Biocarburants Contexte et perspectives Compatibilité avec les technologies moteurs

1. BiocarburantsContexte et perspectivesCompatibilité avec les technologies moteurs Dr. Xavier Montagne IFP

2. Les biocarburants : depuis quand? Filière essence : l’éthanol 1902: proposition d ’utilisation d’éthanol dans les moteurs (betteraves) pour valoriser les excédents agricoles et se placer dans un contexte de pénurie, mais ........ problème de coût. 1920 - 1950 : utilisation significative de l’éthanol : gasohol, Super Triazur ............... puis l'oubli Filière gazole : huiles végétales 1912 : Rudolf Diesel 1920 : utilisation d’huile de palme en Afrique 1945 : 1ere expérience de méthanolyse

3. Les biocarburants : quel spectre aujourd'hui ? Les principales options possibles • Les biocarburants liquides • Éthanol / ETBE • Huile végétale Directe (HVD ou HVP) • Biodiesel : Esters d'acides gras • NexBtL (biogazole de synthèse) • BtL • Autres produits (DES, bio méthanol, ....) Les biocarburants gazeux • Biogaz • DME, • H2

4. Biocarburants : quel mode d'utilisation Interchangeabilité et applications dédiées Dans la limite des spécifications CE : E5, B5 (B10, E10) • Applications spécifiques : • B30, • FFV – E85 • Moteurs dédiés

5. Les enjeux du secteur des transports Contexte énergétique • Réduire la dépendance énergétique vis à vis du pétrole • Réduire la pollution globale : gaz à effet de serre (CO2, etc) • Réduire la pollution locale due à l’automobile : CO, HC, NOx, fines particules, O3 … Dans des conditions économiques acceptables… Les biocarburants, une solution répondant à ces enjeux

6. Le cas européen (1) • Objectifs de l'UE • Réduire la dépendance énergétique • Favoriser le développement des énergies renouvelables et lutter contre les changements climatiques • Forte diésélisation • Directives Biocarburants adoptées en 2003 : • Une directive "Fiscale" : permet aux membres d'appliquer un taux d'accise réduit • Directive "Promotion" : fixer pour les membres des objectifs d'incorporation (2003/30/CE) • 2010 : 5,75% du pool carburants ex biomasse, en contenu énergétique,

7. La diésélisation des immatriculations Exemples de développement : l'Europe

8. Le cas européen et français • Le cas français : un objectif plus ambitieux • atteindre 5,75% en contenu énergétique dès 2008 • atteindre 7% en contenue énergétique en 2010 et...... 10% en 2015

9. Biocarburants : les filières d'aujourd'hui

10. Perspectives et hydrotraitement de matières premières de types HV, HA NexBtL EMHA,EEHV,EMHV Ethanol/ETBE

11. La filière éthanol (moteur AC) • Bonne aptitude au mélange avec l’essence - Europe : E5 aujourd'hui - États-Unis : E10 - Brésil : ~E25 - Brésil, États-Unis, (Europe) : E85+ • Très bon indice d’octane : moins de risques de cliquetis et potentiel d'optimisation fort • Combustion avec un impact positif sur l’environnement (local et global) en comparaison avec la combustion de l’essence - HC, CO : - 5% à - 10% - Gain sur les émissions de CO2

12. La filière éthanol (moteur AC) • Accroissement des émissions par évaporation (en mélange à 5% : risque d'accroître jusqu'à 50% les HC évaporés, - impact potentiel sur la pollution à l’ozone • Incorporer l’éthanol à une essence à volatilité réduite • Faible contenu énergétique : 1/3 de moins que les carburants pétroliers • Émissions d'aldéhydes accrues • A de faibles teneurs en éthanol et en présence de trace d’eau, risque de séparation des phases • A de fortes teneurs en éthanol, nécessité d’adapter le véhicule

13. La filière éthanol (application moteur AC) • Transformer l’éthanol en ETBE • L’ETBE permet de gommer les principaux inconvénients de l’éthanol en mélange : • - évaporation • - amélioration des problèmes de séparations de phases • tout en maintenant les caractéristiques d'indices d'octane • - RON : 115 - 120 • - MON : 95 - 100 • Mais… disponibilité en isobutène limitée en raffinerie et bilan CO2 • moins favorable

