Biodiesel - Définition

Introduction

Le biodiesel, ou biogazole est une alternative au carburant pour moteur diesel classique : gazole ou pétrodiesel. Le biodiesel peut être utilisé seul dans les moteurs (B100) ou mélangé avec du pétrodiesel (B20, B5, B2, etc). Ce biocarburant est obtenu à partir d'huile végétale ou animale, transformée par un procédé chimique appelé transestérification faisant réagir cette huile avec un alcool (méthanol ou éthanol), afin d'obtenir du EMHV ou du EEHV (suivant l’alcool utilisé).

En France, on parle aussi de Diester. Le diester, mot-valise formé par la contraction de diesel et ester, est une marque déposée par Sofiproteol. C’est aussi un terme devenu commun pour désigner en France, les esters méthyliques d’huiles végétales (EMHV), le biodiesel en Europe et en Amérique du Nord.

Procédé de fabrication

Huiles utilisées

Champ de Colza.

En principe, toutes les huiles peuvent être utilisées, cependant, certaines sont privilégiées à d'autres. Ainsi, en France, les producteurs utilisent plus souvent de l'huile de colza, tandis qu'aux États-Unis, les fabricants préfèrent le soja et dans une moindre mesure le canola. Les États-Unis sont par ailleurs les plus gros producteurs de soja devant le Brésil. L'huile est obtenue par simple pression à froid des graines. Mais c'est peut-être à partir d'algues que les huiles pourront être produites avec le meilleur rendement, rendant ainsi envisageable une production de biodiesel à grande échelle.

Transestérification par le méthanol

Équation chimique de la réaction de transestérification :

1 mol de trilinoléate de glycéryle + 3 mol de méthanol → 1 mol de glycérol + 3 mol d'E.M.H.V

Une trans-estérification est la réaction d'un ester sur un alcool pour donner un autre ester. En ce qui nous concerne, c'est la trans-estérification de trilinoléate de glycéryle (huile de colza) par le méthanol (CHOH) et l’on obtient de l’ester méthylique d'huile végétale (EMHV) et du glycérol (CHO). La trans-estérification est une réaction chimique qui est à l'origine du diester. Les molécules plus petites du biodiesel ainsi obtenues peuvent alors être utilisées comme carburant dans les moteurs à allumage par compression (moteur diesel).

Pour augmenter la vitesse de réaction, il faut chauffer le liquide vers 50 °C et ajouter une base comme catalyseur. La base peut être, par exemple, de l'hydroxyde de sodium. Pour un meilleur rendement énergétique global, on peut aussi choisir de laisser simplement réagir sans chauffer, la réaction prenant alors quelques heures. Il faut approximativement 100 kg de méthanol pour transestérifier une tonne d'huile végétale (ester d'acides gras et de glycérol) de colza en présence d'un catalyseur alcalin. On obtient alors une tonne de diester (ester d'acides gras et de méthanol) et 100 kg de glycérine réutilisable dans l'industrie chimique ou alimentaire.

La vitesse de la réaction chimique peut être améliorée par ultrasonification augmentant ainsi le rendement de la transestérification des huiles végétales et des graisses animales en biodiesel. Ceci permet de changer la production de batch à débit continu et de réduire le coût d’investissement et d’opération.

En résumé, la transésterification des huiles végétales en ester méthylique consiste également à supprimer la molécule de glycérine présente naturellement dans les huiles. Or, lorsque la glycérine subit une combustion (ce qui pourrait se produire dans un moteur diesel), elle libère de l'acroléine qui est une molécule hautement cancérigène. La transestérification rend donc l'huile compatible avec une combustion de qualité dans les moteurs diesel.

Hydrogénation

Industrie « Neste » de biocarburant, en Finlande.

Le procédé d'hydrogénation, breveté par la société finlandaise « Neste Oil », consiste à transformer les triglycérides de l'huile végétale en leurs alcanes correspondants. Comme dans le procédé traditionnel, il s'agit d'une réaction catalytique, mais cette fois-ci l'huile est mise en présence d'hydrogène au lieu de méthanol. Les avantages de cette technologie par rapport à la précédente sont multiples. La co-production de glycérine, pour laquelle il n'existe pas toujours de débouché local, est évitée. L'hydrogénation permet par ailleurs d'ôter tous les atomes d'oxygène. En effet, l'absence de molécules oxygénées rend le produit final plus stable. Enfin, les produits de la réaction sont essentiellement des alcanes, ce qui permet d'obtenir des indices de cétane élevés, proches d'un gazole idéal.

Par certains aspects, le biodiesel obtenu est supérieur au gazole de source pétrolière: point de trouble plus élevé, émissions nocives plus faibles. Ce procédé sera déployé à grande échelle dès 2010 dans une usine à Singapour, qui transformera de l'huile de palme. Il s'agira alors de la plus grosse usine de biocarburants au monde (800 000 tonnes par an).

Performances comparées

Par rapport au biodiesel, les huiles végétales possèdent une viscosité plus importante (jusqu'à 10 fois plus), une indice de cétane plus faible, et une température de solidification plus élevée. La viscosité du pétrodiesel est plus basse, jusqu'à deux fois moins, et le pétrodiesel est moins corrosif que le biodiesel. Le biodiesel pur dégrade le caoutchouc naturel et pour cette raison, il convient de vérifier la nature des joints si l'on veut utiliser du biodiesel pur.