Nouveaux partenariats pour produire des biocarburants à partir d’algues

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Aux États-Unis, les algues sont mises en avant pour la recherche de nouvelles sources d’énergies renouvelables et écologiques. Ces recherches s’intègrent dans les axes de développement économique de l’administration d’Obama puisque, proposition est faite de diminuer d’ici 2023, les avantages fiscaux pour les producteurs d’énergie à base de ressources fossiles, de 40 milliards de dollars afin de promouvoir la production d’énergies renouvelables. Concernant les programmes de recherche pour ces énergies renouvelables, l’administration Obama envisage de débloquer 350 millions de dollars en 2013, soit 275 millions de dollars supplémentaires comparativement à l’année 2012.

Selon le Renewable Fuel Standard 2, édité par l’agence de protection de l’environnement américaine (EPA), les algues font partie de la catégorie des biocarburants dits « avancés ». Les estimations de production pour cette catégorie, en 2012, sont de 8,8 milliards de litres. Les travaux de recherche visent à l’optimisation des processus de transformation des algues afin d’obtenir un biocarburant compétitif tant sur le plan économique que sur le plan de la productivité.

Le procédé de transformation des algues
Le procédé de transformation classique des algues est le suivant dans les grandes lignes :

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Le programme Biomasse porté par le département de l’énergie américain (DOE)
Le gouvernement américain souhaite réduire ses importations de pétrole, destinées à produire des biocarburants, d’un tiers d’ici 2025. Cela s’effectuera en accélérant les travaux de recherche et de développement, en créant de nouvelles bio-raffineries avec des procédés plus performants, en favorisant les partenariats entre les départements de la défense, de l’énergie et de l’agriculture, et en établissant des collaborations internationales. Afin de répondre à ces objectifs, la mission du programme Biomasse, pilotée par le département de l’énergie américain (DOE), est de soutenir la transformation des ressources renouvelables par des procédés dotés des critères suivants : viabilité économique, biocarburant de haute performance, bioproduits associés à la production de bioénergies. Ces actions sont menées au travers de travaux de recherche et de développement, de démonstration et supportées par des partenariats publics et privés. Le programme Biomasse soutient financièrement, à l’aide de subventions et crédits notamment, ces différents projets. Les budgets attribués en 2011 par le programme Biomasse étaient de 60 millions de dollars pour la production d’éthanol cellulosique, de 38 millions de dollars pour la production d’éthanol, et de 85 millions de dollars pour la production de biocarburants autre que de l’éthanol.

Ce programme contient un volet pour les biocarburants produits à base d’algues. Ce volet comprend l’augmentation de la productivité des algues (notamment au niveau de la quantité d’huile produite), l’amélioration des systèmes d’extraction des huiles, l’optimisation de la transformation en biocarburants et la valorisation des co-produits. Au travers de ces objectifs, ce programme envisage une optimisation des procédés en terme de coûts ainsi qu’une réduction des émissions de gaz à effet de serre durant la production. Le budget pour les projets relatifs aux algues était de 9,25 millions de dollars en 2010, et le DOE fait une requête de 9,37 millions de dollars pour 2012.

Le DOE mobilise plusieurs de ses laboratoires pour la réalisation des projets relatifs aux algues tels qu’Argonne National Laboratory, Idaho National Laboratory, Lawrence Berkeley National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory. Des laboratoires universitaires sont également mobilisés : le laboratoire de biologie moléculaire des algues à l’université du Texas ou l’université d’Illinois à Urbana Champaign avec son projet Illini Algae. Des partenaires privés sont également présents sur ce secteur tels que l’entreprise Solazyme ou Solix Biofuels.

Certains de ces partenariats sont développés ci-dessous.

Une transformation en huile dès l’extraction de la biomasse
Afin d’illustrer un partenariat entre un partenaire public et un partenaire privé, le laboratoire Idaho National Laboratory du DOE a signé un accord de partenariat, en décembre dernier, avec l’entreprise OriginOil, basée en Californie, dans le but de développer un système intégré de conversion direct des algues en huile brute destinée à la fabrication des biocarburants.

Huile algale vierge, photo Sapphire Energy

Ce projet, nommé Biocrude System, a pour objectif de répondre à la demande du département américain de la défense qui souhaite diversifier son portefeuille de ressources en biocarburant.

L’entreprise OriginOil a développé un système de récolte des algues efficace et performant basé sur la diffusion d’un champ électromagnétique au travers des algues matures, c’est-à-dire en phase de fin de croissance. Ce système sépare efficacement les différentes parties des algues (la biomasse, l’eau et les lipides) afin de les utiliser dans différents procédés. Le système n’utilise pas de produits chimiques, consomme peu d’énergie et fonctionne en continu avec un flux à haut débit. Maintenant que ce système est établi et a montré ses performances, la prochaine étape relève d’un travail collaboratif entre les partenaires pour convertir les corps gras extraits des algues en huile directement sur le site de récolte pour une mise immédiate, sur le marché des biocarburants.

De nouveaux centres de transformation plus performants
D’autres types de projets concernent, quant-à-eux, la mise en place de centres de production intégrés capables de transformer efficacement les algues en huile pour la production de biocarburants. C’est à l’université de l’Illinois que ce projet de nouveau centre est né avec pour objectif de créer des structures permettant d’obtenir des huiles économiquement viables tout en restant dans une dimension de développement durable.

Le projet étudie le procédé suivant :

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Le fumier de porc, récolté dans les fermes, est une ressource à faible coût. Après un passage dans un réacteur de liquéfaction hydrothermale (HTL), qui convertit des composés organiques en un mélange hydrocarboné à une température et une pression élevées, ce fumier est transformé en eau de déchet et en huile brute. L’eau de déchet, riche en nutriments tels que l’azote ou le phosphore, va favoriser et donc accélérer la croissance des algues afin qu’elles arrivent à maturité. Arrivées à ce stade, les algues passeront elles aussi dans le HTL afin d’être transformées, par liquéfaction de la biomasse, en huile brute qui sera convertie en biocarburant.

Ce projet est mené par Lance Schideman et Yuanhui Zhang, professeurs au département agriculture et biologie de l’Université d’Urbana-Champaign. Il est subventionné par le centre technologique de développement durable de l’Illinois et l’Université d’Urbana-Champaign.

Partenariat international pour comprendre le fonctionnement cellulaire des algues
Une collaboration entre l’université de Californie-Davis, et l’université de Tokyo nous montrent que les acteurs se mobilisent également au niveau international, dans des stades de développement non encore compétitifs, pour promouvoir les ressources en biocarburant. Cette collaboration a pour but d’identifier et de comprendre la physiologie cellulaire des algues et la communication entre les cellules, ainsi que leur métabolisme, afin d’optimiser leur utilisation pour produire du biocarburant. Ce projet collaboratif est financé par la fondation nationale de la science américaine (NSF) et l’agence scientifique et technologique du Japon pour un total de 1,5 millions de dollars sur trois ans.

Avec la diversité des types d’algues (algues rouges, algues vertes, microalgues) et leurs caractéristiques (unicellulaire, autotrophes), les projets et les questions relatives à la transformation des algues en biocarburants sont encore nombreux (amélioration des méthodes de culture et de récolte, optimisation du procédé de transformation, …). Les recherches avancent mais la mise en place de procédés de culture et de procédés de transformation qui soient optimisés ne sont pas envisagés dans un avenir proche.

Pour en savoir plus (en anglais) :

Origine : BE Etats-Unis numéro 278 (17/02/2012) – Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/69162.htm