Production de biodiesel aux É.U.

Vision cultures
Production de biodiesel aux É.U.
par Steve Butzen, directeur de l’information agronomique
Sommaire
• Le biodiesel est un carburant renouvelable produit au
pays pour les moteurs diesel à partir d’huile et de gras
naturels. Le biodiesel offre des avantages en matière
d’économie, d’environnement, de qualité du carburant et
de sécurité énergétique par rapport au diesel pétrolier.
• L’huile de soja est de loin le produit de départ le plus
commun pour la production de biodiesel aux États-Unis.
Parmi les autres sources, on compte l’huile de canola,
l’huile de maïs et les huiles et gras de cuisson usés.
• Les huiles naturelles sont converties en biodiesel par un
procédé de raffinage appelé transestérification.
• Pioneer travaille de concert avec les transformateurs de
biodiesel pour explorer les possibilités de produits de
soja qui offriraient des teneurs plus élevées en huile.
Pioneer a attribué la désignation IndustrySelect® High
Oil à ses cultivars les plus riches en huile.
• Le soja exige aussi un potentiel de rendements élevés
pour maximiser la récolte d’huile par hectare. Les
caractères défensifs sont tout aussi importants pour
protéger contre les vols de rendements des insectes et
ravageurs.
• Ce numéro ce Vision cultures décrit la production du
biodiesel aux États-Unis, y compris les méthodes de
production utilisées, et les efforts de Pioneer pour
soutenir cette industrie en croissance.
L’industrie du biodiesel est en croissance rapide aux ÉU.
(Figure 1) et on s’attend à ce que cette croissance se
poursuive au cours de la prochaine décennie. La production
actuelle de biodiesel est d’environ 350 millions de gallons
par année et on s’attend à ce qu’elle double au cours des 18
prochains mois. En fait, il y a actuellement plus d’usines en
construction ou pré-construction qu’il n’y en a en
exploitation. (Figures 2 et 3). Si la capacité atteint
éventuellement le milliard de gallons, cela représenterait
près de 2 % de la consommation totale de diesel aux ÉU,
qui approche 55 milliards de gallons. Autrement dit, avec la
croissance actuelle de l’industrie, on pourrait bientôt
produire suffisamment de diesel pour mélanger en B2 tout
le diesel présentement consommé aux ÉU.
100
Croissance du biodiesel au ÉU (MM de gallons)
80
60
40
20
0
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
Figure 1. Production de biodiesel au ÉU (millions de gal.)1
Introduction
Le biodiesel est un carburant renouvelable produit au pays
pour les moteurs diesel à partir d’huiles végétales et de gras
animal, y compris les huiles et gras usés. Le soja est la
principale huile végétale produite aux États-Unis et
l’ingrédient le plus utilisé en production de biodiesel. Le
biodiesel n’est pas de l’huile végétale brute. Il est plutôt
produit par un processus chimique qui élimine la glycérine
et convertit l’huile en esters méthyliques.
On peut utiliser le biodiesel en toute avec le diesel pétrolier
avec aucune ou peu de modifications aux moteurs diesel
existants.
Ces mélanges de carburants portent la
désignation B pour biodiesel et un chiffre indiquant le
pourcentage de biodiesel dans le mélange, par exemple, B2
(2 %), B5 (5 %) ou B20 (20 %).
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Production de biodiesel
Usines– ÉU – 2006
Figure 2. Usines de production de biodiesel aux ÉU 2006.1
1
®Marque déposée de Pioneer Hi-Bred International, Inc. ©2006, PHII
En construction
Expansion d’usine
Pré -construction
contient ni soufre, ni aromatiques, et l’utilisation de
biodiesel dans une moteur diesel conventionnel apporte une
réduction sensible des hydrocarbures non-brûlés. Une étude
du département de l’énergie des ÉU a démontré que la
production et l’utilisation de biodiesel apportaient une
réduction de 78,5 % des émissions de dioxyde de carbone
et de particules par rapport au diesel pétrolier. Cette
réduction de « gaz d’effet de serre » peut aider à aider à
prévenir le réchauffement de la planète et ses conséquences
environnementales.
