Selon deux nouvelles études, les biocarburants deviennent une solution économique et respectueuse du climat pour réduire les émissions de carbone des voitures et des camions.
Le laboratoire national d'Argonne du département américain de l'énergie (DOE) a mené la recherche en collaboration avec le laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) du DOE, le laboratoire national du nord-ouest du Pacifique (PNNL) et le laboratoire national de l'Idaho (INL). Les résultats montrent que les biocarburants combinés à une conception de moteur avancée peuvent réduire les émissions de gaz à effet de serre d'environ 60 %, tout en améliorant le rendement énergétique ou en réduisant les émissions d'échappement.
Biocarburants ont des avantages évidents par rapport à l'essence fossile. Mais l'efficacité énergétique du moteur lui-même est également cruciale. Concevoir des carburants et des moteurs à faible émission de carbone pour qu'ils fonctionnent ensemble peut maximiser l'efficacité énergétique et les performances des véhicules.
"Nous sommes à l'intersection de nouvelles innovations dans les moteurs et les biocarburants", a déclaré Troy Hawkins, responsable du groupe carburants et produits d'Argonne. « Notre objectif est de développer de nouveaux biocarburants qui peuvent être mélangés avec des carburants conventionnels pour améliorer les performances des moteurs. Cela signifie qu'une voiture ou un camion à essence peut aller plus loin pour la même quantité de carburant. Ou une voiture diesel peut répondre à des normes d'émissions plus strictes."
Dans les deux études, les scientifiques d'Argonne ont collaboré avec d'autres laboratoires nationaux pour identifier des carburants prometteurs pour différents types de moteurs. Les chercheurs ont pris en compte le coût, l'impact environnemental et le potentiel d'expansion sur les marchés commerciaux.
La recherche a été soutenue par le programme Co-Optimization of Fuels and Engines (Co-Optima), dirigé conjointement par l'Office of Energy Efficiency and Renewable Energy du Département américain de l'énergie, l'Office of Bioenergy Technologies et l'Office of Automotive Technologies.
Argonne fait partie du consortium Co-Optimas de neuf laboratoires nationaux et de plus de 20 partenaires universitaires et industriels. Le consortium étudie comment innover simultanément dans les carburants et les moteurs pour améliorer l'économie de carburant et les performances des véhicules tout en réduisant les émissions.
Trouver des voies pour les biocarburants
Les recherches du projet Co-Optimas s'appuient sur l'objectif d'identifier et de comprendre les biocarburants. Les biocarburants sont produits à partir de la matière organique de la biomasse, y compris les plantes, les déchets agricoles et les déchets humides.
Biocarburants peut être mélangé avec des carburants conventionnels pour réduire les émissions et améliorer les performances du carburant et du moteur.
En collaboration avec les experts en carburant de Co-Optima, les chercheurs ont utilisé un processus de sélection pour développer une liste de biocarburants pour leur étude, a déclaré Benavid.
"Nous avons travaillé avec d'autres experts et utilisé des critères spécifiques pour affiner les nombreux
biocarburant candidats à une liste restreinte pour notre étude », a déclaré Benavid, « en fonction des performances souhaitées et des modèles de combustion du moteur. La conversion de la biomasse en biocarburants est un processus complexe impliquant des variables dans les matières premières, la technologie de conversion et le type de carburant. Trouver des filières de biocarburants qui répondent simultanément aux objectifs économiques, technologiques et énergétiques est particulièrement difficile. »
Benavid est co-premier auteur de l'une des études. L'équipe a évalué 12 voies de production de biocarburants pour optimiser les moteurs à combustion interne multimodes. Les moteurs à combustion interne multimodes peuvent atteindre une plus grande efficacité et des économies de coûts en utilisant différentes méthodes d'allumage, de combustion et de préparation du carburant en fonction des besoins de conduite. Les chercheurs ont utilisé des matières premières de biomasse renouvelable dérivées de sous-produits agricoles et forestiers tels que les déchets de bois et de sous-produits agricoles tels que les tiges de maïs. Les techniques de conversion qu'ils ont utilisées comprenaient la fermentation, la catalyse HPHT ou une combinaison des deux.
