L'industrie aéronautique produit 2 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone d'origine humaine. Cette part peut sembler relativement faible – pour la perspective, La production d'électricité et le chauffage domestique représentent plus de 40 %, mais l'aviation est l'une des sources de gaz à effet de serre dont la croissance est la plus rapide au monde. La demande de voyages aériens devrait doubler au cours des 20 prochaines années.

Les compagnies aériennes sont sous pression pour réduire leurs émissions de carbone, et sont très vulnérables aux fluctuations des prix mondiaux du pétrole. Ces défis ont suscité un vif intérêt pour les carburéacteurs dérivés de la biomasse. Le biocarburant peut être produit à partir de diverses matières végétales, y compris les cultures oléagineuses, cultures sucrières, plantes amylacées et biomasse lignocellulosique, par diverses voies chimiques et biologiques. Cependant, les technologies de conversion du pétrole en carburéacteur sont à un stade de développement plus avancé et offrent une efficacité énergétique supérieure à celle des autres sources.

Nous concevons la canne à sucre, l'usine la plus productive au monde, pour produire du pétrole pouvant être transformé en biocarburant. Dans une étude récente, nous avons constaté que l'utilisation de cette canne à sucre modifiée pouvait donner plus de 2, 500 litres de bio-carburant par acre de terrain. En termes simples, cela signifie qu'un Boeing 747 pourrait voler pendant 10 heures avec du biocarburant produit sur seulement 54 acres de terre. Par rapport à deux sources végétales concurrentes, soja et jatropha, le lipidcane produirait environ 15 et 13 fois plus de carburéacteur par unité de terre, respectivement.

Création de canne à sucre à double usage

Les biocarburants dérivés de matières premières riches en pétrole, comme la caméline et les algues, ont été testés avec succès dans des vols de preuve de concept. L'American Society for Testing and Materials a approuvé un mélange 50:50 de carburéacteur à base de pétrole et de carburéacteur renouvelable hydrotraité pour les vols commerciaux et militaires.

Cependant, même après d'importants efforts de recherche et de commercialisation, les volumes de production actuels de biocarburant sont très faibles. La fabrication de ces produits à plus grande échelle nécessitera de nouvelles améliorations technologiques et des matières premières abondantes à faible coût (cultures utilisées pour fabriquer le carburant).

La canne à sucre est une source de biocarburant bien connue :le Brésil fait fermenter du jus de canne à sucre pour en faire un carburant à base d'alcool depuis des décennies. L'éthanol de la canne à sucre produit 25 pour cent d'énergie de plus que la quantité utilisée pendant le processus de production, et réduit les émissions de gaz à effet de serre de 12 % par rapport aux combustibles fossiles.

Nous nous sommes demandé si nous pouvions augmenter la production d'huile naturelle de la plante et utiliser l'huile pour produire du biodiesel, qui offre des avantages environnementaux encore plus importants. Le biodiesel produit 93 pour cent d'énergie de plus qu'il n'en faut pour le fabriquer et réduit les émissions de 41 pour cent par rapport aux combustibles fossiles. L'éthanol et le biodiesel peuvent tous deux être utilisés dans le biocarburant, mais les technologies pour convertir le pétrole d'origine végétale en carburéacteur sont à un stade avancé de développement, offrent une efficacité énergétique élevée et sont prêts pour un déploiement à grande échelle.

Lorsque nous avons proposé pour la première fois de fabriquer de la canne à sucre pour produire plus de pétrole, certains de nos collègues pensaient que nous étions fous. Les plants de canne à sucre ne contiennent que 0,05 pour cent d'huile, ce qui est bien trop peu pour se convertir au biodiesel. De nombreux phytotechniciens ont émis l'hypothèse que l'augmentation de la quantité d'huile à 1% serait toxique pour la plante, mais nos modèles informatiques prédisaient que nous pourrions augmenter la production de pétrole à 20 pour cent.

Avec le soutien de l'Agence des projets de recherche avancée du ministère de l'Énergie-Énergie, nous avons lancé un projet de recherche appelé Plants Engineered to Replace Oil in Sugarcane and Sorgho, ou PETROSS, en 2012. Depuis, grâce au génie génétique, nous avons augmenté la production d'huile et d'acides gras pour atteindre 12 pour cent d'huile dans les feuilles de canne à sucre.

