Bien que l'électrification soit un moyen de faire la une des grandes lignes des véhicules légers, du camionnage lourd, de l'aviation et du transport maritime, il demeure difficile d'électrifier avec la technologie actuelle des batteries. La bioénergie, qui est dérivée des matériaux organiques, offre une voie complémentaire qui peut fournir des combustibles liquides pour les moteurs et les infrastructures existants. Cet article évalue le rôle actuel et futur de la bioénergie dans la satisfaction des besoins mondiaux en matière de transport, couvrant sa promesse, ses limites et les innovations nécessaires pour une échelle responsable.

Comprendre la bioénergie et les biocarburants

Lorsqu'elle est convertie en combustibles liquides ou gazeux, elle peut remplacer directement l'essence à base de pétrole, le diesel et le carburant à jet. Le terme biocarburant désigne spécifiquement les combustibles produits à partir de la biomasse, le plus courant étant l'éthanol et le biodiesel. Toutefois, il existe une gamme plus vaste de produits, y compris le diesel renouvelable, le biométhane et le carburant à biojet (carburant d'aviation durable, FSA).

Types de matières premières pour la biomasse

Les matières premières sont classées par source:

  • Les cultures énergétiques: Le maïs, la canne à sucre, le soja, l'huile de palme, les matières premières classiques de première génération qui dominent la production actuelle.
  • Résidus agricoles et forestiers:[ Poêle à maïs, paille de blé, sciure et restes d'exploitation forestière — ceux-ci ne sont pas directement en concurrence avec la production alimentaire.
  • Déchets solides municipaux (DSM) et déchets organiques:[ Les déchets alimentaires, les parures de triage et les gaz d'enfouissement peuvent être transformés en biogaz ou en combustibles liquides.
  • Les cultures énergétiques non alimentaires spécifiques:[ Switchgrass, malcanthus, peuplier et algues – celles-ci nécessitent moins d'intrants et peuvent croître sur des terres marginales.

Technologies de conversion

Le choix de la technologie dépend de la matière première et du combustible souhaité:

  • Fermentation: Les fécule et sucres (grain, canne à sucre) sont fermentés en éthanol, le biocarburant le plus utilisé au monde.
  • Transestérification: Les huiles végétales ou les graisses animales réagissent avec l'alcool pour produire du biodiésel et de la glycérine.
  • Gasification:[ Conversion à haute température de la biomasse solide en gaz de synthèse (CO + H2), qui peut être reclassée catalytiquement en gazole synthétique ou en jet-carburant par synthèse Fischer-Tropsch.
  • Pyrolyse:[ La décomposition thermique en l'absence d'oxygène produit du bio-huile, qui peut être amélioré dans les raffineries conventionnelles.
  • Digestation anaérobie : Les microbes décomposent la matière organique pour produire du biogaz (méthane) qui peut être comprimé pour être utilisé comme carburant de transport.

Production de biocarburants

Les classifications industrielles aident à clarifier la maturité et la durabilité des différentes voies:

  • Première génération:[ Fabriqué à partir de cultures vivrières (éthanol-corn, éthanol-cane à sucre, biodiesel de soja), ces produits sont à l'échelle commerciale mais soulèvent des préoccupations quant à l'utilisation des terres.
  • Deuxième génération (avancée):[ Fabriqué à partir de biomasse lignocellulosique—résidus non alimentaires et cultures énergétiques spécialisées. L'éthanol cellulosique et le diesel renouvelable à partir d'huiles usagées sont des exemples clés.
  • La troisième génération se rapporte généralement aux biocarburants à base d'algues, qui ont des rendements théoriques élevés mais qui restent à l'échelle pilote/démographique en raison des coûts de production élevés.
  • Quatrième génération:[ Des concepts émergents comme les électrocarburants (puissance à liquide utilisant le CO2 capturé et l'électricité renouvelable) ou les organismes génétiquement modifiés qui sécrètent directement les composés combustibles.

Avantages de la bioénergie dans les transports

Potentiel renouvelable et abondant

L'Agence internationale de l'énergie (AIE) estime que la biomasse durable pourrait fournir jusqu'à 10 % de l'énergie de transport mondial d'ici 2030 dans des scénarios ambitieux et jusqu'à 30 % d'ici 2070 avec des technologies de pointe. Contrairement aux combustibles fossiles, la biomasse peut être regénérée en quelques années ou décennies, créant ainsi un cycle de carbone fermé lorsqu'il est géré de façon durable.