"Nous avons constaté que non seulement les sept biocarburants étaient compétitifs en termes de coûts de production, mais que les sept biocarburants variaient également dans les matières premières et les technologies de conversion utilisées", a déclaré Buterin. Cela signifie que les bioraffineries ont plus de flexibilité pour choisir où et comment construire leurs installations. » Des chercheurs du NREL et du PNNL ont mené une évaluation technico-économique des filières de production de biocarburants, en analysant les coûts et les performances techniques. « Nos résultats suggèrent que de nombreux biocarburants sont compétitifs avec les coûts du carburant pétrolier », a déclaré Phillips.
Les chercheurs ont également analysé les impacts environnementaux. Une analyse du cycle de vie des filières à l'aide du modèle Argonnes GREET (Greenhouse Gases, Regulated Emissions and Energy Used in Technology) montre des résultats impressionnants. Dix biocarburants ont le potentiel de réduire les émissions de gaz à effet de serre de 60 % par rapport à l'essence fossile. La liste comprend les alcools, les mélanges de furanes et les alcènes.
Perspectives des biocarburants pour les moteurs diesel
La deuxième étude a été co-écrite par Butlin. Les chercheurs ont analysé 25 voies optimisées de production de biocarburants pour améliorer la combustion dans les moteurs à allumage par compression contrôlés hybrides. Il s'agit d'un moteur diesel principalement utilisé pour le transport de marchandises. Pour développer des voies de production de biocarburants, les chercheurs ont utilisé une variété de matières premières, allant des matières végétales, telles que les copeaux de bois ou les tiges de maïs, aux huiles de soja et de papaye, aux déchets humides et à la graisse recyclée. Les technologies de conversion qu'ils utilisent comprennent la fermentation, la gazéification et la liquéfaction hydrothermale.
Damon Hartley, chef du groupe de recherche et d'analyse des opérations de l'INL, a déclaré que les diverses ressources de biomasse disponibles avaient un énorme potentiel pour remplacer certains carburants et produits chimiques dérivés du pétrole. L'un des plus grands obstacles, cependant, est la qualité variable des matières premières. Cela a un impact important sur la façon dont le matériau se comporte dans les transitions. Comme dans la première étude, la plupart des techniques ont donné de bons résultats. La plupart des biocarburants sont compétitifs par rapport aux prix actuels du gaz naturel.
En termes d'impact environnemental, selon l'analyse du cycle de vie GREET, 12 des 25 filières ont permis de réduire les émissions de gaz à effet de serre de plus de 60 %. "Nous avons évalué les émissions de gaz à effet de serre tout au long du cycle de vie pour chaque chemin de moteur hybride à allumage par compression contrôlée", a déclaré Hawkins. émissions en amont."
Créer des filières biocarburants
Les chercheurs ne prévoient pas de développer une liste définitive de biocarburants, a déclaré Benavid. Au lieu de cela, ces études fournissent des conseils aux parties prenantes pour choisir la voie des biocarburants qui répond le mieux à leurs besoins. "Nous fournissons des conseils aux chercheurs et à l'industrie pour les évaluations des biocarburants basées sur de nombreuses variables complexes", a-t-il déclaré. L'analyse du cycle de vie et l'analyse technico-économique sont importantes pour guider les parties prenantes en amont. Nous ne pouvons pas dire aux parties prenantes quels choix faire. Mais ces outils peuvent les orienter dans la bonne direction dès le départ. Alors que de nombreuses filières de biocarburants peuvent être compétitives sur le plan des coûts, il est trop tôt pour verrouiller les prix dans un marché du gaz naturel volatil.
À long terme, a déclaré Hawkins, le défi consiste à offrir des prix compétitifs. Alors que ces voies de production de biocarburants ciblent les voitures particulières et les camions diesel, les chercheurs d'Argonne étudient également leur potentiel d'utilisation dans des industries difficiles à électrifier telles que l'aviation et le maritime. L'objectif est d'introduire les biocarburants sur le marché dans une gamme d'industries aussi rapidement que possible.
"Le département américain de l'énergie (DOE) s'est efforcé de développer des solutions de décarbonation durables pour le secteur des transports", a déclaré Hawkins, les biocarburants en étant une grande partie. "Nous continuerons à développer l'important travail de Co-Optimas."
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