40
4
24
Figure 3. Usine de production de biodiesel en construction ou
planifiées aux ÉU en 2006. 1
Sous sa forme pure (B100), le biodiesel est biodégradable
et non-toxique. En remplaçant le diesel marin pétrolier, on
pourrait contribuer à prévenir les dommages aux
environnements marins comme les rivières et les océans.
Avantages du biodiesel
Le processus de production biodiesel
Le biodiesel offre des avantages en matière d’économie,
d’environnement, de qualité du carburant et de sécurité
énergétique par rapport au diesel pétrolier :
Le biodiesel est produit à partir d’un procédé de raffinage
relativement simple appelé transestérification. Des trois
méthodes de transestérification des huiles, la réaction à
catalyseurs basiques est la plus économique et la plus
utilisée aujourd’hui. Parmi ses avantages, on compte :
Avantages économiques – Selon ses partisans, une
utilisation accrue des biocarburants renouvelables apporte
des avantages microéconomiques importants aux secteurs
ruraux comme urbains, de même que la balance
économique. La demande accrue de soja devrait aider à
stabiliser les prix du soja reçus par les producteurs (un
boisseau de soja donne environ 1,5 gallon de biodiesel.)
Avantages de sécurité énergétique – Le biodiesel est une
source de carburant renouvelable, produite au pays. Il peut
être fabriqué avec les technologies existantes et utilisées
dans les moteurs diesel conventionnels. C’est pourquoi il
offre une occasion immédiate de commencer à réduire notre
dépendance sur le pétrole étranger.
De plus, le biodiesel possède un bilan énergétique positif.
Pour chaque unité d’énergie utilisée pour produire un
gallon de biodiesel, on gagne 3,24 unités d’énergie.
Avantage de qualité de carburant – Le biodiesel offre
des caractéristiques positives en matière de performance
comme une cote plus haute en cétane, un bon pouvoir de
lubrification et une haute teneur en oxygène. Ses propriétés
de lubrification ont prouvé augmenter la longévité et la
propreté des moteurs diesel.
Les propriétés à basse température des mélanges biodiesel
2 % ou 5 % (B2 ou B5) sont à peu près identiques à celles
du diesel no. 2. Cependant, comme le diesel no. 2 les
mélanges biodiesel peuvent connaître des problèmes de
débit à froid, particulièrement les mélanges supérieur à
20 %. Les mêmes additifs utilisés pour réduire le point de
figeage du diesel no. 2 ou du diesel no. 1 peuvent avoir le
même effet.
• Transformation à basse température (~100 F) et basse
pression (20 psi).
• Conversion directe à ester méthylique.
• Conversion presque complète (98 %) de l’huile en
biodiesel avec un temps minimum de réaction et de
réactions secondaires.
• Construction simple des usines avec des équipements
conventionnels.
Le général processus général de production du biodiesel est
illustré à la Figure 4. L’huile ou le gras sont démucilaginés
et placés ensuite en réaction avec un alcool comme le
méthanol en présence d’un catalyseur pour produire de la
glycérine et des esters méthyliques (biodiesel). Le méthanol
est fourni en excès pour accélérer la conversion et la partie
inutilisée et réutilisée. Le catalyseur est le plus souvent
l’hydroxyde de sodium ou de potassium qui a déjà été
mélangé avec le méthanol. L’expertise technique s’accroît
avec la croissance de l’industrie. De nombreux producteurs
raffinent le procédé pour améliorer l’efficacité, y compris
une étape de pré-transformation en plus de la
démucilagination.
Avantages environnementaux – Le biodiesel brûle de
façon plus propre que le diesel pétrolier. Le biodiesel ne
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®Marque déposée de Pioneer Hi-Bred International, Inc. ©2006, PHII
Catalyseur
Mélange
Catalyseur
Purification
Méthanol
Récupération
méthanol
Méthanol
recyclé
Transestérification
Huile végétale,
Gras animal
(Nouveau ou usés)
Acide
neutralisant
À mesure que croît l’industrie du biodiesel, l’utilisation
d’huiles végétales comme carburant concurrencera
directement son utilisation alimentaire plus chère. Cela
augmentera le prix des huiles végétales et pourrait
influencer les superficies en oléagineuses. Alors qu’on
s’attend à ce que les superficies de canola augmentent, la
demande de soja a traditionnellement été dirigée par le
marché du tourteau plutôt que le marché de l’huile, ce qui
rend plus incertains les changements de superficies.