Réduction des émissions de gaz à effet de serre au cours du cycle de vie

Lorsque les biocarburants sont bien gérés, ils peuvent réduire les émissions de CO2 du cycle de vie de 50 à 90 % par rapport à l'essence ou au diesel. La réduction exacte dépend des matières premières, des pratiques agricoles, des changements d'utilisation des terres et de l'efficacité de la conversion.L'éthanol de canne à sucre du Brésil, par exemple, permet une réduction de 80 à 90 % par rapport à l'essence.L'éthanol cellulosique de la cuisinière à maïs peut réduire de 60 à 80 % par rapport au pétrole, selon l'analyse du cycle de vie de California=S Faible Carburant Standard.

Sécurité énergétique et indépendance

Les pays qui comptent sur le pétrole importé peuvent diversifier leur mélange de carburants de transport avec les biocarburants produits au pays. Le Brésil, par exemple, a atteint un niveau d'autosuffisance proche de l'essence en mélangeant l'éthanol de la canne à sucre, modèle que l'Union européenne, l'Inde et les États-Unis ont adopté dans le cadre de mandats de mélange.

Possibilités de développement économique et rural

Aux États-Unis, l'industrie des biocarburants permet de créer des emplois dans l'agriculture, la logistique, la transformation et l'ingénierie. Aux États-Unis, l'industrie soutient plus de 350 000 emplois. Les pays en développement peuvent bénéficier de la production décentralisée – le biodiesel à petite échelle provenant du jatropha en Afrique ou le biogaz provenant des déchets agricoles en Inde offre des sources de revenus aux communautés rurales tout en réduisant les importations de combustibles.

Défis et limites

Utilisation des terres, sécurité alimentaire et effets indirects

La critique la plus persistante à l'égard des biocarburants de première génération est la concurrence pour les terres agricoles.L'utilisation du maïs pour l'éthanol au lieu des denrées alimentaires peut entraîner une hausse des prix alimentaires, en particulier dans les pays à faible revenu.En outre, la conversion des forêts ou des prairies pour produire des matières premières pour les biocarburants libère de grandes quantités de carbone stocké, phénomène connu sous le nom de changement indirect d'affectation des terres (ILUC).

L'empreinte environnementale de la production

De nombreux biocarburants traditionnels nécessitent de fortes apports d'eau, d'engrais et de pesticides. Les engrais azotés, en particulier, entraînent des émissions d'oxydes d'azote, un gaz à effet de serre presque 300 fois plus puissant que le CO2. La production d'éthanol de maïs au Midwest américain a été liée au ruissellement des éléments nutritifs qui cause des zones hypoxiques dans le golfe du Mexique.

Coût économique et dépendance au subventionnement

La plupart des biocarburants ne sont pas concurrentiels par rapport aux coûts avec les combustibles fossiles sans subventions, sans mandats de mélange ou prix du carbone. L'éthanol de première génération peut être proche de la parité lorsque les prix du pétrole sont élevés, mais les biocarburants avancés demeurent beaucoup plus chers – coûtant 1-3 $ de plus que le diesel de pétrole.

Infrastructure et compatibilité des véhicules

Les mélanges à faible teneur (E10, B5) sont compatibles avec les véhicules existants et les infrastructures de ravitaillement, mais des mélanges plus élevés nécessitent des modifications. E85 (jusqu'à 85 % d'éthanol) a besoin de véhicules à carburant souple; le biodiesel pur (B100) peut nécessiter des ajustements pour les moteurs à froid. Le diesel renouvelable et les FSA, qui sont chimiquement identiques à leurs homologues fossiles, peuvent tomber sans changement, ce qui constitue un avantage clé pour l'aviation et le camionnage lourd.

Le rôle des politiques et de l'innovation

Cadres politiques mondiaux

Les mandats gouvernementaux sont le principal moteur de la consommation de biocarburants.La norme américaine sur les carburants renouvelables exige 36 milliards de gallons de carburant renouvelable d'ici 2022 (principalement atteint avec l'éthanol de maïs).Le programme UE RED II fixe un objectif de 14 % pour les énergies renouvelables dans les transports d'ici 2030, avec un sous-objectif de 3,5 % pour les biocarburants avancés.Le programme Brésil , RenovaBio, offre des certificats d'intensité carbone pour encourager les carburants à faible teneur en carbone.

Les percées technologiques dans l'horizon

Biocarburants cellulaires et avancés

Les usines d'éthanol cellulosique commerciale, comme l'installation de POET-DSM à l'Iowa, ont eu du mal à atteindre la capacité de la plaque signalétique en raison des défis liés au prétraitement de la biomasse et aux coûts des enzymes.

Algae et biomasse aquatique

Les algues peuvent produire 15 à 30 fois plus d'huile par acre que le soja et peuvent être cultivées dans de l'eau saumâtre ou dans des terres non arables. Les coûts en capital élevés et la récolte à forte intensité énergétique demeurent des obstacles.

