Les avantages de l'utilisation des biocarburants dans les moteurs diesels marins

Le secteur des transports maritimes est à la base du commerce mondial, et il transporte plus de 80 % des marchandises par volume. Pourtant, le secteur représente près de 3 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre (GES), ainsi que des volumes importants d'oxydes de soufre, d'oxydes d'azote et de particules. En réponse au durcissement des règlements de l'Organisation maritime internationale (OMI) et à la pression croissante des affréteurs et des consommateurs, les armateurs et les exploitants explorent des solutions de rechange au mazout lourd et au gazole marins classiques.

Avantages pour l'environnement

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

Contrairement aux combustibles fossiles, qui libèrent du carbone et qui sont séquestrés depuis des millions d'années, les biocarburants sont produits à partir de biomasse qui absorbe du CO2 pendant la croissance. Lorsque le combustible est brûlé, ce carbone est réémis, créant une boucle de carbone fermée. Selon la méthode de production et de la matière première, des réductions de GES du cycle de vie de 50 à 90 pour cent par rapport au gazole marin conventionnel (GPM) sont réalisables. Par exemple, l'huile végétale hydrotraitée (HVO) produite à partir de matières premières résiduaires peut réduire les émissions de gaz à effet de serre jusqu'à 85 pour cent.

Réduction drastique des oxydes de soufre et des particules

Les biocarburants, par contre, sont pratiquement exempts de soufre. HVO et FAME contiennent généralement moins de 10 ppm de soufre, ce qui signifie qu'ils n'ont pas besoin de produits distillats ou de solvants coûteux pour se conformer au plafond mondial de 0,5 % de soufre de l'OMI. De plus, l'absence d'hydrocarbures aromatiques et la forte teneur en oxygène du biodiesel entraînent une combustion plus complète. Cela entraîne une réduction de 50 à 80 % des émissions de particules par rapport au MGO, ainsi qu'une diminution de l'opacité de la fumée.

Réduction des échanges de NOx et de CO2

Cependant, le réglage du moteur, le timing des injections et l'utilisation de niveaux de mélange inférieurs à 20 % peuvent atténuer cet effet. De nombreux moteurs marins modernes équipés de systèmes d'injection de rails communs peuvent fonctionner sur des mélanges B20 à B30 sans augmentation mesurable des NOx. De plus, certaines formulations HVO réduisent en fait les NOx de 5 à 10 % en raison de meilleures caractéristiques de combustion. Les premiers adoptants signalent que l'optimisation du système de gestion du moteur permet aux biocarburants d'atteindre la conformité aux NOx de niveau III de l'OMI lorsqu'ils sont utilisés en combinaison avec la recirculation des gaz d'échappement (EGR), sans avoir besoin de réduction catalytique sélective (SCR) dans tous les modes de fonctionnement.

Biodégradabilité et atténuation des déversements

En cas de déversement, le biodiesel FAME se dégrade environ quatre fois plus rapidement que le diesel classique et est beaucoup moins toxique pour les organismes marins. Cette propriété est particulièrement précieuse pour les navires qui exploitent des écosystèmes sensibles, comme les traversiers dans les eaux côtières, les flottes de pêche et les navires de recherche maritime.

Avantages économiques et opérationnels

Compatibilité d'entrée et améliorations minimes

L'une des raisons les plus importantes pour l'adoption des biocarburants est leur capacité à fonctionner comme un remplacement par goutte-à-goutte des moteurs diesel marins existants sans modifications majeures.Les deux moteurs FAME et HVO peuvent être utilisés en mélange avec l'huile diesel marine conventionnelle (ODM) ou MGO jusqu'à certaines limites. De nombreux fabricants de moteurs, dont Wärtsilä, MAN Energy Solutions et Caterpillar, ont émis des déclarations confirmant leur compatibilité avec jusqu'à 30 % FAME (B30) dans les moteurs standard, tandis que HVO est approuvé à des rapports de mélange encore plus élevés.

Réduction de la lubricité et du port du moteur

Le biodiesel a une meilleure lubricité que le diesel à faible teneur en soufre, qui a été dépouillé de lubrifiants naturels pendant l'hydrodésulfuration. Les chaînes d'acides gras du biodiesel forment une fine couche limite qui protège les composants d'injection de carburant – pompes, injecteurs et buses – de l'usure. Lors d'un essai en laboratoire au Laboratoire national des énergies renouvelables des États-Unis (NREL), les mélanges B20 ont montré une usure de 40 pour cent moins élevée sur les composants de la pompe que sur le diesel à faible teneur en soufre.

Sécurité énergétique et stabilité des prix

Pour les pays qui dépendent de l'importation de pétrole brut, le développement d'une chaîne nationale d'approvisionnement en biocarburant renforce la sécurité énergétique et réduit l'exposition à des prix volatils du pétrole brut. Bien que le prix au comptant du biodiesel ait été historiquement supérieur à celui du gazole marin, souvent de 30 à 80 p. 100, les mesures incitatives gouvernementales telles que la Directive sur les énergies renouvelables de l'UE (RED III) et la Norme américaine sur les carburants renouvelables (RFS) offrent des crédits de conformité qui peuvent compenser la prime. En outre, l'écart de prix s'est réduit à mesure que les échelles de production et les prix du pétrole augmentent.

Disponibilité des incitations et des crédits de conformité

Les biocarburants qui répondent à des critères de durabilité stricts, généralement une réduction de 50 à 65 % des émissions de gaz à effet de serre par rapport à une référence fossile, reçoivent une faible cote d'intensité de carbone. Les navires utilisant ces biocarburants peuvent améliorer leur cote CII et éviter les sanctions. Dans l'UE, les exploitants qui mélangent des biocarburants dans leurs distillats maritimes peuvent réclamer des crédits de conformité à l'objectif d'intensité des GES maritimes de FuelEU, transférant effectivement la valeur de réduction du carbone à leurs obligations de conformité. Plusieurs ports européens, dont Rotterdam, Hambourg et Anvers, offrent des rabais sur les droits portuaires pour les navires utilisant des carburants de substitution, les biocarburants étant explicitement inclus.

Études de cas opérationnelles

Maersk=S essai de biocarburant: En 2021, Maersk a réussi à exploiter un récipient sur un mélange de 20 % de FAME à base de déchets et de 80 % de MGO pendant plus de 12 mois. L'essai a conclu que le mélange s'est déroulé sans faille dans le moteur principal et les moteurs auxiliaires, sans problèmes de temps d'arrêt ni d'entretien liés au carburant.

L'exemple de la ligne Stena: L'exploitant suédois de traversiers utilise le HVO dans plusieurs de ses navires ro-pax depuis 2019. Le commutateur a réduit les émissions annuelles de CO2 d'environ 10 000 tonnes par navire. Stena Line a indiqué que la consommation de carburant est demeurée pratiquement inchangée et que HVO n'a pas exigé de modifications aux moteurs auxiliaires à quatre temps du traversier.

Ocean Infinity]Les navires robotiques: La société de levés offshore Ocean Infinity exploite une flotte de navires autonomes et en équipage, y compris le 78 mètres --Normand Frontier, , , qui fonctionne sur B100 à partir d'huile de cuisson utilisée. Le navire a enregistré plus de 15 000 heures de fonctionnement moteur sur B100 depuis 2020, sans défaillance du système de carburant.

Types de biocarburants pour moteurs marins

FAME (Ester méthylique d'acide gras)

Le biodiesel FAME est produit par transestérification, qui réagit avec du méthanol, avec des huiles végétales ou des graisses animales. Il a un nombre élevé de cétanes (50–65), une excellente lubricité et une faible toxicité. Cependant, sa forte teneur en oxygène et sa tendance à s'oxyder au fil du temps imposent des restrictions à la durée de conservation (habituellement de 6 à 12 mois).

HVO (Huile végétale hydrotraitée)

Contrairement à FAME, HVO est un hydrocarbure pur, il n'a pas de teneur en oxygène et n'attire pas d'eau ni ne supporte la croissance microbienne. Il a un nombre de cétane extrêmement élevé (70–85), un très faible soufre et des aromatiques, et une stabilité de stockage illimitée. HVO est entièrement miscible avec le diesel conventionnel à n'importe quel rapport, ce qui en fait un combustible de chute idéal pour tout moteur diesel marin (y compris les systèmes ferroviaires communs à haute pression) sans modifications nécessaires. Les principaux inconvénients sont les coûts — HVO est généralement 20–50 % plus cher que MGO — et une capacité de production mondiale limitée, la plupart étant concentrées en Europe et en Amérique du Nord.

Biocarburants avancés provenant des algues, de la biomasse lignocellulosique et des déchets

Les biocarburants de deuxième génération issus de matières premières non alimentaires sont de plus en plus utilisés pour la marine.Les carburants à base d'algues peuvent produire des rendements pétroliers extrêmement élevés par hectare et peuvent être cultivés sur des terres non arables.Le biodiesel d'algues a des propriétés similaires à celles du FAME mais avec une stabilité oxydative plus élevée.Les matières premières lignocellulosiques (comme les résidus de bois, les fourneaux de maïs ou les cultures énergétiques comme les mauvaises canthus) peuvent être converties par gazéification et synthèse Fischer-Tropsch en diesel synthétique à chute.Le projet de l'UE -BioMare a démontré la faisabilité de produire du diesel marin à partir de résidus forestiers.

Certification de durabilité et préoccupations relatives à l'utilisation des terres

Pour être admissibles à des mesures d'incitation réglementaires, les biocarburants doivent satisfaire à des critères de durabilité stricts. La directive européenne sur les énergies renouvelables (RED II et III) exige que les matières premières ne causent pas de déforestation, de déplacement de la production alimentaire ou de perte de biodiversité.Les matières premières à base de déchets (huile de cuisson utilisée, graisses animales, huile haute) soient comptées en double pour atteindre les objectifs nationaux en matière d'énergie renouvelable.Le risque de changement indirect d'affectation des terres (ILUC) est une préoccupation majeure pour les biocarburants à base de cultures; le biodiesel d'huile de palme, par exemple, a été associé à la déforestation en Asie du Sud-Est et est effectivement exclu de nombreux programmes d'incitation.

Défis et considérations techniques

Stabilité et durée de conservation de l'oxydation

Le biodiesel FAME s'oxyde au fil du temps, formant des acides et des dépôts polymérisés qui peuvent obstruer les filtres, augmenter les dépôts d'injecteurs et dégrader la qualité du carburant. Le stockage dans un milieu marin, avec des températures ambiantes chaudes, l'humidité et les réservoirs d'acier, accélère ce processus. Les opérateurs ont plusieurs mesures d'atténuation : utilisation d'antioxydants (comme le BHT), mélange avec des stabilisateurs, couverture de gaz d'argile (azote) et nettoyage des réservoirs avant l'introduction du biocarburant.

Croissance microbienne et contamination de l'eau

Le biodiesel est plus hygroscopique que le diesel classique et absorbe l'eau de l'atmosphère ou de la condensation. L'eau et les acides gras libres constituent un terrain de reproduction pour les microorganismes, les bactéries et les champignons, qui produisent des boues et de la corrosion. La filtration, la séparation de l'eau et l'utilisation de biocides (tels que l'isothiazolinone) sont des pratiques courantes.

Compatibilité des matériaux

Les essais de transition précoce ont révélé que le biodiesel dégrade certains élastomères plus anciens : caoutchouc naturel, buna‐N, polyuréthane et néoprène. Les tuyaux, joints et joints de carburant peuvent gonfler, adoucir ou fissurer lorsqu'ils sont exposés à des concentrations élevées de FAME. Les fabricants fournissent maintenant des systèmes de carburant avec des composants à revêtement FKM (Viton®) ou PTFE résistants au biodiesel. Pour une flotte de transition vers le B30 ou plus, il est recommandé de procéder à une préinspection de tous les matériaux mouillés par combustible et de prévoir des remplacements rentables.

Performance en temps froid

Le biodiesel FAME a généralement un point de déversement et un point de nuage plus élevé que le diesel classique. Le gel FAME pur (B100) peut être utilisé à environ 0°C (32°F), ce qui le rend inutilisable dans les climats froids sans chauffage. L'hivernage—la mise en contact avec le diesel, à l'aide de dépresseurs à point de déversement ou en choisissant des matières premières à saturation plus faible (par exemple, la camélina vs. palm)—la réduction du point de remplissage à froid (PPFC) à –15°C ou moins.

Chaîne d'approvisionnement et infrastructure de bunkering

Bien que le bunkering des biocarburants ait connu une croissance rapide — Rotterdam fournit maintenant plus de 500 000 tonnes de combustibles biomarins mélangés par an — la disponibilité reste limitée en dehors des grands centres. Les ports comme Singapour, Fujairah et Houston ne disposent pas d'installations de stockage et de mélange de biocarburants. Les propriétés physiques de FAME (densité plus élevée, hygroscopicité) ne peuvent être combinées avec du mazout lourd; des réservoirs et des lignes dédiés sont nécessaires. HVO, qui est un produit d'hydrocarbures, peut être manipulé dans l'infrastructure diesel existante.

