Avec une demande quotidienne de carburant estimée à plus de 5 millions de barils par jour, le secteur mondial de l'aviation est incroyablement énergivore et presque entièrement tributaire des carburants à base de pétrole. Contrairement à d'autres secteurs énergétiques tels que le transport terrestre ou les bâtiments résidentiels et commerciaux, l'industrie de l'aviation ne peut pas facilement passer aux sources d'énergie renouvelables en utilisant les technologies existantes.

Cependant, une nouvelle analyse réalisée par des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie montre que les biocarburants à base de plantes durables pourraient constituer une alternative compétitive aux carburants pétroliers conventionnels si les initiatives actuelles de développement et d'intensification continuent de progresser avec succès .

« Analyse technico-économique et coût d'atténuation des gaz à effet de serre sur le cycle de vie de cinq voies vers des mélanges de biocarburants, " publié récemment dans la revue Sciences de l'énergie et de l'environnement , fournit des preuves prometteuses que l'optimisation du pipeline de production de biocarburants - en prenant du matériel végétal riche en glucides et en utilisant des bactéries génétiquement modifiées pour digérer les sucres isolés en molécules denses en énergie qui sont ensuite chimiquement converties en un produit carburant - vaut bien l'effort.

"Il est difficile d'électrifier l'aviation en utilisant des batteries ou des piles à combustible en partie à cause des restrictions de poids sur les avions, les biocarburants liquides ont donc le potentiel de jouer un rôle important dans la réduction des émissions de gaz à effet de serre, " a déclaré l'auteur principal Corinne Scown, un chercheur dans le domaine des technologies énergétiques du Berkeley Lab ainsi que du Joint BioEnergy Institute (JBEI) du DOE. "L'équipe de JBEI a travaillé sur des voies biologiques vers des mélanges avancés de biocarburant pour jet qui ne sont pas seulement dérivés de sucres d'origine végétale, mais qui ont également des propriétés attrayantes qui pourraient en fait offrir un avantage par rapport aux carburéacteurs conventionnels."

Comment obtenir du carburant à partir de matériel végétal

Actuellement, les équipes multidisciplinaires basées à JBEI se concentrent sur l'optimisation de chaque étape du processus de production de biocarburant. Certains chercheurs se spécialisent dans la conception de plantes sources idéales, appelées biomasse, qui créent une forte proportion de glucides et une faible proportion de lignine, un type de matériau qui, à partir de maintenant, est plus difficile à rendre utile. Pendant ce temps, d'autres développent des méthodes pour isoler efficacement les glucides de la biomasse non alimentaire et les décomposer en molécules de sucre que les bactéries peuvent digérer, ou "bioconvertir, " en molécule de carburant. Pour obtenir le rendement le plus élevé possible de la bioconversion, Pourtant, d'autres chercheurs du JBEI examinent les facteurs génétiques et environnementaux qui rendent les bactéries modifiées plus efficaces.

Une fois ces étapes optimisées, Les scientifiques du JBEI peuvent transférer les technologies à des partenaires commerciaux qui peuvent ensuite modifier et mélanger les carburants en produits prêts à l'emploi et concevoir des stratégies pour industrialiser l'échelle de production. Compte tenu de la grande quantité d'expérimentation et d'innovation nécessaires pour accomplir tout cela, Scown et ses co-auteurs ont utilisé des méthodes d'analyse innovantes pour évaluer si l'entreprise pouvait réellement atteindre la fin du jeu d'une alternative au carburéacteur que les compagnies aériennes voudront utiliser.

« Notre espoir est qu'au début des étapes de la recherche, nous pouvons au moins simuler ce à quoi nous pensons que cela ressemblerait si vous développiez ces routes de production de carburant jusqu'à maturité, " a déclaré Scown. " Si vous deviez les pousser à la référence de l'éthanol - la technologie pour créer de l'éthanol à partir de matières végétales comme les tiges de maïs, feuilles, et les épis existent depuis longtemps, et nous pouvons fermenter les sucres avec une efficacité de 90 %. À quel point cela nous rapprocherait-il du prix du marché des carburants pétroliers ? C'est important à savoir maintenant.

"Heureusement, la réponse est qu'ils peuvent être viables. Et nous avons identifié des améliorations qui doivent être apportées tout au long du processus de conversion pour y parvenir. »

Imaginer le processus de production à grande échelle

Grâce aux technologies de déconstruction de la biomasse et de synthèse de carburant développées à JBEI, le coût théorique du biocarburant a diminué régulièrement ces dernières années et est actuellement aussi bas que 16 $ le gallon, par rapport à 300 $, 000 par gallon lorsque JBEI a été créé, selon le co-auteur et stagiaire postdoctoral JBEI Nawa Baral. Le coût du carburéacteur standard est d'environ 2,50 $ le gallon.

Pour explorer comment le biocarburant pourrait combler l'écart de prix restant, l'équipe de recherche a utilisé des simulations informatiques complexes qui ont modélisé la technologie nécessaire et les coûts ultérieurs de l'achèvement, des filières de production à grande échelle à différents niveaux d'efficacité et avec une gamme d'intrants de biomasse et de produits chimiques. Les auteurs ont simulé un total de cinq voies de production différentes pour quatre molécules de carburant distinctes.

Les résultats ont montré que les cinq voies pourraient en effet créer des produits de carburant au prix cible de 2,50 $ le gallon si les fabricants sont en mesure de convertir les restes de lignine en un produit chimique précieux - quelque chose sur lequel les chercheurs de JBEI travaillent actuellement - qui pourrait être vendu pour compenser le coût de biocarburants. Le prix net d'un gallon de biocarburant pourrait être encore abaissé si les compagnies aériennes se voyaient offrir ne serait-ce qu'un modeste crédit financier pour la réduction des émissions.

Suite à des recherches dans l'industrie, l'équipe a également découvert que les compagnies aériennes peuvent être disposées à payer une prime pouvant aller jusqu'à cinquante cents par gallon parce que les quatre biocarburants fournissent plus d'énergie par unité de volume, ce qui signifie qu'un avion pourrait voler plus loin sur un char de la même taille.

"Le développement de composés à base de plantes qui ont un avantage de performance par rapport à leurs homologues à base de pétrole est un facteur important pour déterminer leur viabilité sur le marché, " a déclaré Blake Simmons, co-auteur et directeur scientifique et technologique de JBEI.

Cependant, aussi prometteurs que soient ces résultats, amener la technologie de production de biocarburants aux rendements de référence supposés dans ces simulations nécessitera de nouvelles avancées.

"Il est clair que, pour rendre ces carburants viables commercialement, nous avons besoin de tout le monde sur le pont, » a noté Scown. « Mais cette analyse met en évidence l'importance du multi-institutionnel, centres de recherche intégrative comme JBEI, car aucun groupe travaillant sur une seule phase du processus ne peut y parvenir."