Gregoire's CleanTech Blog

Deux voies de production pour les biocarburants du futur

Les biocarburants dits de deuxième génération seront obtenus à partir de produits ligneux, comme des résidus forestiers ou des pailles ou encore de cultures dédiées comme des taillis à croissance rapide.

Deux voies sont possibles pour transformer la biomasse en biocarburants': la voie thermochimique pour obtenir des hydrocarbures de synthèse (on parle de BtL, ou biomass to liquid) et la voie biochimique qui aboutit à l’éthanol.

Dans cette voie, la biomasse subit une hydrolyse enzymatique qui transforme les produits ligneux en sucres plus simples qui sont ensuite fermentés pour donner de l’éthanol. Cette deuxième phase du processus est commune avec le process actuel d’obtention de bio-éthanol. Les travaux de l’Institut français du pétrole, en collaboration avec l’Inra et le CNRS, portent notamment sur la sélection des enzymes capables de «'couper'» les sucres complexes que sont la cellulose et les hémicelluloses du bois, de la paille ou des tiges de maïs en sucres fermentescibles. Cette voie est loin d’être opérationnelle.

La voie thermochimique, qui intéresse les pétroliers, est beaucoup plus lourde et se rapproche de la pétrochimie par les procédés et les équipements nécessaires. Dans une première étape de traitement à haute température, la biomasse est transformée en gaz de synthèse. Ensuite, ce gaz purifié est transformé en gazole suivant le procèdé Fischer-Tropsch que l’IFP a développé pour la filière gaz (GtL ou en anglais Gas to Liquid). Les hydrocarbures de synthèse obtenus sont d’excellente qualité, sans soufre ni composé aromatique, et donc parfaitement adapté aux moteurs diesel.

Des unités de GtL fonctionnent sur certains champs de pétrole pour utiliser les gaz précédemment brûlés, mais il n’existe actuellement que des unités pilotes de BtL. Total envisage de construire une telle unité alimentée par des graisses animales à Dunkerque.

Des champignons pour produire du bioéthanol

Une méthode biologique de dégradation de bois a été développée par un groupe de chercheurs, universitaires et industriels, dans le but de produire du bioéthanol.

Le bois est constitué principalement de lignine et de cellulose. Pour produire du bioéthanol à partir de bois, il faut tout d'abord séparer la cellulose, riche en glucose, de la lignine afin d'en extraire le sucre et le fermenter.

Les procédés actuels de dégradation consistent à broyer mécaniquement les débris de bois, ce qui est très coûteux en énergie. La méthode biologique exploite la propriété lignivore de la pourriture blanche, espèce fongique issue de nombreuses variétés autochtones de champignons. La lignine étant détruite, l'extraction du glucose contenue dans la cellulose est facilitée. L'irradiation des matériaux par micro-ondes permet d'accélérer la dégradation. Ce procédé nécessite au final 10 fois moins d'énergie que les techniques mécaniques.

Cette méthode a été développée dans le cadre d'un projet financé par la NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization). L'utilisation de biomasse non-alimentaire tels que les résidus de coupe ou le bois de sciage est un enjeu majeur pour le Japon qui est loin de survenir à ses besoins en bioéthanol.

L'équipe souhaite commercialiser cette méthode d'ici 3 à 5 ans, une fois la culture des champignons optimisée.

Le CEA développe un nouveau procédé de gazéification de biomasse

La biomasse portée à une température de 900°C et mise en présence de vapeur d’eau se transforme en un mélange gazeux riche en monoxyde de carbone et en hydrogène, qui peuvent donner naissance à des carburants de synthèse de type biodiesel. Mais ce mélange gazeux contient aussi des composés indésirables tels que méthane, dioxyde de carbone ou goudrons volatils, préjudiciables à la biosynthèse de carburants.
Plutôt qu’un procédé catalytique de purification, difficile à transposer à l’échelle industrielle, une équipe CEA a opté pour une solution thermique : ils couplent au réacteur de gazéification un étage haute température (1300 à 1500°C) dans lequel, en présence de vapeur d’eau, les molécules de goudron et de méthane sont “cassées” et se transforment en monoxyde de carbone et en hydrogène.
Les performances de ce “vaporeformage” ont été démontrées fin 2006. Depuis le début 2007, un étage haute température a été relié au réacteur de gazéification du laboratoire pour la conduite d’expérimentations complémentaires. L’objectif est de valider la faisabilité technico-économique de ce procédé, non générateur de gaz à effet de serre.

