[Biodiesel] Piste à creuser : le produire à partir d'algues

[Transparence]

Pour revenir aux cultures d'algues "sous serre" (type greenfuel), quelqu'un a t il des données sérieuses concernant les vrais rendements énergétiques de ces systèmes. Que peut on vraiment attendre de cette technologie. La source énergétique de ce système étant le soleil, il faut raisonner en surface. Combien peux t on sortir de TEP par ha ? La polémique enfle sur cette technologie depuis le papier de K Dimitrov (http://algae-thermodynamics.blogspot.co ... nfuel.html) Ou peux on trouver des chiffres (de vrais chiffres avec de vrais sources) ??? Merci d'avance

Je vais prendre connaissance du contenu de ce blog Google.
Son animateur indique :
1 - "GreenFuel’s ideas break the Law of physic"
2 - "A PBR-based biodiesel plant operating at maximum efficiency is not economically feasible at fuel prices below $800/bbl."

- Belle contradiction entre le point 1 et le point 2...: Si GreenFuel violait les lois de la physique, je ne vois pas comment le système pourrait être rentable (et donc fonctionner...) avec un barril à 800 dollars !

- Pour les scientifiques du NREL (US DOE), le seuil de rentabilité est à 110 dollars le barril. GreenFuel a commencé son programme de R&D sur la base des données du NREL. Ils ont à présent leurs propres données.

Réponse qu'aurait envoyé GreenFuel à K Dimitrov (selon lui) :
http://www.nanostring.net/Algae/CaseStudyFollowup.pdf ("Appendix A", page 7) - C'est intéressant de lire un débat sur cette technologie (j'ai survolé le papier de Dimitrov). Mais la tonalité des messages de Dimitrov est très agressive. S'il s'agissait d'une stratégie d'un groupe concurrent (ils sont très nombreux) pour obtenir des chiffres auprès de GreenFuel, c'est un petit succés : pour se défendre GreeFuel aurait ainsi été amenée à dévoiler quelques données (sur le plan énergétique et financier).


Microalgues - Quelques références 2007 :

1 - Chisti Yusuf, Biodiesel from microalgae, Biotechnology Advances 25 (2007) 294–306
http://www.massey.ac.nz/~ychisti/Biodiesel.pdf
Abstract - Continued use of petroleum sourced fuels is now widely recognized as unsustainable because of depleting supplies and the contribution of these fuels to the accumulation of carbon dioxide in the environment. Renewable, carbon neutral, transport fuels are necessary for environmental and economic sustainability. Biodiesel derived from oil crops is a potential renewable and carbon neutral alternative to petroleum fuels. Unfortunately, biodiesel from oil crops, waste cooking oil and animal fat cannot realistically satisfy even a small fraction of the existing demand for transport fuels. As demonstrated here, microalgae appear to be the only source of renewable biodiesel that is capable of meeting the global demand for transport fuels. Like plants, microalgae use sunlight to produce oils but they do so more efficiently than crop plants. Oil productivity of many microalgae greatly exceeds the oil productivity of the best producing oil crops. Approaches for making microalgal biodiesel economically competitive with petrodiesel are discussed.

(Pour les rendements à l´hectare, je t'invite à consulter la table 1 de ce rapport, page 3 du PDF)

2 - GreenFuel Technologies Corporation’s Emissions-to-Biofuels™ Algae Technology: A Viable Option for Biofuel Feedstock
Mark Allen Bernstein, Ph.D.
http://www.greenfuelonline.com/gf_files ... 051607.pdf
(Autres données qui peuvent répondre à ta demande)