Contrôle
qualité
Neutralisation
Glycérine
pharma ceutique
Phase
séparation
(Biodiesel)
Reneutralisation
Purification
glycérine
Ester
méthylique
Biodiesel
brut
Au choix
Récupération
Table 1. Rendements d’huile et de biodiesel du soja et du
canola.
méthanol
Glycérine
brute
Soja
Canola
Rendements par
hectare
45 bu
1600 lb
Figure 4. Diagramme général du processus d’estérification à
catalyseurs basiques pour produire d’esters méthyliques
(biodiesel) à partir d’huiles naturelles.
Teneur en huile
~18 %
~44 %
Lb d’huile / acre
~500
~700
Gallons biodiesel
par acre
66
92
~20 000
~14 000
Produits de départ du biodiesel
Les produits de départ pour la production de biodiesel
comprennent l’huile végétale de soja, canola, palme, maïs,
tournesol et cotton. Les autres gras et huiles comme le
saindoux, le gras de porc, de poulet et l’huile de cuisson
recyclée sont aussi utilisés comme produits de départs mais
on ne s’attend pas à ce qu’ils croissent au même rythme que
les huiles végétales.
Des produits de départs de haute qualité doivent avoir des
teneurs minimales en acides gras libres, phosphore et
humidité dans l’huile. Pour cette raison, les gras animaux et
l’huile de cuisson recyclée à haute teneur en acides gras
libres doivent être démucilaginés et purifiées avant de mis
en réaction.
Récoltes pour la production de biodiesel
Le soja est de loin la principale source de production
d’huile végétale aux ÉU et de même la production de
biodiesel. En fait, près de 90 % du biodiesel produit aux
ÉU est fait à partir d’huile de soja. Certains experts
estiment que si l’industrie du biodiesel maintient sa
tendance actuelle, plus de 10 % de l’huile de soja des ÉU
pourrait être utilisée à la production du biodiesel d’ici
quelques années. Le canola est une autre récolte
oléagineuse qui peut être utilisée pour la production de
biodiesel dans le nord des ÉU.
Bien que le maïs grain ait une teneur en huile relativement
faible (moins de 5 %), le gigantesque volume de maïs
utilisé dans la production d’éthanol fait du maïs une source
potentielle importante pour l’huile à biodiesel. De nouvelles
techniques de productions peuvent extraire de la drêche de
distillerie, un sous-produit de la production d’éthanol. Cette
huile n’est normalement pas comestible mais est acceptable
pour la production de biodiesel.
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Acres par million de
gallons de biodiesel
7.6 lb d’huile sont requise pour produire 1 gallon de biodiesel.
Efforts de Pioneer Hi-Bred en biodiesel
Pioneer est un grand supporteur des carburants à base de
biodiesel pour ajouter aux revenus des producteurs et
réduire la dépendance envers les sources d’énergie
importées. Pioneer travaille avec diligence à développer des
produits de semences qui améliorent le potentiel de
croissance de croissance de ce marché en émergence pour
le grain et les oléagineuses. Dans le cas du biodiesel, cet
effort est principalement dirigé sur la teneur en huile, qui
est le principal facteur de valeur pour la production de
biodiesel. Pour cette raison, Pioneer a caractérisé la teneur
en huile de tous ses produits de soja et de canola de sa
gamme de produits. Cela peut aider à la sélection de
semences pour les producteurs qui ont la possibilité de
commercialiser leur récolte à un fabricant de biodiesel.
Image 4. Le soja et le canola mènent toutes les cultures
Soja
en Amérique du Nord en matière de production d’huile
végétales et de biodiesel.
3
®Marque déposée de Pioneer Hi-Bred International, Inc. ©2006, PHII
Soja
Canola
Le tourteau de soja est un supplément protéique utilisé dans
les rations animales. Il est, plutôt que la teneur en huile,
traditionnellement à la base de la production de soja.
Cependant, la demande accrue d’huile de soja pourrait en
augmenter le prix et son importance par rapport au
tourteau. À l’échelle régionale, si les producteurs de
biodiesel peuvent structurer des primes pour le soja en se
basant sur la teneur en huile, le soja à haute teneur en huile
pourraient être recherché des producteurs qui ont la
possibilité de commercialiser à une usine de biodiesel.
