Microalgues, fournisseur de stations-service
Dans l'Unité d'Énergie d'Inasmet-Tecnalia on a abordé l'étude des microalgues pour analyser si tout ce qui a commencé à entendre sur le potentiel comme matière première des biocarburants était "insignifiant". Amaya Arteche, chercheuse en microalgues, le dit. Trois ans se sont écoulés depuis lors et sont actuellement plongés dans plusieurs projets. Neiker-Tecnalia a également étudié dans la dernière année et demie les microalgues comme source d'énergie.
Outre les centres technologiques, de nombreuses grandes entreprises impliquées dans des questions de bioénergie, comme Repsol, Aurantia, Abengoa et Acciona, ont annoncé qu'elles mènent des recherches sur les microalgues pour la génération de biocarburants.
Deux nouvelles publiées récemment montrent l'intérêt des entreprises. D'une part, la compagnie pétrolière Repsol a annoncé l'acquisition de 20% de la société AlgaEnergy. La société créée en 2007 détient divers brevets et conventions de collaboration avec le CSIC et plusieurs universités espagnoles en matière de microalgues. D'autre part, Iberdrola dirige le projet appelé VIDA. Le projet a parmi ses objectifs le développement de nouvelles technologies pour l'accès à l'énergie à partir de microalgues et se poursuivra jusqu'en 2013. Outre Iberdrola, 15 autres entreprises et 25 centres technologiques, dont Neiker-Tecnalia, participent.
Ceux issus de microalgues sont considérés comme des biocarburants de deuxième génération. Les différences par rapport aux biocarburants qui ont le plus augmenté jusqu'à présent, à partir des graines des plantes sont très diverses. Aucune matière première alimentaire n'est destinée à la production d'énergie, aucun sol agricole n'est utilisé, pas besoin d'eau d'irrigation, car on peut utiliser des algues qui poussent dans les eaux usées ou salées, on pourrait utiliser comme source de CO 2 les fumées émises par diverses industries, etc. En outre, la fertilité des microalgues est beaucoup plus grande par unité de surface que la plupart des plantes terrestres qui poussent à produire des biocarburants. Par exemple, un hectare de colza apporte 1500 litres d'huile et un hectare de palmiers 6.000. Ainsi, les microalgues peuvent apporter entre 20.000 et 80.000 litres d'huile par hectare.
Compte tenu de ces avantages, depuis quatre ou cinq ans "la demande des entités énergétiques a augmenté très rapidement et en très peu de temps ont commencé à travailler beaucoup de groupes, avec beaucoup d'espèces, avec de nombreux systèmes de croissance, dans de nombreuses régions climatiques, etc. ", explique Sonia Castañon, chef du département de biotechnologie de Neiker-Tecnalia.
Un exemple de la vitesse des recherches et de la prétention de montrer que les résultats sont bons a été la démonstration qui a eu lieu en juin à Berlin: pour la première fois un avion a utilisé du carburant provenant d'algues comme combustible. Cependant, les chercheurs l'ont clairement : l'ignorance est encore très grande.
Matières premières combustibles diverses
En général, trois types de combustibles peuvent être produits à partir de microalgues : biomasse de combustion, bioéthanol et biodiesel. Ces organismes monocellulaires sont utilisés comme petites usines qui produisent des matières premières pour les transformer en biocarburants. Comme les plantes sont des êtres vivants photosynthétiseurs, elles absorbent le CO 2 avec de l'énergie lumineuse et convertissent le carbone en biomasse, sucres ou lipides.
Dans le cas de la biomasse, le combustible est les mêmes algues cultivées : l'énergie est obtenue en brûlant les algues cultivées. Les sucres et les lipides doivent être modifiés. La production de bioéthanol à partir de sucre se fait par un processus de fermentation et, des lipides, par des procédés industriels appelés biodiesel, stérification et transestérification.
Tous ces processus industriels de production de combustibles sont déjà connus. En bref, les microalgues suivent les mêmes méthodologies que celles utilisées précédemment avec les plantes.
Besoin d'amélioration dans les processus de croissance
Quant aux conditions de croissance et aux matières premières qui peuvent être extraites d'elles, « les microalgues sont parfaites pour produire des biocarburants », affirme Arteche. "Théoriquement parfaites. Mais il y a beaucoup à améliorer dans ces processus », a-t-il ajouté.
« Ce serait une bêtise, par exemple, de gaspiller plus d'énergie que celle que les algues fourniront comme source d'énergie dans la croissance et le traitement des algues, ou de dépenser plus que l'argent que vous obtiendrez dans le processus de production de carburant », a déclaré Arteche.
Sur d'autres marchés où on extrait des produits de microalgues, comme la pharmacie ou la cosmétique, la situation est très différente. Il s'agit de marchés à forte valeur ajoutée afin que les cultures d'algues qui travaillent pour eux peuvent faire face à des coûts élevés de production et de traitement. "Dans le cas du biodiesel, les bénéfices sont beaucoup plus faibles. Il faut donc beaucoup réduire les dépenses », explique Arteche.
Dans le cas du biodiesel, par exemple, il faut choisir des espèces de microalgues riches en lipides et savoir quel type d'eau et quelles conditions il faut pour grandir. En outre, vous devez très bien connaître le cycle de vie et le métabolisme des algues pour savoir quand est le moment le plus approprié pour la récolte. En tant qu'êtres vivants, ce sont les phases du cycle dans lesquelles ils ont le plus de lipides.
