Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
L'éthanol est produit en quasi-totalité par fermentation alcoolique de diverses sources végétales. Le vaporeformage du bioéthanol est une solution alternative pour la production de l'hydrogène. Le dioxyde de carbone, coproduit dans la réaction est, au moins en partie, recyclé dans les plantes par photosynthèse. Le procédé est catalytique et doit s'opérer à haute température (500-800 °C) en raison de l'endothermicité de la réaction. Cet article fait le point sur les développements récents en termes de procédé et de catalyseurs. Le cas du vaporeformage d'éthanol pur est examiné avant d'exposer les applications sur bioéthanol brut dont les impuretés ont un effet fortement désactivant. L'analyse du cycle de vie est également effectuée.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleABSTRACT
Ethanol is quasi exclusively produced by fermentation of biomass. Éthanol steam reforming is an alternative solution for the production fo hydrogen. The carbon dioxide coproduced in the reaction is partially recycled in plants by photosynthesis. The process is catalytic and should be performed at high temperatures (500-800°C) due to the endothermicity. The recent developments in terms of process and catalysts are reviewed. Steamreforming of pure ethanol is examined first before reviewing applications with raw bioethanol whose impurities may lead to a severe catalyst fouling. Life cycle analysis is also examined.
Auteur(s)
-
Daniel DUPREZ : Ingénieur ENSIC - Directeur de recherche CNRS - Université de Poitiers, CNRS UMR 7285 - Institut de Chimie des milieux et des matériaux de Poitiers (IC2MP)
-
Nicolas BION : Chargé de recherche CNRS - Université de Poitiers, CNRS UMR 7285, Institut de Chimie des milieux et des matériaux de Poitiers (IC2MP)
-
Florence EPRON : Chargée de recherche CNRS - Université de Poitiers, CNRS UMR 7285 - Institut de chimie des milieux et des matériaux de Poitiers (IC2MP)
INTRODUCTION
L'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'Univers, mais sur Terre, son abondance est modeste. De plus, sauf exception, il n'existe pas à l'état natif. Il est présent essentiellement dans l'eau, les hydrocarbures fossiles et la biomasse, en association avec l'oxygène et/ou le carbone. Il est très utilisé dans l'industrie et le raffinage, les besoins étant de l'ordre de 50 à 60 MT/an. En revanche, son utilisation en tant que source d'énergie reste marginale. Actuellement, il est préparé industriellement par reformage à la vapeur d'hydrocarbures fossiles (gaz naturel, naphta) ou, dans une moindre mesure, par électrolyse de l'eau. D'autres procédés alternatifs sont également possibles. Le problème principal du vaporeformage est qu'il produit des quantités considérables de CO2 . En réalité, la réaction permet d'extraire l'hydrogène de l'hydrocarbure et de l'eau, mais une partie importante du carbone est transformé en dioxyde de carbone. Pour s'en affranchir, une solution a été de remplacer la source fossile par une molécule issue de la biomasse et donc globalement « neutre » en CO2 , le dioxyde de carbone produit pendant le vaporeformage étant recyclé par les plantes lors de la photosynthèse. Beaucoup d'efforts ont porté sur l'utilisation du bioéthanol pour la préparation de l'hydrogène. L'objectif de cet article est de faire le point sur l'utilisation de l'éthanol dans la fabrication de l'hydrogène par vaporeformage. Le procédé est catalytique. La réaction étant endothermique, elle est effectuée à haute température, ce qui nécessite de mettre au point des catalyseurs particulièrement résistants. Le rhodium est un métal de choix mais ses performances dépendent considérablement du support utilisé. Une partie de cet article est consacrée au procédé utilisant de l'éthanol raffiné de grande pureté. Néanmoins, l'utilisation de bioéthanol brut est économiquement plus rentable. Les catalyseurs stables dans l'éthanol « pur » ne le sont plus quand on passe au bioéthanol. Il a donc fallu mettre au point des catalyseurs résistants aux impuretés du bioéthanol. Le système RhNi déposé sur une alumine dopée à l'yttrium s'est révélé très efficace. Les applications industrielles du vaporeformage de l'éthanol sont encore peu nombreuses et posent le problème de la neutralité en CO2 . De nombreux facteurs peuvent modifier le bilan en CO2 et il est indispensable de considérer les cycles de vie du procédé dans sa globalité à partir de la culture des plantes produisant le bioéthanol. En dépit de bilans très controversés, il semble que la production de l'hydrogène par reformage du bioéthanol reste très avantageuse sur le plan du bilan en CO2 si on s'adresse à du bioéthanol de 2e génération.