Le canola offre des caractéristiques uniques pour produire
du biodiesel de qualité :
Recherche et développement du soja chez Pioneer
Pioneer caractérise ses cultivars de soja pour la teneur en
huile. Les différences génétiques pour ce caractère, quoique
présentement petites rendent possible la sélection de soja à
plus haute teneur en huile. Une petite augmentation de la
teneur en huile pourrait se traduire par d’importantes
économies pour les usines fabricant des millions de gallons
de biodiesel, le produit végétal de départ comptant pour
environ 80 % du coût de production du biodiesel. Pioneer
travaille avec les fabricant de biodiesel pour explorer les
possibilités de produits de soja qui offriraient de meilleures
teneurs en huile.
En plus de la haute teneur en huile, le soja doit avoir un
potentiel de rendements élevés pour maximiser les
rendements d’huile par hectare. Les caractères défensifs
sont aussi importants pour se protéger des voleurs de
rendements que sont les ravageurs et les maladies. Les
semencières et les producteurs doivent considérer les
caractères de potentiel de rendements et de résistance aux
maladies avec autant de précaution que la teneur en huile
lorsqu’ils sélectionnent les cultivars de soja destinés à la
production de biodiesel
• Haute teneur en huile
• Faible teneur en gras saturés
• Faible teneur en iode = huile stable
Depuis le début des années 90m la teneur moyenne en huile
du canola a augmenté de façon importante. La récolte 2005
a dépassé 44 % et certains cultivars de canola ont atteint
50 % d’huile dans certaines conditions environnementales.
Une plus haute teneur une huile se traduit par plus d’huile à
l’hectare, qui donne plus de produit de base pour la
production de biodiesel et moins de sous-produit par
rapport aux autres oléagineuses. Les producteurs de
biodiesel atteignent une meilleure efficience à partir du
canola.
Recherche et développement du canola chez Pioneer
Les chercheurs sur le canola chez Pioneer concentrent leurs
efforts à développer des produits stables, à haute
performance pour le marché. Un critère important de
sélection est la quantité et la qualité de l’huile.
Pioneer caractérise tous ses produits de canola pour la
teneur et la qualité de l’huile et fait progresser les produits
qui livrent, non seulement le plus grand potentiel de
rendements récoltables mais aussi une plus haute teneur en
huile. Plusieurs produits de canola de Pioneer dépasse la
teneur en huile des témoins de l’industrie dans les essais
d’homologation canadiens.
1
Graphique et cartes courtoisie de National Biodiesel
Board. Site Web : http://www.biodiesel.org/
Cultivars de soja à haute teneur en huile et/ou haute
teneur en protéine Pioneer IndustrieSélect®
Les cultivars de soja Pioneer avec des données de
caractérisation2 qui indiquent des teneurs en huile d’au
moins 19 % (à 13 % d’humidité du grain) et/ou teneur en
protéine d’au moins 35 % (à 13 % d’humidité du grain) ont
été désignés Cultivars de soja à haute teneur en huile et/ou
haute teneur en protéine Pioneer IndustrieSélect®. On peut
identifier ces cultivars sur le site Web de Pioneer en suivant
le lien suivant :
Les cultivars de soja de marque Pioneer® sont caractérisés
pour leur teneur en huile et en protéine à l’aide
d’instrument de proche infrarouge (PIR) à partir
d’étalonnage de la Federal Grain Inspection Service
(FGIS).
http://www.pioneer.com/media/industryselect/about_indust
ryselect/high_oil_soybeans.pdf
Canadian Renewable Fuels Association – Biodiesel
http://www.greenfuels.org/biodiesel/index.htm
Il est important de noter que les conditions météo et
environnementales peuvent influencer la teneur en protéine
et en huile d’un endroit et d’une année à l’autre. Les
valeurs des données futures d’huile et de protéine peuvent
varier à cause de ces facteurs.
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2
Sites Web d’information sur le biodiesel
National Biodiesel Board. http://www.biodiesel.org/
Biodiesel Use in Engines. North Dakota State University.
http://www.ext.nodak.edu/extpubs/ageng/machine/ae1305w.htm
Soy Biodiesel. Iowa State University
http://extension.agron.iastate.edu/soybean/uses_biodiesel.html
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®Marque déposée de Pioneer Hi-Bred International, Inc. ©2006, PHII