Maintenant, nous travaillons pour atteindre 20 pour cent d'huile - la limite théorique, selon nos modèles informatiques - et en ciblant cette accumulation d'huile sur la tige de la plante, où il est plus accessible que dans les feuilles. Nos recherches préliminaires ont montré que même si les plantes artificielles produisent plus de pétrole, ils continuent à produire du sucre. Nous appelons ces plantes modifiées lipidcane.

Plusieurs produits de lipidcane

Lipidcane offre de nombreux avantages pour les agriculteurs et l'environnement. Nous calculons que la culture du lipidcane contenant 20 pour cent d'huile serait cinq fois plus rentable par acre que le soja, principale matière première actuellement utilisée pour fabriquer du biodiesel aux États-Unis, et deux fois plus rentable à l'acre que le maïs.

Pour être durable, Le biocarburant doit également être économique à traiter et avoir des rendements de production élevés qui minimisent l'utilisation des terres arables. Nous estimons que par rapport au soja, le lipidcane contenant 5 pour cent de pétrole pourrait produire quatre fois plus de carburéacteur par acre de terre. Lipidcane avec 20 pour cent de pétrole pourrait produire plus de 15 fois plus de carburéacteur par acre.

Et le lipidcane offre d'autres avantages énergétiques. Les parties de plantes restantes après extraction du jus, connu sous le nom de bagasse, peut être brûlé pour produire de la vapeur et de l'électricité. Selon notre analyse, cela générerait plus qu'assez d'électricité pour alimenter la bioraffinerie, afin que l'énergie excédentaire puisse être revendue au réseau, remplacer l'électricité produite à partir de combustibles fossiles – une pratique déjà utilisée dans certaines usines au Brésil pour produire de l'éthanol à partir de la canne à sucre.

Une culture bioénergétique américaine potentielle

La canne à sucre prospère sur des terres marginales qui ne conviennent pas à de nombreuses cultures vivrières. Actuellement, il est cultivé principalement au Brésil, Inde et Chine. Nous concevons également le lipidcane pour qu'il soit plus tolérant au froid afin qu'il puisse être cultivé plus largement, en particulier dans le sud-est des États-Unis sur des terres sous-utilisées.

Si nous consacrions 23 millions d'acres dans le sud-est des États-Unis au lipidcane avec 20 pour cent de pétrole, nous estimons que cette culture pourrait produire 65 pour cent de l'approvisionnement en carburéacteur américain. Présentement, en dollars courants, ce carburant coûterait aux compagnies aériennes 5,31 $ US le gallon, ce qui est inférieur au biocarburant produit à partir d'algues ou d'autres cultures oléagineuses telles que le soja, huile de canola ou de palme.

Le lipidcane pourrait également être cultivé au Brésil et dans d'autres régions tropicales. Comme nous l'avons récemment rapporté dans Nature Climate Change, une augmentation significative de la production de canne à sucre ou de canne lipidique au Brésil pourrait réduire les émissions mondiales actuelles de dioxyde de carbone jusqu'à 5,6 pour cent. Cela pourrait être accompli sans empiéter sur les zones que le gouvernement brésilien a désignées comme sensibles sur le plan environnemental, comme la forêt tropicale.

À la poursuite de la « canne énergétique »

Notre recherche sur le lipidcane comprend également l'ingénierie génétique de la plante pour la rendre plus efficace à la photosynthèse, ce qui se traduit par plus de croissance. Dans un article de 2016 dans Science, l'un d'entre nous (Stephen Long) et ses collègues d'autres institutions ont démontré que l'amélioration de l'efficacité de la photosynthèse dans le lipidcane augmentait sa croissance de 20 %. Des recherches préliminaires et des essais sur le terrain côte à côte suggèrent que nous avons amélioré l'efficacité photosynthétique de la canne à sucre de 20 pour cent, et de près de 70 pour cent dans des conditions fraîches.

Maintenant, notre équipe commence à travailler pour concevoir une variété de canne à sucre à plus haut rendement que nous appelons « canne énergétique » pour obtenir plus de production de pétrole par acre. Nous avons encore du chemin à parcourir avant qu'il puisse être commercialisé, mais développer une usine viable avec suffisamment de pétrole pour produire économiquement du biodiesel et du biocarburant est une première étape importante.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.