Source : CEA Technologies

Carburants liquides, Sasol et Avantium vont collaborer

Sasol Technology et Avantium Technologies ont annoncé un accord de collaboration de recherche stratégique dans les domaines de la chimie Fischer-Tropsch, visant à convertir le charbon et le gaz naturel en carburants liquides.

Dans le cadre de cette collaboration, les chercheurs de Sasol et d'Avantium Technologies travailleront ensemble afin de mettre au point de nouvelles technologies de catalyseur pour optimiser la production par Sasol de carburants liquides à partir du charbon et du gaz naturel.

Avantium se spécialise dans les méthodologies expérimentales qui permettent aux scientifiques de conduire des expériences parallèles à une échelle très réduite et à un débit très élevé. Il devient ainsi possible d'accroître la productivité et d'aider les scientifiques à explorer, et à comparer de multiples conditions expérimentales.

Les techniques statistiques sont appliquées afin d'orienter le programme expérimental vers les domaines les plus prometteurs et d'extraire les connaissances à partir des données utilisables en vue d'optimiser les processus industriels.

Nous sommes convaincus que les efforts combinés des deux équipes dans le cadre de ces programmes de recherche ajouteront de la valeur et ouvriront la voie à la découverte de technologies de catalyseur innovantes pour Sasol. Nos compétences réduisent de façon significative le temps de mise sur le marché des nouveaux produits et processus. Elles permettent également d'améliorer les retombées économiques et les taux de réussite de la recherche ', commente Tom van Aken, PDG d'Avantium Technologies.

Le docteur Dr Chris Reinecke, Directeur général responsable de Sasol Technology Research and Development déclare : ' Cette collaboration avec Avantium est en accord avec l'objectif stratégique de Sasol d'être un leader mondial en matière de chimie Fischer-Tropsch. '

MIT researchers are working on a new Butanol derived from corn

MIT researchers say they have developed an efficient chemical process for making propane from corn or sugarcane. They are incorporating a startup this week to commercialize the biopropane process, which they hope will find a place in the existing $21 billion U.S. market for the fuel.

While much of the attention on biofuels has focused on ethanol, the process developed by the MIT researchers produces propane, says Andrew Peterson, one of the graduate students who demonstrated the reactions. Propane is used in the United States for residential heating and some industrial processes, and to a limited extent as a liquid transportation fuel. "We're making a demonstrated fuel" for which a market and an infrastructure already exist, says Peterson, who works in the lab of chemical-engineering professor Jefferson Tester and has founded the startup C3 BioEnergy, based in Cambridge, MA, to commercialize the technology.

Propane, which is currently made from petroleum, has a higher energy density than ethanol, and although it is often used in its gaseous form, it's the cleanest-burning liquid fuel.

The C3 BioEnergy process depends on supercritical water--water at a very high temperature and pressure--which facilitates the reactions that turn a biological compound into propane. Peterson wouldn't reveal the starting compound, but he says that it is a product of the fermentation of the sugars found in corn or sugarcane. The reaction is driven by heat, requiring no catalysts. At supercritical temperature and pressure, Peterson says, "water does bizarre things. It becomes like a nonpolar solvent" and mixes with the organic compounds. Once the reaction has taken place, the solution is kept under high pressure and cooled to room temperature so that the propane comes out of the solution and floats to the top. "We've demonstrated that we can make propane," says Peterson. "Now we're trying to optimize the reaction rate and get it to a scalable stage."

Peterson says the biopropane conversion has a good energy balance: not much fossil fuel needs to be burned during production. The reaction does not require the input of a large amount of energy because the heat that's key to the biopropane conversion is recoverable using a heat exchanger, a device that transfers heat in and out of a fluid.

"All biofuel reactions involve removing oxygen from the starting compound," says George Huber, assistant professor of chemical engineering at the University of Massachusetts, in Amherst. There are a number of strategies for doing this, including reactions that rely on biological catalysts. But, says Huber, "supercritical fluids are a very promising way to make biofuels. You can do it in a very small reactor in a very short time, so you can do it very economically."

