Bioéthanol, un succès brésilien

S’il y a un élément caractéristique du paysage énergétique du Brésil, c'est l'éthanol. Tout au long de notre escale, notre équipe de production a pu se déplacer à l'éthanol dans la région de São Paulo, traversant des champs de canne à sucre et passant devant des usines de production d’éthanol. Mais qu'est-ce que l'éthanol exactement, et comment a-t-il émergé comme une source d'énergie alternative prometteuse ? Notre experte en énergie, Beatrice Cordiano, nous en dit plus sur cette success story made in Brésil !

L'éthanol, l'alcool le plus populaire et le seul considéré comme sûr pour la consommation humaine, est essentiellement de l'alcool éthylique : le même alcool que l'on trouve dans les boissons et le liquide rose familier que nos grands-mères utilisaient pour le nettoyage ménager. Au Brésil, l'éthanol va au-delà de ces utilisations conventionnelles et se transforme en carburant, ou plutôt en biocarburant, une substance dérivée de biomasse végétale ou animale que les industries considèrent comme une alternative énergétique convaincante capable de réduire les émissions.

Que ce soit comme carburant pour les processus de combustion, contribution aux systèmes de cogénération, source d'énergie pour les piles à combustible, ou matière première cruciale pour les produits chimiques, le bioéthanol présente une gamme variée d'applications, mais la plus étendue ici est celle d'un substitut valable et plus durable à l'essence traditionnelle dans les moteurs.

Au Brésil, l'industrie de l'éthanol a toujours été étroitement liée à l'industrie sucrière. Le pays détient depuis longtemps le titre de plus grand producteur mondial de sucre, exportant chaque année environ 30 millions de tonnes de sucre, dépassant de plus de quatre fois les volumes d'exportation de son rival le plus proche, la Thaïlande. Ce produit est obtenu grâce à l'extraction et à l'évaporation du jus de canne, un processus qui est depuis longtemps un pilier de l'économie brésilienne. L'histoire de la production d'éthanol au Brésil remonte à 1933, lorsque le gouvernement, confronté au défi de la surproduction de canne à sucre, a pris les devants pour relancer cette industrie. Dans une démarche stratégique, il a incité les producteurs à utiliser l'excédent de canne à sucre dans la production d'éthanol.

40 ans plus tard, le paysage mondial a connu un bouleversement sismique lorsque l'OAPEC (Organisation des pays arabes exportateurs de pétrole) a imposé un embargo sur les exportations de pétrole, provoquant un choc énorme dans les prix mondiaux du pétrole et le début de la première crise pétrolière. L'impact sur les économies du monde entier a été dévastateur, y compris au Brésil, qui dépendait alors du pétrole importé, et qui a vu une opportunité pour émerger de la crise. En 1975, le pays a présenté le plan Proálcool, une initiative visant à réduire sa dépendance vis-à-vis des combustibles fossiles étrangers en mélangeant de l'essence avec de l'éthanol, en investissant massivement dans la recherche et le développement, en étendant la culture de la canne à sucre et en augmentant la capacité des usines d'éthanol. Les efforts du pays ont payé, et au moment où la deuxième crise pétrolière a frappé en 1979 le Brésil était déjà en bonne voie pour devenir un leader mondial dans la production d'éthanol. Aujourd'hui, avec des prix du pétrole qui ne cessent d'augmenter, l'industrie de l'éthanol du pays est plus évidente que jamais.

L'éthanol est produit par l'extraction des sucres de cultures agricoles et au Brésil, où les plantations de canne à sucre recouvrent les terres d'un tapis verdoyant à perte de vue, la canne à sucre est la matière première principale de ce carburant depuis plus de quatre décennies. Le processus de transformation de la canne à sucre en éthanol implique une série d'étapes minutieusement contrôlées, combinant techniques anciennes et technologies de pointe. Des récolteuses mécanisées rassemblent minutieusement les tiges matures, les transportant vers les usines de traitement, où elles sont nettoyées et coupées. Les tiges de canne sont ensuite écrasées pour extraire un jus de canne riche en sucre qui est fermenté grâce à une levure, qui décompose les sucres en alcool et en dioxyde de carbone. C'est le même processus utilisé pour produire de la bière ou du vin.

Il n'est pas étonnant que les normes de qualité pour l'utilisation de ce type de carburant dans les moteurs de voitures soient strictes. Pour les atteindre, la solution fermentée contenant de l'éthanol et des impuretés doit subir une distillation. Ici, elle est chauffée, vaporisée et recondensée pour éliminer autant d'eau que possible et obtenir un éthanol concentré qui peut être utilisé dans les voitures, pur ou mélangé à de l'essence.

