BIODIESEL: HISTOIRE, PROPRIÉTÉS, TYPES, AVANTAGES, INCONVÉNIENTS - CHIMIE - 2025

Le carburant biodiesel est une origine naturelle dont on obtient la réaction d'huiles végétales ou de graisses animales avec des alcools de faible masse moléculaire. Cette réaction s'appelle la transestérification; c'est-à-dire que de nouveaux esters d'acides gras (également appelés esters monoalkyliques) sont formés à partir des triglycérides d'origine.

Dans d'autres contextes, au lieu d'utiliser le mot «transestérification», on dit que la biomasse subit une alcoolyse, car elle est traitée avec des alcools; parmi eux et majoritairement, le méthanol et l'éthanol. L'utilisation du méthanol pour produire ce biocarburant est si courante qu'elle en est presque synonyme.

Pompe biodiesel B5. Source: Pxhere.

Le biodiesel est une alternative verte à l'utilisation de carburant diesel, diesel ou pétrodiesel (soulignant encore plus que sa composition est constituée d'hydrocarbures pétroliers). Cependant, leurs propriétés et leur qualité en termes de performances dans les moteurs diesel ne diffèrent pas trop, de sorte que les deux carburants sont mélangés dans des proportions différentes.

Certains de ces mélanges peuvent être plus riches en biodiesel (B100, par exemple) ou plus riches en pétrodiesel (avec seulement 5 à 20% de biodiesel). De cette façon, la consommation de diesel se propage à mesure que le biodiesel est introduit sur le marché; non sans avoir surmonté au préalable une série de problèmes éthiques, productifs et économiques.

D'un point de vue simple, si l'huile peut être obtenue sous la forme d'un liquide capable de brûler et de générer de l'énergie pour déplacer des machines, pourquoi pas une huile d'origine naturelle? Cependant, cela seul ne suffit pas: vous devez recevoir un traitement chimique si vous voulez rivaliser ou suivre le rythme des énergies fossiles.

Lorsque ce traitement est effectué à l'hydrogène, on parle d'un raffinement de l'huile végétale ou de la graisse animale; son degré d'oxydation est faible ou ses molécules sont fragmentées. Alors que dans le biodiesel, à la place de l'hydrogène, des alcools (méthanol, éthanol, propanol, etc.) sont utilisés.

L'histoire

Réaction de transestérification

La réponse au premier problème auquel les biocarburants seraient confrontés a été découverte dans le passé. En 1853, deux scientifiques, E. Duffy et J. Patrick, ont réalisé la première transestérification d'une huile végétale, bien avant que Rudolf Diesel ne démarre son premier moteur en état de marche.

Dans ce processus de transestérification, les triglycérides d'huiles et / ou de graisses réagissent avec les alcools, principalement le méthanol et l'éthanol, pour produire des esters méthyliques et éthyliques d'acides gras, en plus du glycérol comme produit secondaire. Un catalyseur basique tel que KOH est utilisé pour accélérer la réaction.

Le point le plus important de la transestérification des graisses est que quatre-vingts ans plus tard, un scientifique belge, nommé G. Chavanne, réorienterait cette réaction pour diminuer la viscosité élevée et contre-productive des huiles végétales.

Rudolf Diesel et son moteur

Le moteur diesel est apparu en 1890, déjà à la fin du XIXe siècle, en réponse aux limitations des machines à vapeur. Il a réuni tout ce que vous vouliez d'un moteur: puissance et durabilité. Il a également fonctionné avec n'importe quel type de carburant; et à l'admiration de Rudolf lui-même et du gouvernement français, il pouvait travailler avec des huiles végétales.

Étant des triglycérides sources d'énergie, il était logique de penser que lorsqu'ils étaient brûlés, ils dégageraient de la chaleur et de l'énergie capables de générer un travail mécanique. Diesel a soutenu l'utilisation directe de ces huiles, car il s'est félicité que les agriculteurs puissent transformer leurs propres carburants dans des endroits très éloignés des champs pétrolifères.

Le premier modèle fonctionnel du moteur diesel a été un succès lors de sa présentation le 10 août 1893 à Augusta, en Allemagne. Son moteur fonctionnait à l'huile d'arachide, car Rudolf Diesel croyait fermement que les huiles végétales pouvaient rivaliser avec les combustibles fossiles; mais tout comme ils ont été traités de manière brute, sans traitements ultérieurs.

Ce même moteur fonctionnant à l'huile d'arachide a été présenté à l'Exposition Universelle de Paris en 1900. Cependant, il n'a pas attiré beaucoup d'attention car à l'époque, l'huile était une source de carburant beaucoup plus accessible et moins chère.