Other academic labs are developing processes that use high-temperature, high-pressure fluids to make biofuels. Douglas Elliott, at the Pacific Northwest National Laboratory, in Richland, WA, is using near-supercritical conditions in combination with a catalyst to treat wastewater and unprocessed biomass. Under these conditions, organic compounds can be made into a mixture of methane (the main component in natural gas) and carbon dioxide. "We've gone all the way from small-batch reactors to treating a few gallons of wastewater per hour," says Elliott, who is working with a company on commercializing the technology for water treatment. "We're still in the lab with biomass."

Huber and Elliott say the MIT biopropane process is novel. "I've never seen anyone make propane with supercritical fluids," says Huber.

In some countries, including Australia, propane is more widely used as a transportation fuel. In the United States, "you would have to modify engines to use it," says Huber. "Biopropane could be used where we already use propane."

Source : Technology Review

Valorisation de la biomasse

Les biocarburants dits de deuxième génération seront obtenus à partir de produits ligneux, comme des résidus forestiers ou des pailles ou encore de cultures dédiées comme des taillis à croissance rapide.
Deux voies sont possibles pour transformer la biomasse en biocarburants : la voie thermochimique pour obtenir des hydrocarbures de synthèse (on parle de BtL, ou biomass to liquid) et la voie biochimique qui aboutit à de l'éthanol.

Dans cette voie, la biomasse subit une hydrolyse enzymatique qui transforme les produits ligneux en sucres plus simples qui sont ensuite fermentés pour donner de l'éthanol. Cette deuxième phase du processus est commune avec le process actuel d'obtention de bioéthanol. Les travaux de l'Institut français du pétrole, en collaboration avec l'Inra et le CNRS, portent notamment sur la sélection des enzymes capables de « couper » les sucres complexes que sont la cellulose et les hémicelluloses du bois, de la paille ou des tiges de maïs en sucres fermentescibles. Cette voie est loin d'être opérationnelle.

La voie thermochimique, qui intéresse les pétroliers, est beaucoup plus lourde et se rapproche de la pétrochimie par les procédés et les équipements nécessaires. Dans une première étape de traitement à haute température, la biomasse est transformée en gaz de synthèse. Ensuite, ce gaz purifé est transformé en gazole suivant le procédé Fischer-Tropsch que l'IFP a développé pour la filière gaz (GtL ou en anglais Gas to Liquid). Les hydrocarbures de synthèse obtenus sont d'excellente qualité, sans soufre ni composé aromatique, et donc parfaitement adaptés aux moteurs diesel. Des unités industrielles de GtL fonctionnent sur certains champs de pétrole pour utiliser les gaz précédemment brûlés, mais il n'existe actuellement que des unités pilotes de BtL. Total envisage de construire une telle unité alimentée par des graisses animales à Dunkerque.

