions g CO2eq/km

Source: JEC WTW study 2005

Blue bars show WTW fossil energy usePink bars show WTW GHG emissions


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PLes biocarburants liquides : synthèse

BtLBtL, , HVOBases gazoles à fort potentielÉthanol

Biodiesel EMHV, EEHV, EMHA,

EEHA

Ethanol (HVP)

Moteurs Diesel (conventionnels ou dédiés)

Éthanol ex BLC (3)Éthanol, ETBEImpact positif sur CO et HCEtOH : TV et Aldéhydes

Moteurs AC et FFV

Biocarburants de seconde génération

(2G)

Biocarburants de première génération

(1G)Applications

Type de

biocarburants

Impacts positifs sur les émissions de CO2 WtW


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P

Biofuels: the situation

BtL, DMEEthanol, Biobutanol,Biogas, H2

G2: wood, SRC, waste

Biodiesel = FAEEthanol, HVO

EthanolBiogas

G1: sugar, cereals, vegetable oil

Diesel Engine

Spark Ignition Engine

Biofuels


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P

Les biocarburants liquides : synthèse

BtLBtL (3), (3), BioHydrocarburesBioHydrocarburesHydrocarbures paraffiniquesà fort potentiel (HVO)Éthanol

Biodiesel : (2)EMHV, EEHV, EMHA

(HVD)Ethanol

Moteurs Diesel

Éthanol ex BLC (3)Éthanol,ETBE

Impact positif sur CO et HCEtOH : TV et Aldéhydes

Moteurs AC


(2G)


(1G)Applications

Type de

biocarburants



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PLes biocarburants liquides : synthèse

BtLBtL, , HVOBases gazoles à fort potentielÉthanol

Biodiesel EMHV, EEHV, EMHA,

EEHA

Ethanol (HVP)

Moteurs Diesel (conventionnels ou dédiés)

Éthanol ex BLC (3)Éthanol, ETBEImpact positif sur CO et HCEtOH : TV et Aldéhydes

Moteurs AC et FFV


(2G)


(1G)Applications

Type de

biocarburants



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P

Biocarburants : les prochaines étapes� La première génération

� à partir de matière première aussi utilisée pour l'alimentaire

� plantes sucrières ou amylacées : Betteraves, blé, maïs

� Huiles végétales : colza, tournesol, soja, palme

� La seconde génération� à partir de biomasse ligno

cellulosique et en utilisant toute la biomasse

� bois, paille

� cultures dédiés : taillis àrotation rapide

Éthanol et Biodiesel Ethanol, BtL

et une génération intermédiaire : production d'hydrocarbure par hydrotraitement poussé des huiles végétales ou animales : HVO; HVA


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P

0.66 (Malaysia)

39

5

20

25

Palm

<1

1.5

40

3.75

Jatropha

37.510.718.9World production estimate 2007 (Mt)

0.70 (USA) / 0;82 (China)

0.83 (Europe)

Production costEMHV (€/L)

0.41.11.5Oil production (t/ha)

204342Oil content %

32.53.5Yield (t/ha)

SoyaSunflowerRape

Production cost: IFP estimates based on economic data published by Nexant, detailed for year 2006 and updated for the first half 2008

G1 to G3 biofuels


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P

The alternative liquid fuels for Diesel enginesG3 biofuels?

<1

1.5

40

3.75

Jatropha

0.66 (Malaysia)

39

5

20

25

Palm

0

30-120

50

60-240

Algae


0.70 (USA) / 0.82 (China)

0.83 (Europe)



204342Oil content %

32.53.5Yield (t/ha)

SoyaSunflowerRape

Source: CEVA

Brown algae

Red algae

Green algae


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P

The alternative liquid fuels for Diesel enginesG3 biofuels?1- Algae production• Two types of algae:

• Autotrophic: Grow with light and inorganic carbon CO2• Heterotrophic: Grow without light with any organic source of carbon

• Three types of growing processes:• Open reactors: Raceway pond – lower yields• Tubular photo bioreactors many existing shapes • Fermentation (for heterotrophic algae) – best yields but only at lab scales

Raceway pond

Tubular photo bioreactors

Fermentation


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P


2- Algae transformation• Oil extraction:

• Esters (Most studied so far, but there are limits on the chain length and the number of insaturation)

• HVO• Gasification � Fischer-Tropsch

<5

<5

C20:4

1-6

3-29

C16:1

21-342-226-8<217-44Autotrophic algae

3441816Jatropha

<0.51038644Palm

1-301-5028-601-711-37Heterotrophic algae

85323410Soya

<0.5691856Sunflower

921592,55Rape

C20:5C18:3C18:2C18:1C18:0C16:0

High iodine index


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P

Les autres Bio-alternatives

� Les composés oxygénés� Butanol, DME, méthanol,

� H2 � Moteur thermique, PAC

� dans un avenir long terme � problématique matériaux, logistique, stockage,...� ... et quel mode de production de l'hydrogène


©IF

P

0.66 (Malaysia)

39

5

20

25

Palm

<1

1.5

40

3.75

Jatropha


0.70 (USA) / 0;82 (China)

0.83 (Europe)



204342Oil content %

32.53.5Yield (t/ha)

SoyaSunflowerRape

Production cost: IFP estimates based on economic data published by Nexant, detailed for year 2006 and updated for the first half 2008

G1 to G3 biofuels


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P


<1

1.5

40

3.75

Jatropha

0.66 (Malaysia)