Pétrodiesel

Après la mort de Diesel en 1913, le diesel (diesel ou pétrodiesel) a été obtenu du raffinage du pétrole. Et donc le modèle de moteur diesel conçu pour l'huile d'arachide a dû être adapté et reconstruit pour fonctionner avec ce nouveau carburant, qui était moins visqueux que toute autre huile végétale ou de la biomasse.

C'est ainsi que le pétrodiesel a prévalu pendant plusieurs décennies comme alternative la moins chère. Il n'était tout simplement pas pratique de semer de grands hectares de masses végétales pour collecter leurs huiles, qui au final, étant si visqueuses, finissaient par poser des problèmes aux moteurs et n'égalaient pas les mêmes performances obtenues avec l'essence.

Le problème avec ce combustible fossile était qu'il augmentait la pollution de l'atmosphère et dépendait également de l'économie et de la politique des activités pétrolières. Compte tenu de l'impossibilité d'y recourir, dans certains contextes, des huiles végétales ont été utilisées pour mobiliser des véhicules lourds et des machines.

Biocarburant pendant la Seconde Guerre mondiale

Lorsque, pendant la Seconde Guerre mondiale, le pétrole a commencé à se raréfier à la suite du conflit, plusieurs pays ont jugé nécessaire de se tourner à nouveau vers les huiles végétales; mais ils ont dû faire face aux dommages de centaines de milliers de moteurs en raison de la différence de viscosité que leur conception ne pouvait tolérer (et encore moins s'ils avaient émulsionné de l'eau).

Après la guerre, les nations ont de nouveau oublié les huiles végétales et ont repris la pratique de brûler uniquement de l'essence et du pétrodiesel.

Naissance du biodiesel

Le problème de la viscosité avait été résolu à petite échelle par le scientifique belge G. Chavanne en 1937, qui obtint un brevet pour sa méthode d'obtention d'esters éthyliques d'acides gras à partir d'huile de palme traitée à l'éthanol.

On peut donc dire que le biodiesel est officiellement né en 1937; mais sa plantation et sa production de masse durent attendre 1985, effectuées dans une université agricole autrichienne.

En soumettant ces huiles végétales à une transestérification, le problème de viscosité a finalement été résolu, égalant les performances du pétrodiesel et représentant même une alternative verte au-dessus.

Propriétés

Les propriétés du biodiesel dépendent globalement de la matière première avec laquelle il a été produit. Il peut avoir des couleurs allant de l'or au brun foncé, une apparence physique qui dépend du processus de production.

De manière générale, c'est un carburant avec un bon pouvoir lubrifiant, qui réduit le bruit du moteur, allonge sa durée de vie et nécessite moins d'investissement pour la maintenance.

Son point d'inflammation est supérieur à 120 ° C, ce qui signifie que tant que la température extérieure ne dépasse pas celle-ci, il n'y a aucun risque d'incendie; Ce n'est pas le cas du diesel, qui peut brûler même à 52 ° C (très facile à réaliser pour une cigarette allumée).

En raison du manque d'hydrocarbures aromatiques tels que le benzène et le toluène, il ne représente pas de risque cancérigène en cas de déversement ou d'exposition prolongée.

De même, il n'a pas de soufre dans sa composition, il ne produit donc pas de gaz polluants SO ₂ ou SO ₃. Lorsqu'il est mélangé au diesel, il lui confère un caractère lubrifiant supérieur à ses composés soufrés naturels. En fait, le soufre est un élément indésirable, et lorsque le diesel est désulfuré, il perd la lubrification qui doit être récupérée avec du biodiesel ou d'autres additifs.

Obtention et production

Le biodiesel est obtenu à partir d'huiles végétales transestérifiées ou de graisses animales. Mais lequel de tous devrait constituer la matière première? Idéalement, celui qui génère de plus grandes quantités d'huile ou de graisse à partir d'une zone de culture plus petite; qu'en termes plus appropriés, ce serait le nombre d'hectares que vos terres agricoles occupent.

Le bon biodiesel doit provenir d'une culture (céréales, graines, fruits, etc.) qui produit de gros volumes d'huile à partir de petits champs; autrement, leurs cultures devraient couvrir des pays entiers et ne seraient pas économiquement viables.

Une fois la biomasse collectée, le pétrole doit alors être extrait par des processus infinis; parmi eux, par exemple, l'utilisation de fluides supercritiques pour transporter et dissoudre l'huile. Une fois l'huile obtenue, elle est soumise à une transestérification afin de réduire sa viscosité.

La transestérification est réalisée en mélangeant l'huile avec du méthanol et une base dans des réacteurs batch, soit sous ultrasons, fluides supercritiques, agitation mécanique, etc. Lorsque le méthanol est utilisé, des esters méthyliques d'acides gras (FAME, pour ses initiales en anglais: Fatty Acid Methyl Ester) sont obtenus.