Environnement : un bio diesel 100 % biologique

Une nouvelle entreprise créée au sein de l'Université de Cordoue fabriquera des catalyseurs hétérogènes qui permettront l'obtention d'un bio diesel 100% biologique grâce à des procédés respectueux de l'environnement. La production dépense moins d'énergie, génére très peu de déchets et utilise surtout très peu d'eau, une ressource qui limite la production de ce bio combustible dans des zones arides comme l'Andalousie. La chimie verte, ou chimie bénéfique pour l'environnement, se charge de concevoir des produits et des procédés chimiques qui réduisent ou éliminent l'utilisation et la production de substances dangereuses. Elle utilise des catalyseurs hétérogènes, c'est-à-dire des catalyseurs qui peuvent être réutilisés dans des procédés chimiques sans générer de déchet. Ainsi, l'entreprise Seneca Green Catalysts SL créée au début du mois de janvier propose de fabriquer des catalyseurs qui permettraient de produire du bio diesel grâce à un procédé plus propre que les procédés actuels. La naissance de cette nouvelle spin-off a été possible grâce à l'initiative des docteurs Diego Luna et Julio Berbel, respectivement professeurs titulaires de Chimie Organique et d'Economie Agraire de l'Université de Cordoue, et du docteur José Miguel Hidalgo, qui réalise actuellement un stage de recherche à l'Université de Prague. Le principal inconvénient de la production de bio diesel est évidemment les considérables dépenses d'eau, les méthodes conventionnelles exigeant quatre à cinq tonnes d'eau pour une tonne de bio diesel. Cette limitation peut freiner la production à l'échelle industrielle de ce combustible dans certaines zones d'Espagne. L'entreprise va déposer deux brevets dont la propriété reviendra à l'Université de Cordoue, mais qui les cèdera à ces chercheurs dans le cadre de leur exploitation commerciale. Les deux brevets détaillent l'utilisation d'enzymes pour obtenir le bio diesel. Le nouveau catalyseur qui sera utilisé dans l'obtention de ce biocombustible est donc basé sur l'utilisation d'une enzyme particulière : la lipase pancréatique du cochon. Immobilisée dans un solide non organique, elle peut être utilisée durant une période de fonctionnement optimum de un à deux mois sans générer de déchet. On évite ainsi l'utilisation de la soude dans le carburant et il n'est plus nécessaire de nettoyer le bio diesel à l'eau pour l'enlever. Cette nouvelle entreprise va aussi participer à un autre projet de recherche nommé 'SNECA : Heterogeneous Enzimatic Process for Biodiesel Production', qui met en place un nouveau concept : la bioraffinerie. L'objectif est de poser les bases d'un substitut aux raffineries actuelles. Ce projet propose que les produits chimiques actuels extraits du pétrole soient obtenus de matières premières issues de l'agriculture. Concrètement, le projet de l'UCO sera concentré sur l'obtention de biodiesel 100% biologique. Il sera produit à partir d'éthanol, d'origine agricole, au lieu du méthanol, issu du pétrole.

BE Espagne numéro 60 (16/02/2007) - Ambassade de France en Espagne / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/41329.htm

(Via http://www.enerzine.com/backend-breves.php.)

US start-up start to work on biofuels from algae

Relatively high oil prices, advances in technology, and the Bush administration's increased emphasis on renewable fuels are attracting new interest in a potentially rich source of biofuels: algae. A number of startups are now demonstrating new technology and launching large research efforts aimed at replacing hundreds of millions of gallons of fossil fuels by 2010, and much more in the future.

Algae makes oil naturally. Raw algae can be processed to make biocrude, the renewable equivalent of petroleum, and refined to make gasoline, diesel, jet fuel, and chemical feedstocks for plastics and drugs. Indeed, it can be processed at existing oil refineries to make just about anything that can be made from crude oil. This is the approach being taken by startups Solix Biofuels, based in Fort Collins, CO, and LiveFuels, based in Menlo Park, CA.

Alternatively, strains of algae that produce more carbohydrates and less oil can be processed and fermented to make ethanol, with leftover proteins used for animal feed. This is one of the potential uses of algae produced by startup GreenFuel Technologies Corporation, based in Cambridge, MA.

The theoretical potential is clear. Algae can be grown in open ponds or sealed in clear tubes, and it can produce far more oil per acre than soybeans, a source of oil for biodiesel. Algae can also clean up waste by processing nitrogen from wastewater and carbon dioxide from power plants. What's more, it can be grown on marginal lands useless for ordinary crops, and it can use water from salt aquifers that is not useful for drinking or agriculture. "Algae have the potential to produce a huge amount of oil," says Kathe Andrews-Cramer, the technical lead researcher for biofuels and bioenergy programs at Sandia National Laboratories, in Albuquerque, NM. "We could replace certainly all of our diesel fuel with algal-derived oils, and possibly replace a lot more than that."

To be sure, the use of algae for liquid fuels has been studied extensively in the past, including through a program at the National Renewable Energy Laboratory (NREL) that ran for nearly a decade. At the time, the results were not encouraging. The NREL program was terminated in 1996, largely because at the time crude-oil prices were far too low for algae to compete.

But Eric Jarvis, an NREL scientist, says that enough has changed that NREL researchers expect to restart the program within the next six months to a year. When the program was cancelled in 1996, oil prices were relatively low. Today's higher oil prices will make it easier for algae to compete. Still, Jarvis cautions that "you have to be careful because there's a lot of hype out there right now."