Quant à la récolte, il y a beaucoup à améliorer quant à la séparation de l'algue de l'eau. "Dans le liquide qui est recueilli dans la pépinière, les algues ne remplissent que de 2 à 5%", a précisé Arteche. Le reste est de l'eau. La voie la plus efficace pour effectuer ce travail est l'utilisation de centrifugeuses, qui consomment beaucoup d'énergie. Cependant, ces derniers temps, l'efficacité des centrifugeuses augmente et des réductions significatives des consommations sont en cours.
Une fois la biomasse de l'eau séparée, les algues doivent être traitées. La production de biodiesel nécessite l'extraction de lipides. Par des méthodes mécaniques, les microalgues sont alimentées par des méthodes chimiques, comme les solvants, ou par une combinaison des deux méthodes.
Une fois extrait, il faut tenir compte du type d'huile obtenue. Comme les huiles fournies par les graines de tournesol et celles de colza, les différentes espèces d'algues sont différentes. Il est donc nécessaire de les caractériser et de voir s'il faut ajouter des additifs pour obtenir des biocarburants approuvés par la suite.
De là, convertir l'huile en biodiesel est plus connu, plus universel. "Il a des difficultés, mais c'est un peu plus standardisé", dit Arteche. C'est pourquoi, dans les centres de recherche basques, on travaille à améliorer et optimiser les étapes jusqu'à la récolte.
Quoi rechercher
Le premier travail que les centres de recherche doivent effectuer est de choisir quels aspects d'amélioration aborder. À Inasmet-Tecnalia, par exemple, une première étude a été menée pour connaître la situation du marché et des technologies. On a également analysé la phase de production d'algues nécessitant le plus d'amélioration.
Ils collaborent maintenant avec des entreprises de production de biocarburants. Après avoir choisi l'espèce la plus adaptée à chaque projet, il a fallu "plusieurs mois" pour connaître l'algue, comme l'a expliqué Arteche, pour savoir quel métabolisme il a, comment il pousse, comment il se reproduit, quand il convient de récolter, etc. Pour ce faire, ils ont conçu un photobioréacteur ou une pépinière de 40-50 litres pour chacun d'eux, afin de recueillir en permanence des données sur la croissance, telles que la température, le pH de l'eau, les concentrations d'oxygène et CO 2, etc.
Dans les recherches en cours, on étudie les processus de séparation entre les algues et l’eau, entre autres: "Centrifugation, micro-ultrafiltration, traitements habituels dans les stations d'épuration (floculation et flottation)... Nous testons différentes méthodes de différenciation et voyons de quelle qualité les uns et les autres donnent », a-t-il précisé. Des systèmes d'extraction d'huile d'algues sont également en préparation et optimisés. « Cette huile extraite serait prête à être soumise à un processus de biocarburant », explique Arteche.
Depuis le Département de Biotechnologie de Neiker-Tecnalia, on a concentré les recherches sur d'autres voies. Au lieu d'essayer d'améliorer les processus de croissance et de distribution, on travaille sur la sélection d'espèces et de souches d'algues qui "peuvent donner les meilleurs résultats pour une utilisation déterminée".
Ils ont également une collection d'espèces d'environ 30 espèces. « Nous commençons la collection avec les espèces dont nous avions besoin pour commencer à enquêter, et maintenant nous ajoutons celles dont nous avons besoin dans les projets qui nous émergent, ou celles que nous recueillons ici et là dans notre activité », dit Castañon.
D'autre part, pour rentabiliser la production de microalgues destinées à la production de biocarburants, ils cherchent quelque chose qui apporte une valeur ajoutée aux algues. C'est-à-dire, une fois que les composants d'intérêt pour la production de biocarburants sont extraits, « ils recherchent des molécules qui peuvent intéresser d'autres fins », explique Castañon, dans la biomasse restante : acides gras essentiels, pigments, molécules antioxydantes, immunostimulants, etc.
La transformation génétique, une alternative
Une autre façon de rentabiliser la production de microalgues est de générer plus de lipides. C'est l'objectif d'une autre ligne de recherche en cours par Neiker-Tecnalia, basée sur l'ingénierie génétique. En d'autres termes, ils étudient les transformations géniques qui affectent les enzymes du chemin métabolique qui synthétise les lipides. La base est d'introduire un autre gène dans les gènes qui produisent ces enzymes afin qu'ils s'expriment de manière exagérée.
Pour ce faire, la bactérie Agrobacterium tumefaciens est utilisée. La bactérie les introduit spontanément dans les plantes qui infecte certains de ses fragments génomiques. En fait, dans ces petits morceaux ont des gènes pour accélérer la croissance des plantes et produire des substances nutritives pour les bactéries. Eh bien, en introduisant à la place des gènes qui régulent la synthèse des lipides, les chercheurs cherchent à obtenir que les microalgues produisent plus lipides.
Vu qu'il y a tant de recherches, de voies de recherche, d'aspects d'amélioration et de champs d'étude, il ne semble pas difficile, selon Arteche, que dans le domaine des biocarburants "ils deviennent des matières premières prometteuses. Nous pensons qu'ils arriveront à rivaliser avec les combustibles fossiles. Mais pas encore. Aujourd'hui, il semble que la seule façon de rentabiliser tout ce processus est d'extraire des molécules différentes des microalgues. Les coûts sont élevés, les domaines d'amélioration sont nombreux et il faut adapter, adapter et optimiser l'ensemble du réseau ».
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