14. La filière éthanol : moteur AC Éthanol : Utilisation à fort taux d ’incorporation Pur ou E85  cas des FFV (Fueled Flexible Vehicles)  Adaptation/ Optimisation du couple moteur/véhicule • système d ’injection, quantité injectée, régulation de richesse • avance à l'allumage • démarrage à froid • matériaux : métalliques et polymères • (taux de compression : accroissement de l'intérêt éthanol)

15. Modifications for a E85 vehicle

16. ... mais quid de la filière éthanol en application au moteur diesel? • Éthanol en mélange dans le gazole : • miscibilité très faible, flash point, eau, pouvoir lubrifiant,.. • Éthanol sous forme d'émulsion ou "à fort taux d'incorporation" (avec cosolvant : eDiesel) • Éthanol pur avec forte additivation "procétane" Optimisation système injection / Moteur : système d ’injection, quantité injectée, avance, matériaux, réservoir, lubrifiant • Transformation éthanol en hydrocarbures

17. La filière HVD La filière huile végétale directe est difficile à mettre en oeuvre directement pour les moteurs diesel sauf pour certains moteurs « rustiques » Viscosité des huiles trop élevée Caractéristiques d'initiation de la combustion :Indice de cétane Caractéristiques de distillation inadaptées Caractéristiques à froid inacceptables La solution : transformer les huiles végétales en Biodiesel Europe : colza, tournesol

18. La filière Biodiesel • Bonne aptitude au mélange avec le gazole • - Europe : B5 distribué de façon banalisée • France : B30 utilisé sur des flottes captives • Allemagne : B100 • Effet de substitution positif - absence de soufre et de composés aromatiques - pouvoir lubrifiant • Impact positif de la combustion sur l’environnement (local et global) en comparaison avec la combustion de gazole - diminution des émissions d’HC et de particules - bilan CO2 favorable

19. Incidences de l’utilisation de Biodiesel sur le comportement des moteurs diesel • Injection et combustion peu modifiées • Action bénéfique sur les rejets de particules, d'HC, de HAP • Impact légèrement négatif ou nul sur les NOx • Bilan CO2 • Effets de substitution (soufre, aromatiques) • Points satisfaisants : • amélioration du pouvoir lubrifiant (gazoles désulfurés) • comportement en endurance • lubrification ( dilution) • Points à surveiller : • stabilité au stockage (présence de liaisons oléfiniques) • formation de vernis • comportement à très basse température

20. Biofuel for diesel pathway (5) • NexBtL, BtL : • very clean fuel with • very high cetane number, • sulfur and aromatic compounds free • low level of soot • use as a high value basis in blends or as a neet fuel for dedicated engines SAE 2005-01-3771

21. Les biocarburants liquides Impacts positifs sur les émissions de CO2 WtW Type de biocarburants Applications

22. Le cas européen (2) • Directives Biocarburants adoptées en 2003 : • Révision de la directive en 2006 • rendre la directive obligatoire et non plus incitative • étendre la notion de Biodiesel • élargir le spectre des matières premières : autres HV, HA • étendre aux esters éthyliques • biodiesel de synthèse • Spécification des biocarburants • Biodiesel : EN14214 à réviser • Éthanol : EN15376 à paraître

23. Le cas européen et français • Le cas français : un objectif plus ambitieux • atteindre 5,75% en contenu énergétique dès 2008 • atteindre 7% en contenue énergétique en 2010 et...... 10% en 2015 • Il faudra donc réviser les spécifications des carburants • EN228 : E5 E10 • EN590 : B5 B10

24. IMPACT OF BIOFUELS ON GREEN HOUSE GAS EMISSIONS - 75% - 90% CO2 emissions (g/MJ) with pure products NextBtL : -75% G CO2/MJ FAE : -70% Source : Ademe/Direm 2002 - IFP

25. Automotive alternative fuels roadmap Increasing Risk hydrogen 3rd stage BtL CTL with CO2 seq. autres produits : DES,... 2nd stage ded. CNG Ethanol ex-wood, hydrotreated bio-oil GTL R and D, real life validation 1st stage CNG, bio-diesel and ethanol 2000 2010 2020 2030 Year