Biotech advances in the past decade could help. New genomic and proteomic technologies make it much easier to understand the mechanisms involved in algae-oil production. One of the challenges researchers have faced is that while some types of algae can produce large amounts of oil--as much as 60 percent of their weight--they only do this when they're starved for nutrients. But when they're starved for nutrients, they lose another of their attractive features: their ability to quickly grow and reproduce. Researchers hope to understand the molecular switches that cause increased oil production, with the added hope of triggering it without starving the algae. This could dramatically increase oil production and drive down prices.

A better understanding of biology may help researchers address another problem. The cheapest way to grow algae is in open ponds. But open ponds full of nutrients invite other species to take over, competing with the algae and cutting down production. LiveFuels, which is funding and coordinating research at its own lab and at those at both Sandia and the NREL, hopes to create algal ecosystems that resist such invaders by ensuring that all the nutrients are converted to forms the algae can easily use, says David Kingsbury, the chair of the company's scientific advisory board.

Recent tests of an algae-based system developed by GreenFuel, which, unlike LiveFuels, is developing closed bioreactors, showed that it could capture about 80 percent of the carbon dioxide emitted from a power plant during the day when sunlight is available. Although this carbon dioxide will later be released when the fuel is burned in vehicles, the carbon dioxide would have entered the atmosphere anyway. Reusing it in renewable liquid fuels makes it possible to prevent the release of carbon dioxide from fossil fuels, thereby decreasing total emissions.

The growing interest in regulating carbon-dioxide emissions could also be a boon to algal fuels. "If there is a carbon tax, or another way to basically make money by capturing carbon dioxide, that could definitely impact the economics," Jarvis says. But GreenFuel's John Lewnard, vice president of process development, says the company thinks it can reach competitive prices without carbon taxes.

But for now, lowering costs will mean overcoming many technical hurdles. "Clearly, [producing fuel from algae] can be done," says Lissa Morgenthaler Jones, LiveFuels's CEO. "The only question is whether we can do it cheaply. And the only way we're going to find that out is if we do it--if we actually go out, crank it through, spend some millions on it, and make it happen."

There is plenty of federal interest these days. In his State of the Union address, President Bush set an ambitious goal of replacing 20 percent of gasoline consumption in the United States by 2017, largely by producing 35 billion gallons of renewable fuels. Meeting those goals will be a challenge. Right now, biofuels come from food crops such as soybeans and corn; already the demand for corn to produce ethanol is driving up staple foods' prices and fueling protests in Mexico. One alternative to food sources is cellulosic materials such as wood chips, grass, and cornstalks, which are more abundant than corn grain. But these require special processing methods, and although some of these techniques have been demonstrated at small plants, they have yet to be proved commercially.

 

Source : Technology Review

MIT makes new strain of yeast to make more ethanol and faster

Researchers at MIT have created a new strain of yeast that tolerates high levels of ethanol and ferments sugars more efficiently, making more ethanol and doing it faster.

The advance could lead to smaller, cheaper ethanol manufacturing plants, as well as reduce the notoriously high amounts of energy needed to make ethanol.

The result, described in the current issue of Science, is also an important advance in the wider effort to make organisms that can convert cheap biomass, such as corn leaves and stalks, agricultural waste, and fast-growing plants including willow and switchgrass, into ethanol. Ethanol from such sources is widely agreed to be the key to making this biofuel economically competitive with fossil fuels.

Researchers hope to engineer a single organism that will both break down the cellulose in these sources into sugars and ferment them to produce ethanol. The work by MIT chemical-engineering professor Gregory Stephanopoulos and his colleagues focuses on the second part of this process: fermenting sugars to make ethanol. The yeast strain they made can tolerate ethanol concentrations as high as 18 percent--almost double the concentration that regular yeast can handle without quickly dying. In addition, the new strain makes about 20 percent more ethanol by processing more of the glucose, and it speeds up fermentation by 70 percent.

Higher ethanol tolerance could lead to smaller, cheaper equipment for ethanol plants. Michael Ladisch, director of the laboratory of renewable-resources engineering at Purdue University, says ethanol fermentation is primarily carried out in tanks that have to be emptied and cleaned between batches. "The same volume of tank will make double the amount of ethanol in the same time period for a 10 percent final solution than for 5 percent, or the same amount of ethanol if the tank volume is halved," he says. "If the fermentation proceeds 10 percent faster for the same final concentration, the reduction in tank volume would be 10 percent." The higher concentrations also reduce the amount of water that must be removed in a final distillation step, thereby saving energy.