39

5

20

25

Palm

0

30-120

50

60-240

Algae


0.70 (USA) / 0.82 (China)

0.83 (Europe)



204342Oil content %

32.53.5Yield (t/ha)

SoyaSunflowerRape

Source: CEVA

Brown algae

Red algae

Green algae


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P

The alternative liquid fuels for Diesel enginesG3 biofuels?1- Algae production• Two types of algae:

• Autotrophic: Grow with light and inorganic carbon CO2• Heterotrophic: Grow without light with any organic source of carbon

• Three types of growing processes:• Open reactors: Raceway pond – lower yields• Tubular photo bioreactors many existing shapes • Fermentation (for heterotrophic algae) – best yields but only at lab scales

Raceway pond

Tubular photo bioreactors

Fermentation


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P


2- Algae transformation• Oil extraction:

• Esters (Most studied so far, but there are limits on the chain length and the number of insaturation)

• HVO• Gasification � Fischer-Tropsch

<5

<5

C20:4

1-6

3-29

C16:1

21-342-226-8<217-44Autotrophic algae

3441816Jatropha

<0.51038644Palm

1-301-5028-601-711-37Heterotrophic algae

85323410Soya

<0.5691856Sunflower

921592,55Rape

C20:5C18:3C18:2C18:1C18:0C16:0

High iodine index


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P

Biofuels : The use in the future

HVOH2

BiodieselHVO

G3 :µ algae, .....

BtL, H2, Heavy alcohols

BtL, DMEEthanol, Biobutanol,Biogas, H2

G2 : wood, SRC, waste,

very limited availabilities

Biodiesel : FAEHVO

EthanolBiogas

G1 : sugar, cereals, vegetable oil

AircraftDiesel EngineSpark Ignition Engine

Biofuels


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P

L'économie des biocarburants

Évolution comparée du prix d' huile de colza et du gazole en Europe

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

août-9

0ao

ût-91

août-9

2ao

ût-93

août-9

4ao

ût-95

août-9

6ao

ût-97

août-9

8ao

ût-99

août-0

0ao

ût-01

août-0

2ao

ût-03

août-0

4ao

ût-05

août-0

6

Evolution du prix du gazole

Evolution du prix de l'huile de colza


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P

Les enjeux des biocarburants

� Les filières de 2ème génération ont un fort potentiel (>= 10 Mtep), mais ne sont pas aujourd'hui disponibles. Leur bilan "GES" sont a priori les meilleurs.

� La poursuite des travaux de R&D et la mise en place des conditions pour la mise à disposition de la ressource est une nécessité.

� Les filières de 1ère génération répondent au besoin à court terme.� La question des coûts de production reste un enjeu fort (compétition des

usages, fiscalité optimale...).� Les objectifs apparaissent plus accessibles en termes de surfaces agricoles

pour l'éthanol que pour le biodiesel.� Les bilans "GES" sont a priori favorables mais les "écarts" entre les études

sont sensibles en particulier pour l'éthanol. Besoins de travaux complémentaires sur l'évaluation (méthodologie, données...) et élargir les critères (eg: projet ANABIO/ANR)

� La problématique du développement d'un marché international de l'éthanol et des huiles végétales doit être prise en considération (disparition éventuelle des droits d'importation)


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PLes perspectives

� A court et moyen terme, optimiser la production de biocarburants de 1ère génération et d'énergie provenant de la biomasse : � enjeux économiques : coût, taxes, marché mondial,� enjeux techniques : harmonisation des spécifications et

l'adaptation des véhicules (FFV)� A long terme, assurer la disponibilité des ressources

actuelles en croissance et des nouvelles ressources :� évaluation de la disponibilité des matières premières,� comparison des filières et évaluation des technologies,� enjeux logistiques,� réduction des coûts

passer d'une situation de biocarburants utilisés commeadditifs (quelques %) à une situation de biocarburants, véritables composants du pool carburant (plus de 10%)


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PLa "roadmap" des carburants alternatifs

2000 2010 2020 2030 Année

Risque

R & D, validation en usage réel

GNC

Biofuel 1st generation:biodiesel ethanolbiogas

hydrotreated bio oil(NexBTL)

GTLBiofuel 2nd generation:

Ethanol ex-straw,biogas

CTL with CO2 C&S

Biofuel 2nd generation:BTL

hydrogen

��


P

Le DiMéthyl Ether (DME)


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P


le carburant gazeux du cycle Diesel� Avantages :

� bon indice de cétane (conservation du cycle Diesel)� carburant gazeux => mélange air / carburant facilité

=> très bas niveaux d'émissions de particules

� Inconvénients :� carburant gazeux => problèmes de stockage et de

distribution (idem GPL)� nécessité d'une adaptation moteur


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P

Principales caractéristiques du DME

Formule chimique CH3-O-CH3

Masse molaire (g/mol) 46

Teneur en oxygène (% masse) 34,8

Température d’ébullition (°C) - 24,9

Pression de vapeur à 20°C (bar) 5,1

Point d’éclair (°C) - 41

Masse volumique du liquide (kg/m3) 668

PCI massique (kJ/kg) 28430

Indice de cétane ~50-55


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P

Utilisations du DME

� production électrique (centrale thermique Japon)

� carburant pour le transport� adaptation moteur pour

� véhicules particulier� poids lourds

� "gaz de ville" en mélange dans butane et/ ou propane

cours_5_et_6_les carburants du futur (suite)

Documents