Si, au contraire, de l'éthanol est utilisé, des esters éthyliques d'acides gras (FAEE) seront obtenus. Ce sont tous ces esters et leurs atomes d'oxygène qui caractérisent le biodiesel.

Méthanol et glycérol

Le méthanol est l'alcool principalement utilisé comme matière première dans la production de biodiesel; et le glycérol, d'autre part, est un sous-produit qui pourrait être utilisé pour soutenir d'autres processus industriels et donc rendre la production de biodiesel plus rentable.

Le glycérol provient des molécules de triglycérides d'origine, qui sont remplacées par du méthanol pour créer trois ARMM.

Types de biodiesel

Différentes huiles ou graisses ont leurs propres profils d'acides gras; par conséquent, chaque biodiesel a différents esters mono-alkyliques à la suite de la transestérification. Même ainsi, comme ces esters ne diffèrent guère dans les longueurs de leurs chaînes carbonées, les carburants résultants ne présentent pas de grandes oscillations entre leurs propriétés.

Il n'y a donc pas de classification pour le biodiesel, mais plutôt une efficacité et une rentabilité différentes selon la source d'huile ou de matière grasse choisie pour sa production. Cependant, il existe des mélanges biodiesel-pétrodiesel, car les deux carburants peuvent être mélangés et sont miscibles l'un à l'autre, apportant leurs qualités bénéfiques pour le moteur.

On dit que le biodiesel pur est du B100; ce qui équivaut à 0% de pétrodiesel dans sa composition. Ensuite, il y a d'autres mélanges:

- B20 (avec 80% de pétrodiesel).

- B5 (avec 95% de pétrodiesel).

- B2 (avec 98% de pétrodiesel).

Les voitures construites avant 1996 ne pouvaient pas utiliser le B100 dans leurs moteurs sans avoir à remplacer certains composants détériorés en raison de son action solvant. Cependant, même aujourd'hui, il existe des modèles de voitures qui n'autorisent pas de grandes concentrations de biodiesel dans leurs garanties d'usine, ils recommandent donc d'utiliser des mélanges inférieurs à B20.

avantage

Vous trouverez ci-dessous une liste des avantages du biodiesel par rapport au pétrodiesel et qui en font une alternative verte et attrayante:

- Il est obtenu à partir de la biomasse, une matière première renouvelable et souvent perdue sous forme de déchet.

- Il est biodégradable et non toxique. Par conséquent, il ne polluera pas les sols ou les mers en cas de déversement accidentel.

- Son point d'éclair élevé le rend plus sûr lors de son stockage et de son transport.

- Il ne produit pas de gaz à effet de serre car le CO ₂ libéré représente la même quantité de celui absorbé par les plantes. Grâce à cela, il est également conforme au protocole de Kyoto.

- Encourage les activités rurales pour la plantation de cultures dont l'huile végétale est extraite.

- Il peut même être produit à partir d'huile frite. Ce point le favorise grandement car le pétrole recyclé, domestique ou de restauration, au lieu d'être évacué et polluant les eaux souterraines, peut être utilisé pour produire plus de carburant vert.

- Représente un moyen de devenir indépendant à long terme du pétrole et de ses dérivés.

- Laisse moins de résidus lors de la combustion.

- Les algues bactériennes sont, en plus du soja et des graines de tournesol, une source prometteuse de biodiesel non comestible (et indésirable pour beaucoup).

Désavantages

Tout n'est pas parfait avec ce carburant. Le biodiesel a également des limites qui doivent être surmontées s'il veut remplacer le diesel pétrolier. Certaines de ces limitations ou inconvénients de son utilisation sont:

- Il a une température de solidification plus élevée, ce qui signifie qu'à basse température, il devient un gel.

- Son pouvoir solvant peut détruire le caoutchouc naturel et la mousse de polyuréthane présents dans les voitures assemblées avant 1990.

- Il est plus cher que le pétrodiesel.

- Augmente les prix des cultures et des denrées alimentaires car ils intègrent une valeur ajoutée lorsqu'ils sont utilisés comme matière première de biodiesel.

- En fonction de la biomasse, elle peut nécessiter de nombreux hectares de culture, ce qui signifierait la prise d'écosystèmes étrangers à cette fin, et affecterait donc la faune sauvage.

- Bien qu'il ne produise pas de gaz sulfureux lors de sa combustion, il libère des concentrations plus élevées d'oxydes d'azote, NO _x.

- De grandes quantités de nourriture seraient utilisées, qui, au lieu de rassasier les famines, seraient utilisées pour la production de biodiesel.

Références

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2. Pénélope. (28 décembre 2011). Biodiesel: avantages et inconvénients. Twenergy. Récupéré de: twenergy.com
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