Électrocarburants et voies hybrides

Les électrocarburants (e-carburants) combinent le CO2 capturé et l'hydrogène renouvelable pour produire des combustibles synthétiques, ce qui est une forme de stockage d'énergie chimique. Bien qu'aujourd'hui coûteux (3–6 € par litre), les coûts pourraient diminuer avec une électricité renouvelable bon marché et une électrolyse améliorée.

Bioraffineries et systèmes de production intégrés

Le concept de bioraffinerie, qui est conçu après les raffineries de pétrole, transforme plusieurs flux de biomasse en combustibles, en énergie et en produits chimiques bio-basés. Cette coproduction améliore l'économie globale. Par exemple, une usine qui produit de l'éthanol à partir de fibres de maïs, utilise des résidus pour la chaleur et l'énergie, et extrait de l'huile de maïs pour le biodiesel peut obtenir des marges plus élevées et réduire les déchets.

Comparaison de la bioénergie avec les options électriques et hydrogène

Pour les véhicules légers, les véhicules électriques à batterie (VCE) sont plus efficaces (70 à 80 % de bien à roues) que les biocarburants (15 à 30 % pour les moteurs à essence qui brûlent de l'éthanol).

  • Camionnage long-courrier:[ Les batteries pour camions de classe 8 ajoutent un poids et un coût importants; les biocarburants peuvent être utilisés dans les moteurs diesel existants sans pénalité de portée.
  • Aviation: Il n'existe pas d'avion commercial électrique-batterie viable. Le carburant d'aviation durable (FSA) est la seule option à court terme pour réduire les émissions.
  • Maritime:[ Le mazout lourd peut être remplacé par du bio-LNG, du biodiesel ou du biométhanol avec des modifications mineures du moteur.
  • Existence d'un parc de véhicules : Les biocarburants réduisent les émissions des centaines de millions de véhicules à moteur à combustion interne encore sur la route aujourd'hui.

L'hydrogène vert, lorsqu'il est utilisé dans les véhicules à pile à combustible, évite également les problèmes d'utilisation des sols, mais nécessite de nouvelles infrastructures et a un rendement aller-retour inférieur à celui des VEB. Les biocarburants et l'hydrogène peuvent concurrencer pour les matières premières à faible teneur en carbone (biomasse pour biohydrogène et électrolyse à partir des énergies renouvelables).

Perspectives d'avenir : les voies à suivre pour s'adapter

Gestion durable des approvisionnements en matières premières et de l'utilisation des terres

L'expansion de la bioénergie doit éviter la déforestation, protéger la biodiversité et respecter la production alimentaire.

  • Utilisation de terres marginales et dégradées pour des cultures énergétiques spécifiques.
  • Accroître les rendements agricoles pour libérer les terres (partage des terres).
  • Prioriser les matières premières pour déchets et résidus — l'AIE estime que les résidus durables pourraient produire jusqu'à 50 EJ par an d'ici 2050.
  • Mettre en œuvre des systèmes de certification (par exemple, RSB, ISCC) pour s'assurer que les critères environnementaux et sociaux sont respectés.

Biocarburants avancés pour les secteurs difficiles à électrifier

L'Association du transport aérien international (IATA) s'est fixé pour objectif de produire 2 milliards de litres de CAF d'ici 2025 (contre environ 150 millions de litres actuellement). Les grandes compagnies aériennes signent des accords de retrait, et des producteurs comme World Energy, Neste et Fulcrum BioEnergy augmentent leur production. Pour le transport maritime, l'objectif 2050 de l'Organisation maritime internationale (OMI) de réduction des émissions de 50 % (par rapport aux niveaux de 2008) dépendra fortement du bio-LNG et du bio-méthanol.

Synergies avec l'économie circulaire et la gestion des déchets

L'utilisation des déchets organiques pour la bioénergie offre un triple avantage: réduire les émissions de méthane provenant des décharges, déplacer les combustibles fossiles et produire des combustibles à partir d'une ressource qui serait autrement une responsabilité. Le plan d'action de l'UE pour l'économie circulaire soutient explicitement le biogaz et les biocarburants avancés provenant des déchets agricoles et alimentaires.

Conclusion

La bioénergie ne peut pas décarboner à elle seule les transports mondiaux, mais elle est indispensable à une stratégie diversifiée. C'est la seule option renouvelable qui puisse remplacer directement les carburants à base de pétrole dans les infrastructures existantes pour les secteurs du transport aérien, maritime et routier lourd, qui restera difficile à électrifier pendant des décennies.

Pour réaliser ce potentiel, les décideurs doivent maintenir et renforcer les mandats de mélange des biocarburants avancés tout en investissant dans la R-D pour les technologies de conversion de la prochaine génération. L'industrie doit s'engager à utiliser les matières premières et à atteindre une intensité de carbone faible à l'échelle. Et le public doit reconnaître qu'aucune solution n'est parfaite, toute option énergétique implique des compromis.