3 - Alternate Fuels for use in Commercial Aircraft, David L. Daggett1 (Boeing Commercial Airplane), Robert C. Hendricks ( NASA Glenn Research Center), Rainer Walther ( MTU Aero Engines GmbH, Munich, Germany), Edwin Corporan (Air Force Research Laboratory), 2007
http://www.boeing.com/commercial/enviro ... _fuels.pdf
Extrait : Future bio-fuels may also involve other sources of oil feedstock. One promising feedstock is algae which have been evaluated by the US DOE7. This feedstock is projected to produce anywhere from 10k to 20k gallons/acre/year of bio-derived oil. With such a high production rate, algae could produce 150-300 times more oil than a crop of soybeans, Fig. 12. With the potential for algae of providing 10,000 gal/acre/year, some 85 billion gallons of bio-jet could be produced on a landmass equivalent to the size of the US state of Maryland. Moreover, if these bio-jet fuels were fully compatible with legacy aircraft, it would be sufficient to supply the present world's fleet with 100 percent of their fuel needs (fig. 13) as well into the future.

[echazare]

Y a un truc que j'arrive pas a comprendre.
Ou est le maillon faible de ce procédé.
On dit que c'est super efficace (le mot est faible), simple, on fait pousser des algues au soleil et pourtant des années de développement pour nous dire que c'est encore trop cher pour être compétitif. Quand j'entends le mot trop cher, j'ai la puce a l'oreille. Un système simple et efficace ne "coute pas" cher.

Est ce l'injection de CO2 qui pose problème ?
La récolte et le traitement ?

Hum....

[Transparence]

Y a un truc que j'arrive pas a comprendre.
Ou est le maillon faible de ce procédé.
On dit que c'est super efficace (le mot est faible), simple, on fait pousser des algues au soleil et pourtant des années de développement pour nous dire que c'est encore trop cher pour être compétitif. Quand j'entends le mot trop cher, j'ai la puce a l'oreille. Un système simple et efficace ne "coute pas" cher.

Est ce l'injection de CO2 qui pose problème ?
La récolte et le traitement ?

Hum....

Le potentiel de la filière est très important mais s'il est très facile de faire pousser des algues vertes dans son aquarium, ce n'est pas facile de cultiver des microalgues dans la perpective d'obtenir de l´huile :
- Il faut contrôler parfaitement la vitesse de croissance des algues et les approvisionnements et C02 et nitrates (et trouver des sources bon marché de nutriments...) etc.
- Il faut eviter les contaminations bactériennes
- Il faut surveiller la température et le pH ( <> CO2)
- Il faut trouver une formule pour maximiser le flux solaire entrant
- Il faut concevoir un systeme de culture qui permette de faire tout cela...
- Il faut trouver le systeme le plus economique possible
- Il faut comprendre l'ecophysiologie de l'espece de microlague choisie
et chercher a determiner dans quelles conditions elle produit beaucoup d'huile (stress en silice, en azote etc.) etc.

Les systèmes actuels produisent (bien entendu) de l'huile mais a un prix non compétitif pour le moment. Cela n'enlève rien à leur intérêt.

[Berthier]

C'est quoi un prix non compétitif : 2,4, 10 euros le litre ?

Yakafokon qui cultive effectivement des algues pourrais nous indiquer son prix de revient.

[Transparence]

C'est quoi un prix non compétitif : 2,4, 10 euros le litre ?

Yakafokon qui cultive effectivement des algues pourrais nous indiquer son prix de revient.

Oui, demande-lui et tiens-nous au courant.

Un prix non compétitif c'est un prix superieur a celui du baril du pétrole. Il est environ à 70 dollars en ce moment.

1 baril = 159 litres.

70/159 = 44 cents (= 32,8 centimes d'euros)

Disons qu'au dessus de 50 cents le litre, l'huile de microalgue n'est plus compétitive.

- Selon le NREL (données qui datent un peu - http://www.greenfuelonline.com/gf_files ... 051607.pdf ) le seuil de rentabilité est un pétrole à 110-120 US dollars soit entre 69 et 75 cents le litre.