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
steam reforming | catalytic systems
DOI (Digital Object Identifier)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Accueil > Ressources documentaires > Procédés chimie - bio - agro > Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique > Fabrication des grands produits industriels en chimie et pétrochimie > Production d'hydrogène par reformage du bioéthanol > Aperçu sur les procédés de production de bioéthanol
Cet article fait partie de l’offre
Hydrogène
(47 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
3. Aperçu sur les procédés de production de bioéthanol
Le bioéthanol est essentiellement produit par fermentation de sucres et de matières riches en amidon. Il est habituel de distinguer plusieurs générations de bioéthanol selon la source de matière première (voir encadré) :
-
le bioéthanol de première génération produit par hydrolyse puis fermentation de végétaux riches en cellulose, amidon ou hémicellulose ;
-
le bioéthanol de deuxième génération produit par hydrolyse et fermentation de végétaux riches en lignocellulose ;
-
enfin le bioéthanol de troisième génération produit par voie enzymatique sur microalgues ou levures.
Cette dernière technologie produit essentiellement des huiles (valorisables en biodiesel) mais des recherches sont en cours pour orienter cette troisième génération de biocarburants vers la production d'éthanol. De plus, la culture des microalgues requiert des quantités importantes de CO2 de sorte que le couplage de cette culture avec les unités de fermentation de première ou deuxième génération est tout à fait envisageable.
3.1 Procédés de production d'éthanol de première génération
La matière première est essentiellement composée de cellulose, d'amidon et d'hémicellulose (betterave, canne à sucre, maïs...). L'hydrolyse permet d'ouvrir la quasi-totalité des liaisons éthers C—O—C et ainsi de reformer du glucose, constituant de base du polymère végétal. La solution passe ensuite dans un fermenteur enzymatique qui va transformer le glucose en éthanol. Le fermenteur est ensuite couplé à une colonne de distillation qui permet d'ajuster la qualité de l'éthanol. Les technologies sont actuellement bien au point et la fabrication de bioéthanol par cette voie ne pose pas de problème technique particulier. Les progrès viennent de l'amélioration du rendement thermique. La distillation constituant un poste de consommation d'énergie non négligeable, les procédés utilisant le bioéthanol brut (ou très légèrement purifié) après distillation simple sont tout à fait recommandés.
Il faut cependant souligner que la fermentation requiert de l'énergie : 2/3 du carbone du glucose se retrouve dans l'éthanol ; 1/3 est transformé en CO2 ce qui constitue le besoin énergétique des enzymes utilisées dans le...
Cet article fait partie de l’offre
Hydrogène
(47 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Aperçu sur les procédés de production de bioéthanol
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BION (N.), EPRON (F.), DUPREZ (D.) - Bioethanol reforming for H2 production. A comparison with hydrocarbon reforming. - Catalysis, Specialist Periodical Report, (J. J. Spivey & K. M. Dooley, Eds) RSC Publishing, vol. 22, p. 1-55 (2010).
-
(2) - BION (N.), DUPREZ (D.), EPRON (F.) - Design of nanocatalysts for green hydrogen production from bioethanol. - Chem Sus Chem, vol. 5, p. 76-84 (2010).
-
(3) - Mc KENDRY (P.) - Energyproduction from biomass. Part 1 : Overview of biomass. - Bioresources Technology, vol. 83, p. 37-46 (2002).
-
(4) - PARIKKA (M.) - Global biomass fuel resources. - Biomass & Bioenergy, vol. 27, p. 613-620 (2004).
-
(5) - AFHYPAC - Production et consommation d'hydrogène aujourd'hui. - Mémento de l'hydrogène. Fiche 1.3. Voir rubrique « Sites Internet ».
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
WIKIPEDIA – Biocarburants http://fr.wikipedia.org/wiki/Biocarburant
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Archer Daniels Midlands (USA) http://www.adm.com
voir en particulier la rubrique « fuel » https://www.adm.com/
Cosan (Bresil) https://www.cosan.com.br/
Eden Energy Ltd http://www.edenenergy.com.au/
Greenfield (Canada) https://greenfield.com/fr/
HAUT DE PAGE2.2 Organismes (liste non exhaustive)
ADEME – Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie http://www.ademe.fr
AFHYPAC – Association française pour l'hydrogène et les piles à combustible...
Cet article fait partie de l’offre
Hydrogène
(47 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive