Clefs n°61 Printemps 2013
Clefs n°61 Printemps 2013
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°61 de Printemps 2013

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 108

  • Taille du fichier PDF : 5,8 Mo

  • Dans ce numéro : les énergies bas carbone.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

Dans ce numéro...
< Pages précédentes
Pages : 54 - 55  |  Aller à la page   OK
Pages suivantes >
54 55
52 Production de l’énergie Les lipides produits par les microalgues sont analysés par chromatographie liquide haute performance et spectrométrie de masse. CLEFS CEA - N°61 - PRINTEMPS 2013 scénario ratio énergétique net coût de production (€ /L de biodiesel) liées à la biologie décrites précédemment, notamment celles portant sur la productivité en lipides. Les premières conclusions d’une étude technico-économique en cours révèlent que la culture est une étape primordiale puisqu’elle est à l’origine de 30 à 60% du coût de production des biocarburants. Ainsi, de nombreuses innovations technologiques sont attendues dans ces systèmes de culture afin de les rendre plus performants et moins onéreux. Pour obtenir du biodiesel, l’extraction des lipides contenus dans le microorganisme est nécessaire. La méthode de référence actuelle consiste à récolter les microalgues par centrifugation, à les sécher et à en extraire les lipides à l’aide d’un solvant. Cependant, la consommation énergétique de ces technologies, pour le séchage notamment, est un verrou au développement de la filière à grande échelle. La recherche actuelle se concentre sur des technologies innovantes et propres qui permettraient d’extraire les lipides à partir de microalgues humides (tableau). Le CEA s’intéresse en particulier à des technologies basées sur les fluides sous pression. Parmi celles-ci, citons : la liquéfaction hydrothermale, qui transforme une biomasse humide en une biohuile de bonne qualité avec des rendements prometteurs, l’extraction et la transestérification directe des lipides en milieu alcoolique supercritique pour produire du bio diesel, et l’extraction et le fractionnement des lipides en CO 2 supercritique, qui permet de récupérer, outre les lipides, d’autres molécules d’intérêt susceptibles de rentabiliser la filière (nutraceutiques, molécules pour les industries pharmaceutiques et la chimie fine). Une fois extraits, les lipides sont transformés en biodiesel en utilisant des procédés chimiques de transestérification ou d’hydrotraitement qui ne nécessiteront émission de gaz à effet de serre (kg de CO 2 -équivalent/100 km) valeurs moyennes G. Lesénéchal/CEA consommation d’eau (L d’eau/L de biodiesel) référence 1,1 1,4 20,5 1 520 innovant 2,2 2,8 9,1 340 diesel de pétrole 5,4 (1) 0,6 (2) 20,2 (1) 15 (3) (1) Francesco CHERUBINI, Neil D. BIRD, Annette COWIE, Gerfried JUNGMEIER, Bernhard SCHLAMADINGER, Susanne WOESS-GALLASCH, « Energy- and greenhouse gas-based LCA of biofuel and bioenergy systems : Key issues, ranges and recommendations », Resour. Conserv. Recy. 53, 2009, p.434-447. (2) EIA, Gasoline and Diesel Fuel Update, Avril 2011. Disponible sur : http://www.eia.gov/oog/info/gdu/gasdiesel.asp. (3) Carey W. KING, Michael E. WEBBER, « The Water Intensity of the Plugged-In Automotive Economy », Environ. Sci. Technol. 42, 2008, p.4305-4311. Tableau. Résultat d’une étude technico-économique comparant un scénario de référence et un scénario innovant pour la production de biodiesel. Le scénario de référence correspond au procédé le plus rencontré dans la littérature. Il comprend les étapes suivantes : culture en raceway (lagunes à haut rendement), séchage par centrifugation et par sécheur tambour à gaz, extraction des lipides par n-hexane, transestérification des lipides et digestion anaérobie des résidus de microalgues (issus de l’étape d’extraction des lipides). Le scénario innovant est un procédé optimisé composé des étapes suivantes : culture en système hybride raceway/photobioréacteur, séchage par filtre presse, extraction des lipides en voie humide par diméthyl-éther, hydrodésoxygénation des lipides et digestion anaérobie des résidus de microalgues. Le ratio énergétique net représente le rapport entre l’énergie produite et l’énergie primaire consommée. pas a priori de gros efforts en R&D hormis l’adaptation et l’optimisation des technologies existantes aux spécificités des lipides issus de microalgues. Relever le défi de la rentabilité économique Si les microalgues apparaissent comme une voie prometteuse pour la synthèse de biocarburants de 3 e génération, des améliorations importantes doivent être apportées, aussi bien au niveau des capacités de production des souches que des procédés de culture, de récolte et d’extraction. Il faudra significativement accroître la productivité tout en diminuant les coûts d’élaboration pour espérer atteindre une rentabilité économique pour la production d’énergie. Les défis de la filière microalgues ne pourront donc être relevés qu’en menant ces recherches de manière concertée entre biologistes et technologues. Le CEA, qui dispose de fortes compétences en biologie et en génie des procédés, est particulièrement bien positionné. > Fred Beisson 1, Yonghua Li-Beisson 1, Gilles Peltier 1, Giovanni Finazzi 2, Éric Maréchal 2, Franck Chauvat 3, Florian Delrue 4, Karine Froment 4 et Vincent Blet 5 1 Institut de biologie environnementale et biotechnologie (iBEB) Direction des sciences du vivant CEA Centre de Cadarache 2 Institut de recherches en technologies et sciences pour le vivant (iRTSV) Direction des sciences du vivant CEA Centre de Grenoble 3 Institut de biologie et de technologies de Saclay (iBiTec-S) Direction des sciences du vivant CEA Centre de Saclay 4 Institut Liten (Laboratoire d’innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux) Direction de la recherche technologique CEA Centre de Grenoble 5 Département d’études du traitement et du conditionnement des déchets (DTCD) Direction de l’énergie nucléaire CEA Centre de Marcoule
Axes de R&D du CEA pour développer des énergies bas carbone économiquement et socialement viables Le programme NTE (Nouvelles technologies de l’énergie) du CEA est centré sur « une énergie bas carbone » avec au menu le déploiement de filières pour la production de vecteurs énergétiques bas carbone (électricité et chaleur d’origine solaire, hydrogène, biocarburants), l’adaptation entre l’offre et la demande (stockage, intelligence des réseaux) et certains usages de l’énergie, notamment transports et bâtiments bas carbone. Il a pour objectif de développer les énergies renouvelables et les systèmes énergétiques innovants pour les rendre économiquement et socialement attractifs. Cela implique de s’intéresser à l’ensemble de la chaîne de la valeur du produit ou du système, de sa conception à sa fin de vie, dans une approche globale. Quelle que soit la filière choisie, les moteurs de recherche qui sous-tendent les travaux du programme NTE peuvent ainsi être classés en cinq grands thèmes, qui sont systématiquement et simultanément traités. L’éco-conception Dès la conception d’un composant (cellule solaire, pile à combustible, batterie...), les matériaux sont choisis en respectant plusieurs critères environnementaux et économiques. Ils doivent être abondants (sûreté d’approvisionnement, stabilité des coûts), non toxiques et non polluants. C’est le cas du composé LiFe 3 PO 4 (phosphate de fer lithié) sélectionné comme matériau actif d’électrode de batterie, afin d’éviter le cobalt, matériau très spéculatif. Des études sont également menées pour mettre au point les procédés de recyclage et assurer, dans la mesure du possible, une valorisation via la « réemployabilité » des matériaux. Il s’agit, par exemple, de récupérer le platine des électrodes de pile à combustible, le silicium purifié des processus de découpe des wafers (fines plaques) de silicium pour le photovoltaïque... La maîtrise des coûts Deux types d’approche permettent de réduire les coûts et de minimiser l’impact environnemental des technologies. En premier lieu, l’un des axes majeurs de R&D pour abaisser les coûts de production, d’usage et d’impact environnemental est le gain en performances, avec entre autres l’accroissement des durées de vie et des rendements des composants et des systèmes. Par ailleurs, que ce soit lors de la conception ou au cours du développement des méthodes de fabrication, la recherche vise à diminuer les coûts matière (par exemple par l’emploi de matériaux finement divisés ou en couches minces, voire de nanomatériaux, pour limiter la quantité de matière nécessaire), les coûts procédés (telle la baisse du coût énergétique par l’augmentation de la taille des lingots de silicium) ou encore le coût environnemental (techniques d’enduction de matériaux d’électrodes en voie aqueuse plutôt que par solvant…). La maîtrise des coûts à l’usage La réduction des coûts d’usage est réalisée, notamment par le développement de l’intelligence du contrôlecommande, de l’apprentissage des habitudes de l’usager et donc d’une capacité d’anticipation du système : c’est le cas du chauffage des bâtiments en heure creuse, du stockage d’une partie de la production photovoltaïque pour une utilisation ultérieure (adaptation entre l’offre et la demande) ou encore du stockage d’eau chaude solaire. Cette étape passe par la mise au point de capteurs et de logiciels. La diminution des coûts de maintenance, par exemple par du diagnostic et du dépannage en ligne, est aussi prise en considération. Les usages et l’interface homme-machine Des recherches sont également conduites en amont pour affiner les usages, voire en imaginer de nouveaux, pour les composants et systèmes mis au point, développer la convivialité de l’interface homme-machine, aider l’usager dans ses choix (contrôle-commande), assurer l’interopérabilité du composant ou du système avec son environnement (la recharge des batteries automobiles devra être possible partout, indépendamment de sa nature et de son fournisseur). Enfin – et c’est une priorité au CEA – de nombreux développements sont menés pour garantir la sûreté de fonctionnement de ces composants et systèmes. Il convient de citer les travaux de détection d’arc électrique, causé par la rupture du câble reliant le panneau solaire au convertisseur de tension, sur les systèmes photovoltaïques (pour éviter, en particulier, les risques d’incendie), les Battery Management Systems (BMS) protecteurs de chaque cellule des packs de batteries automobiles (pour prévenir, par exemple, toute réaction chimique dangereuse), les capteurs de déformation des dispositifs de stockage d’hydrogène... L’analyse technico-économique et de cycle de vie Tous ces travaux s’accompagnent d’études systématiques des coûts, par des analyses technico-économiques des procédés de production et des conditions d’usage des composants et des systèmes (calcul du prix de revient d’un litre de biocarburant, d’un kWh d’électricité photovoltaïque, du coût carbone des technologies, en usage comme dans les étapes de fabrication...). Les études peuvent aussi être étendues à la détermination des conditions économiques du déploiement d’une filière (biomasse, photovoltaïque, solaire à concentration...) à l’échelle nationale ou internationale. Ces travaux sont couplés à des analyses multicritères de cycle de vie, dont l’impact en gaz carbonique (CO 2). La pluralité des compétences du CEA lui permet sur toutes les filières étudiées (solaire, biomasse, réseaux, mobilité, bâtiment...) de développer une approche intégrée allant du matériau au composant puis au système, et de la recherche fondamentale à la mise au point de lignes pilotes de production (batteries, cellules et modules photovoltaïques...). > Nicole Mermilliod 1 et Hélène Burlet 2 1 Direction du Programme transversal « Nouvelles technologies de l'énergie » 2 Institut Liten (Laboratoire d’innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux) Direction de la recherche technologique CEA Centre de Grenoble CLEFS CEA - N°61 - PRINTEMPS 2013 53



Autres parutions de ce magazine  voir tous les numéros


Liens vers cette page
Couverture seule :


Couverture avec texte parution au-dessus :


Couverture avec texte parution en dessous :


Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 1Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 2-3Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 4-5Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 6-7Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 8-9Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 10-11Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 12-13Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 14-15Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 16-17Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 18-19Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 20-21Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 22-23Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 24-25Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 26-27Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 28-29Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 30-31Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 32-33Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 34-35Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 36-37Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 38-39Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 40-41Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 42-43Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 44-45Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 46-47Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 48-49Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 50-51Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 52-53Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 54-55Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 56-57Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 58-59Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 60-61Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 62-63Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 64-65Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 66-67Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 68-69Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 70-71Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 72-73Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 74-75Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 76-77Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 78-79Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 80-81Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 82-83Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 84-85Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 86-87Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 88-89Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 90-91Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 92-93Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 94-95Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 96-97Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 98-99Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 100-101Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 102-103Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 104-105Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 106-107Clefs numéro 61 Printemps 2013 Page 108