- Selon GreenFuel ( Lien déjà indiqué : http://www.greenfuelonline.com/gf_files ... 051607.pdf page 2, fig S1), les coûts de production sont de 1 à 2 dollars le gallon soit entre 26 et 52 cents le litre

- Personnellement je pense qu'ils doivent être, compte-tenu des progrès technologiques accomplis, a moins de 62 cents le litre (100 dollars le baril), c'est à dire trop (18 cents de trop) pour être compétitif sur le marché actuel mais trop prêt du seuil de rentabilité pour abandonner les efforts, et ceci d'autant plus que des groupes comme Goldman Sachs n'excluent pas un baril a 100 dollars (62 cents le litre) ou plus dans les années à venir. Le pari vaut le coup et c'est bien pour cela que de très sérieux partenaires se sont joints à GreenFuel. A tel point que cela commence a susciter de sérieuses jalousies.

Deux éléments qui peuvent rendre compétitive l'huile de microalgue :
- La hausse du prix de barril de pétrole (à prévoir : peak oil etc.)
- La baisse des coûts de productions : ils baisseront dans le cadre d'une production en masse. La technologie n'en est qu'a ses débuts, elle va gagner en maturité.

" GreenFuel’s algae technology uses significantly less energy than conventional technologies and less land to make equivalent amounts of fuel. It can be competitive with gasoline and diesel when the price of oil is $55/barrel, and can reduce greenhouse gas emissions. "
http://www.greenfuelonline.com/gf_files ... 051607.pdf page 22

[Transparence]

Pour revenir aux cultures d'algues "sous serre" (type greenfuel), quelqu'un a t il des données sérieuses concernant les vrais rendements énergétiques de ces systèmes. Que peut on vraiment attendre de cette technologie. La source énergétique de ce système étant le soleil, il faut raisonner en surface. Combien peux t on sortir de TEP par ha ? La polémique enfle sur cette technologie depuis le papier de K Dimitrov (http://algae-thermodynamics.blogspot.co ... nfuel.html) Ou peux on trouver des chiffres (de vrais chiffres avec de vrais sources) ??? Merci d'avance

Je n'ai pas terminé d'analyser la version de Dimitrov (je refais les calculs) mais il semble qu'il se plante sur deux points :
- la surface
- le PAR ( Photosynthetic Active Radiation ).

Il reprend les chiffres théoriques de GreenFuel d'il y a 4 ans (basés sur les résultats du NREL, avant que GreenFuel teste son premier modèle de bioreateur trianglaire) et les confronte aux résultats obtenus avec leurs nouveaux modèles de bioreacteur (ils en sont à ma connaissance à la troisième génération, voir tout recemment a la 4eme).

Les rendements théoriques avancés initialement par GreenFuel sont peut-être élévés, mais les lois de la physique sont respectées [j'arrive, sauf erreur de calcul de ma part, a un rendement théorique maximum de 250 a 300 tonnes d'huile / ha pour un organisme photosynthetique (dont la moitié de la biomasse sèche est de l'huile) avec une irradiation de 175w/m2), GreenFuel annonce des rendements entre 40 et 80 tonnes, donc pas de loi de la physique violée, contrairement a ce qu'annonce Dimitrov...].

Par contre au niveau des coûts de production a l'hectare de l'huile par le systeme GreenFuel , c'est effectivement toujours le grand mystere...Le systeme en bassin (NREL) est le plus economique mais le moins performant...Les biorecteurs permettent un rendement plus elevé mais coutent beaucoup plus chers et leur maintenance est plus complexe...Trouver un compromis entre les deux ?

Prenons un systeme de 100 hectares (un carré de 1km sur 1 km)...Quel est le coût de production de ces 6000 tonnes d'huile (36 000 barils) obtenus chaque année ? (avec rendement de 60tonnes a l'hectare et par an)
Coûts à prendre en compte :
- nutriments (azote etc.) : coût principal (on peut calculer le coût theorique en ayant le prix de la tonne de nitrate et la quantité d'azote incorporée par les microalgues dans les protéines, idem avec les autres nutrients)
- C02 : gratuit (mieux, le systeme permet de réduire les émissions, c'est interessant dans le cadre de Kyoto)
- chaleur pour evaporer l'eau et obtenir une biomasse sèche : gratuite (cogénèrée par la centrale thermique)
- maintenance du parc (combien d'employés pour une ferme d´1 km2 ? Avec une automatisation du systeme, ce nombre peut être réduit)

Ces coûts dépassent-ils 2 millions de dollars par km2 et par an ? (ce qui colle avec le seuil indiqué par GreenFuel) 4 millions de dollars ? (ce qui colle avec le seuil indiqué par le NREL) 30 millions de dollars ? (Dimitrov)
La technologie marche tres bien (tests efectués dans le bioreacteur triangulaire, de première génération). Tout l'enjeu à présent est de réduire ces coûts.

Ce que l'on peut calculer facilement ce sont les gains prévisibles par km2 :
Prenons un rendement de 60 tonnes/ha/an = environ 36 000 barils /km2
Avec un baril a 70 dollars cela fait un gain annuel de 2,5 millions de dollars/km2 - Il faut bien sûr rajouter les revenus de la vente des coproduits : sucres fermentescibles en éthanol + proteines + molecules a haute valeur ajoutée...On peut doubler la mise avec une microalgue dont 50% de la biomasse sèche est de l'huile. On arrive a 5 millions de dollars de gains annuels par km2. Avec un baril a 100 dollars, on arrive a un gain annuel d'environ 7 millions de dollars.

Selon les calculs de Dimitrov le seuil de rentabilité est un baril a 800 dollars, selon GreenFuel 55 dollars et selon le NREL 110 dollars. Le baril est a 70 dolars actuellement.

Même si le seuil était 400 ou a 800 dollars (je pense perso qu'il est ajourdhui autour de 100 dollars), cela resterait une technologie fantastique : le pétrole (qui est d'origine microalgale) a mis des millions d'années a se former et les scientifiques de GreenFuel arrivent a en produire de grandes quantités en quelques mois...Et 80% du CO2 est séquestré...

Le pétrole et vendu a un prix ridiculement faible aujourd'hui.

Voici l'un des brevets déposés par GreenFuel :
http://www.freshpatents.com/Synthetic-a ... escription

Au fait, qui peut être dérangé par un succès de la technologie GreenFuel ? Ceux qui vivent du pétrole ?
Dimitrov, d´où sort-il et quelles sont ses motivations ? Uniquement intellectuelles ?

[echazare]

@Transparence

Quel est l'effet de la captation des gaz d'échappement d'une centrale sur le rendement de celle ci.

[Transparence]

@Transparence
Quel est l'effet de la captation des gaz d'échappement d'une centrale sur le rendement de celle ci.

Il augmente considérablement. A 380ppm (la concentration actmosphérique actuelle), le rendement est trop faible. La concentration à la sortie des centrales thermiques est voisine de 13%.

Mais quand les microalgues poussent trop vite, c'est un autre facteur limitant qui entre en jeu : la lumière...C'est ce qui est arrivé à GreenFuel en Arizona récemment : les microalgues poussaiet trop vite, ils n'avaient pas le temps de récolter; et faute de lumière, une hécatombe a eu lieu.

[echazare]

@Transparence
Quel est l'effet de la captation des gaz d'échappement d'une centrale sur le rendement de celle ci.

Il augmente considérablement. A 380ppm (la concentration actmosphérique actuelle), le rendement est trop faible. La concentration à la sortie des centrales thermiques est voisine de 13%.

Mais quand les microalgues poussent trop vite, c'est un autre facteur limitant qui entre en jeu : la lumière...C'est ce qui est arrivé à GreenFuel en Arizona récemment : les microalgues poussaiet trop vite, ils n'avaient pas le temps de récolter; et faute de lumière, une hécatombe a eu lieu.

Je me suis mal exprimé, mais ca répond à ma deuxième interrogation. Ma question été le rendement de la centrale est il affecté par la captation du CO2. J'imagine que le débit de CO2 en sortie de la centrale est trop élevé pour qu'il soit converti en temps réel par la biomasse en matière non ?
On freine donc les gaz en sortie, cela doit réduire considérablement le rendement de la centrale non ?

[Transparence]

Je me suis mal exprimé, mais ca répond à ma deuxième interrogation. Ma question été le rendement de la centrale est il affecté par la captation du CO2. J'imagine que le débit de CO2 en sortie de la centrale est trop élevé pour qu'il soit converti en temps réel par la biomasse en matière non ?
On freine donc les gaz en sortie, cela doit réduire considérablement le rendement de la centrale non ?

Non, à ma connaissance, aucun impact sur la centrale thermique. Et une réduction de 80% des émissions de C02.

Les expériences ont été menée avec une fraction des émissions de la centrale Cogen du MIT mais cela ne change rien si on capte 100% des émissions avec un parc de bioréacteur pllus important.

[bastien300]

Transparence, est-ce que tu pourrais m'indiquer une ordre de grandeur du rendement de la conversion de l'énergie solaire en biodiesel en passant par les algues, selon la méthode greenfuel ?

Car c'est bien ça qui me fait soucis... La filière me semble avoir beaucoup d'étapes de conversion (et donc de perte de rendement) :

soleil -> biomasse -> huile -> transeterification -> biodiesel

Sans parler de la capture et de l'injection de CO2...

De plus, l'installation d'un bioréacteur me semble coûteuse...

Bon, on a l'avantage d'avoir du carburant liquide, mais au final, ne vaudrait-il pas mieux utiliser directement l'énergie solaire avec un bon vieux panneau photovoltaïque ?

[mobar]

Bon, on a l'avantage d'avoir du carburant liquide, mais au final, ne vaudrait-il pas mieux utiliser directement l'énergie solaire avec un bon vieux panneau photovoltaïque ?

Tout l'intérêt de passer par la photosynthèse réside dans la production de carburant liquide stockable pouvant être utilisé dans des applications embarquées avec les motorisations et les infrastructures actuelles.

Lorsque le stockage d'électricité, les cellules PV, les PAC ou les autres alternatives auront vu baisser drastiquement leurs coûts de production ou augmenter leurs rendements alors elles feront disparaitre la biomasse comme vecteur intermédiaire.

Nous sommes encore au stade de la recherche de la solution optimale et comme toutes les techno progressent en permanence, pas étonnant qu'aucune ne se soit imposée.

[bastien300]

Lorsque le stockage d'électricité, les cellules PV, les PAC ou les autres alternatives auront vu baisser drastiquement leurs coûts de production ou augmenter leurs rendements alors elles feront disparaitre la biomasse comme vecteur intermédiaire.

C'est aussi comme ça que je vois les choses. La biomasse est plus une solution de transition pour combler le pétrole qui va manquer après le pic, permettant une adaptation plus en douceur de nos sociétés... Mais il ne faut pas rêver, même avec les algues et le BTL, on ne remplacera, je pense, jamais plus d'un tiers de la consommation actuelle de produits pétroliers (ce serait déjà une prouesse).

[mobar]

Tout dépendra de la durée nécessaire à la mise en place de moyens de production alternatifs aux carburants fossiles.

Si les mises en service de capacités de production de carburant renouvelable sont supérieures à la baisse de débit du pétrole extrait, alors la croissance pourra continuer.

Comme les prix de l'énergie augmenteront avec les coûts de production, l'écart de développement entre ceux qui peuvent payer et les "autres" s'accroitra fatalement. Jusqu'au moment ou les surfaces disponibles amèneront les dominants à s'approprier les terres des "autres".

Au final, le chaos sera repoussé de quelques décennies ... à moins que le graal de l'énergie inépuisable et gratuite ne soit découvert avant.

[Transparence]

Transparence, est-ce que tu pourrais m'indiquer une ordre de grandeur du rendement de la conversion de l'énergie solaire en biodiesel en passant par les algues, selon la méthode greenfuel ?
Car c'est bien ça qui me fait soucis... La filière me semble avoir beaucoup d'étapes de conversion (et donc de perte de rendement) :
soleil -> biomasse -> huile -> transeterification -> biodiesel
Sans parler de la capture et de l'injection de CO2...
De plus, l'installation d'un bioréacteur me semble coûteuse...
Bon, on a l'avantage d'avoir du carburant liquide, mais au final, ne vaudrait-il pas mieux utiliser directement l'énergie solaire avec un bon vieux panneau photovoltaïque ?