Paysage réglementaire

Stratégie initiale de l'OMI en matière de GES et mesures à mi-parcours

La stratégie initiale de l'OMI (2018) visait à réduire les émissions de GES provenant des transports maritimes d'au moins 50 % d'ici 2050, par rapport à 2008. En juillet 2023, l'OMI a adopté une stratégie révisée ciblant les émissions nettes de GES de zéro % -près de 2050, - avec des points de contrôle indicatifs de 20 à 30 % d'ici 2030 et de 60 à 80 % d'ici 2040. Les biocarburants sont explicitement reconnus comme un levier clé dans la boîte à outils de l'OMI, ainsi que l'efficacité énergétique, l'optimisation de la vitesse et les carburants futurs.

UE CarburantUE maritime et le SEQE

CarburantUE maritime (en vigueur en 2025) fixe un objectif de réduction de l'intensité des GES pour l'énergie utilisée par les navires qui font escale dans les ports de l'UE, à commencer par une réduction de 2 % en 2025 et qui s'élève à 80 % d'ici 2050. Les carburants sont évalués en fonction de leurs émissions au cours du cycle de vie; les valeurs normales du gazole marin ~91 gCO2eq/MJ, tandis que la plupart des biocarburants basés sur les déchets se situent entre 20 et 40 gCO2eq/MJ, soit un niveau bien inférieur à l'objectif.

Programmes de la Californie et d'autres régions

Aux États-Unis, le California Air Resources Board (CARB) réglemente les navires de mer à moins de 24 milles marins de la côte. Le CARB (Ocean-Going Vessel Fuel Rule) exige l'utilisation de combustibles distillats (0,1 % de soufre) mais ne limite pas obligatoirement l'intensité du carbone. Toutefois, la norme sur les combustibles à faible teneur en carbone (LCFS) accorde des crédits aux fournisseurs de combustibles marins à faible teneur en carbone, y compris les biocarburants.

Perspectives et recommandations futures

Élargissement de la production et réduction des coûts

La production mondiale de HVO devrait doubler, passant de 9 millions de tonnes en 2023 à plus de 18 millions de tonnes en 2028, grâce à de nouvelles installations aux États-Unis, en Europe et en Asie du Sud-Est. La production de FAME est plus mature mais de plus en plus orientée vers les matières premières résiduelles. Les biocarburants avancés provenant des algues et de la biomasse lignocellulosique demeurent à l'échelle précommerciale, mais pourraient atteindre la parité des coûts avec le diesel fossile d'ici 2040 avec des investissements soutenus en R-D. Les économies d'échelle, l'optimisation des procédés (par exemple, l'utilisation d'hydrogène renouvelable pour la production de HVO) et la tarification du carbone contribueront tous à réduire l'écart de prix.

Recommandations techniques à l'intention des opérateurs

Commencez avec des mélanges faibles:[ B10 à B20 pour FAME; tout rapport de mélange pour HVO. Surveillez de près les filtres de carburant pendant les 500 premières heures de fonctionnement.

Conduire un audit de compatibilité des matériaux:[ Inspecter tous les tuyaux d'essence, joints d'étanchéité et revêtements de réservoir; mettre à niveau Viton ou PTFE au besoin.

Application d'essais rigoureux de qualité du carburant:[ Pour FAME, essai pour le nombre d'acides, la viscosité, la teneur en eau et la teneur en ester de chaque bunkering.

Réajuster les procédures de stockage et de manutention:[ Conserver les réservoirs de carburant aussi pleins que possible pour minimiser la condensation.

Partenaire avec des fournisseurs durables certifiés:[ N'achetez que des biocarburants avec la certification ISCC ou RSB pour garantir la conformité réglementaire et éviter les allégations de lavage écologique.

Explorer la demande d'affrètement :[ Les principaux expéditeurs – Amazon, IKEA, Unilever – s'engagent à transporter du zéro carbone. L'utilisation des biocarburants peut obtenir des contrats de fret premium et faire preuve de leadership environnemental.

Conclusion

Les biocarburants ne sont pas une balle d'argent, mais les limites de l'échelle, du coût et de la chaîne d'approvisionnement demeurent des obstacles importants. Pourtant, ils sont les plus matures techniquement, les plus exploitables et disponibles immédiatement pour la grande majorité des 60 000+ navires commerciaux alimentés par des moteurs diesel. Contrairement au GNL ou à l'ammoniac, les biocarburants nécessitent peu ou pas d'investissement en capital et assurent une compatibilité avec les retombées.

Pour plus de renseignements : Stratégie de l'OMI en matière de GES )? Lignes directrices de la CIMAC sur les biocarburants[ )?Guide sur les biocarburants )? Certification du CCIS ] US DOE Biocarburants marins

Les avantages de l'utilisation des biocarburants dans les moteurs diesels marins

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