Improving yeast-ethanol tolerance is difficult because it is a complicated trait involving many genes. To tailor the expression of many genes at once, Stephanopoulos uses a process to induce random mutations in the genes for master regulator proteins. Each of these proteins controls the expression of multiple genes, so by altering them, Stephanopoulos sets off a cascade of changes in gene expression widespread enough to alter a trait like ethanol tolerance. The researchers randomly changed these proteins in a large yeast population, which led to some with an increased tolerance for ethanol.

So far the researchers have only modified a laboratory strain of the yeast, not the type now used in ethanol plants. "The next step is to show that this technology works with industry strains," Stephanopoulos says.

If their approach can modify industrial yeast, it would drive down the cost of ethanol, Ladisch says. And eventually this research could have a wider impact, he says, because the mechanism that the researchers used to make the ethanol-tolerant yeast could be used as a blueprint to develop other wanted traits in microbes. "They now have a handle into fundamental metabolic pathways in how the yeast might be modified," he says.

Stephanopoulos believes that cellulosic-ethanol yields could be improved by tailoring certain traits in microbes using his technique. It might be possible to make microbes that are tolerant of compounds other than ethanol that are created in the fermentation process and toxic to the microbes. He also hopes to produce strains that eat sugars with five carbon atoms, such as xylose, that are produced when cellulose is broken down. The microbes used in today's processes only ferment sugars like glucose that have six carbon atoms.

Much work remains to be done to develop a single organism that can first break down cellulose into sugars before fermenting these sugars. Breaking down cellulose is a key constraint to the viability of making ethanol from biomass, says Lee Lynd, professor of engineering at Dartmouth College. "The research and development-driven advances with the greatest impact on producing cellulosic ethanol at low cost and high efficiency have to do with converting biomass into sugars," he says.

 

Source : Technology Review

Pôle de compétitivité brésilien sur les biocarburants

Les APL (Systèmes Productifs Locaux) sont des clusters mis en place au niveau gouvernemental pour favoriser l'expansion de pôles locaux de compétitivité. Ils rassemblent sur un même territoire des institutions publiques et de recherche avec des entreprises ayant des spécialisations communes ou complémentaires. Mis en place en 2004, le pôle national pour l' alcool coordonne les actions et définit des stratégies dans le domaine de l'utilisation des différentes sources d'énergies propres, comme l'éthanol, le biodiesel ou la biomasse.
L'"APL Alcool", situé à Piracicaba dans l'Etat de São Paulo, vise à renforcer la filière éthanol par la diminution des coûts, la hausse de la productivité et de la qualité finale des produits. Cet APL regroupe des acteurs de l'industrie énergétique et de la recherche : le groupe Cosan (17 usines de production de sucre-alcool), Copersucar (5 usines sur les 29 du groupe), le Syndicat local des Industries chimiques et celui des Industries métallurgiques, le Centre de Technologie de la Canne à Sucre et l'ESALQ (Ecole Supérieure d'Agriculture Luiz de Queiroz). Outre la présence des institutionnels locaux, cet APL dispose d'une interface entre les entreprises et les centres de recherche : le Pôle National des Combustibles.
L'expérience de l'APL Alcool n'est pas isolée au Brésil, puisqu'il existe dans l'Etat du Rio Grande do Sul un APL Bioénergie, qui se positionne en première ligne dans le biodiesel. Au titre des entreprises participantes, l'APL intègre Petrobras, le groupe Ipiranga, la CGTEE (Compagnie de Production Thermique d'Energie Electrique), la Compagnie Sulgás et la CEEE (Compagnie d'Energie Electrique de l'Etat du Rio Grande do Sul). Conjointement aux autorités gouvernementales locales, 19 Universités et centres de recherche, dont l'Embrapa, sont parties prenantes de l'APL Bioénergie.
Contacts :
- http://www.missioneco.org/bresil/documents_new.asp?V=3_PDF_122437
- email : [email protected]

Source : Bulletin Electronique