Le rendement global, comme pour tout végétal, est très faible, même si ces microorganismes sont des champions. Le véritable défi est de produire le biocarburant algal un un coût compétitif avec le baril de pétrole.

Quelques calculs pour estimer le rendement théorique maximum :

- Irradiance solaire de 1340 W/m2 (TOA) - Projeté sur une terre qui tourne…
- 350 W/m2 en moyenne a la surface de la terre (variable en fonction de la latitude etc.)
- Seule une partie de spectre solaire est absorbe par les plantes (47% soit 175 watts/m2 - PAR). (les panneaux solaires CSP peuvent avoir un meilleur rendement énergie lumineuse - > chaleur - > électricité)
- Si ces 175 W/m2 sont convertis avec un système parfait en énergie chimique (molécules carbonées du pétrole), cela fait combien de tep au m2 par an ? 1 joule = 2,3 10-10 tep ; 1 wh = 3,6 kj
- 175w/m2 pendant 8760 heures = 1,5 10^6 wh = 5,4 10^9 J = environ 1 tep, soit 10 000 tep a l'hectare.
- La totalité du PAR est t-il utilise pour synthétiser des molécules ? Avec quel rendement ? rdt entre 6 et 24% (labo, condition idéale) – rdt théorique max = 27% (compte tenu du fait qu'il faut 7 électron pour fixer une molécule de C02 pour former CHO…)
- Prenons un rdt de 10%...il nous reste 10000 * 0,5 * 0,1 = 500 tep/ha
- Mais seule 50% de la biomasse est sous forme de lipide, (lipides a densité énergétique plus élevée que les sucres – 1g de lipide > 1 gramme de sucre), ce qui donne >250tep/ha
- Au niveau du bilan énergétique et financier, il faut bien entendu prendre en compte les co-produits, soit 50% de la biomasse obtenue (sucres + protéines + molécules a haute valeur ajoutée)
- 250tonnes d´huile/ha/an (presque 2 barils de 159 litres par m2). C'est le maximum que l'on peut théoriquement récupérer avec des organismes photosynthétiques (on peut utiliser l'huile pure ou sous forme de biodiesel mais alors le rendement baisse)
- Pour comparaison, avec le Jatropha, on produit 2 tonnes a l'hectare ( 0,2 litres par m2). Un champ de Jatropha ne transforme en huile que 2/10 000 soit 0,02% de l'énergie solaire incidente potentiellement utilisable par la plante…

Combien cela coute-t-il annuellement de cultiver des microalgues sur un hectare ? (produits nécessaires la croissance des microlagues, opérations de maintenance, remboursement de l'investissement de départ sur x années, etc.)
Ce que l'on peut calculer facilement ce sont les gains prévisibles par km2 : Prenons un rendement de 60 tonnes/ha/an (variable en réalité en fonction des espèces). Avec un baril a 70 dollars cela fait un gain annuel de 2,5 millions de dollars/km2 - Il faut bien sûr rajouter les revenus de la vente des coproduits : sucres fermentescibles en éthanol + protéines + molécules a haute valeur ajoutée. On arrive a 2,5 + x millions de dollars de gains annuels par km2. Avec un baril a 100 dollars, on arrive a un gain annuel encore plus élevé. Est-ce suffisant pour compenser les coût de production ? Selon GreenFuel le seuil de rentabilité est à 55 dollars (ils sont très vraissemblablement trop optimistes...) et selon le NREL 110 dollars.

NB - je précise par ailleurs il est inutile de transformer l'HVP en biodiesel. Enfin la capture du C02 est passive, ou presque : le coût est nul (et dans le cadre de Kyoto, cela rapporte de moins émettre)