L'éthanol peut être ajouté à l'essence pour qu'elle brûle plus proprement. Moins raffiné que l'essence, il aide le carburant à mieux brûler l'oxygène dans les chambres de combustion, limitant ainsi la formation de dépôts de carbone. Partout dans le monde, il est possible de trouver différents mélanges d'éthanol, chacun adapté à des besoins et des spécificités propres. Les mélanges les plus répandus sont l’E5 et l’E10, qui incorporent respectivement jusqu'à 5 % et 10 % d'éthanol, et sont compatibles avec la plupart des véhicules à essence, ce qui n'est pas le cas pour des pourcentages plus élevés d'éthanol. L'augmentation de la quantité d'éthanol dans le mélange peut poser des problèmes de compatibilité avec les moteurs conventionnels et nécessiter des modifications.

Au Brésil, l'essence pure n'est plus vendue, et un mélange obligatoire de 27% d’éthanol (bientôt 30%) est exigé. Cela a forcé l'adoption de véhicules flexfuels, soit des voitures capables de rouler avec n'importe quel mélange essence-éthanol, de 100% d'essence à 100% d'éthanol.

La formule chimique de l'éthanol est CH3CH2OH : six atomes d'hydrogène, un atome d'oxygène et deux atomes de carbone, qui, lors de la combustion, se transforment en eau et en CO2. Il est clair que la combustion de l'éthanol n'est pas exempte d'émissions. Toutefois, si l'on considère l'ensemble du cycle, de la croissance de la plante à l'échappement du moteur, ce carburant permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre de 50 à 70 % par rapport aux carburants fossiles conventionnels.

Cette performance environnementale tient à la nature en circuit fermé de la production du bioéthanol : lors de la photosynthèse, les plantes capturent le dioxyde de carbone de l'atmosphère, qui est ensuite rejeté dans l'air lors de la combustion du carburant. Le cycle du carbone reste ainsi équilibré, ce qui vaut aux biocarburants l'appellation de carburants neutres en carbone.

Le problème se pose lorsque les plantations ne sont pas gérées de manière durable, ce qui entraîne le défrichement et la déforestation. Au Brésil, les plantations de canne à sucre sont concentrées dans la région de São Paulo, loin de la forêt amazonienne, et ne couvrent que 1,2 % de l'ensemble du territoire et 4 % des terres agricoles. La réglementation sur les plantations de canne à sucre est d'ailleurs stricte et très fournie.

Le succès du Brésil en matière de biocarburants ne passe pas inaperçu : le pays est actuellement le deuxième producteur mondial d'éthanol, juste derrière les États-Unis, et s'est récemment positionné en tant que leader dans la production d'éthanol de deuxième génération, en inaugurant le seul et unique site de production commerciale au monde. Ce type d'éthanol, également connu sous le nom d'éthanol cellulosique, provient de biomasse non alimentaire comme la bagasse de canne à sucre, un sous-produit de la fabrication traditionnelle d'éthanol et de sucre. Sa production permet non seulement d'atténuer les conflits d'utilisation des terres avec les cultures alimentaires, mais aussi d'accroître la durabilité globale des biocarburants et d'améliorer la productivité en produisant 50 % de carburant en plus pour la même surface.

L'aviation - nous le savons tous - est un secteur difficile à décarboner, qui représente environ 2% des émissions mondiales. Bien que plusieurs technologies prometteuses telles que les batteries, l'hydrogène et les piles à combustible soient en cours de développement, leur impact sur la réduction des émissions de l'aviation risque d’être limité. C'est pourquoi les carburants durables pour l'aviation (SAF) sont apparus comme l'option la plus viable sur le plan technique pour décarboner ce secteur. Ces carburants peuvent remplacer directement le kérosène, offrant des réductions de GES allant jusqu'à 70 % en fonction de la matière première utilisée.

L'éthanol peut être transformé en hydrocarbures grâce à un processus appelé Alcohol-to-jet, et le Brésil, avec sa filière d’éthanol établie et sa bagasse de canne à sucre facilement disponible, est à l'avant-garde de la production de SAF. Actuellement en train d’affiner la technologie, il a le potentiel de produire 6000 barils par jour d'ici 2030 et 700 000 d'ici 2050 (soit 35 % de la capacité de production mondiale attendue d’ici là), ce qui, avec les objectifs de réduction des émissions des compagnies aériennes et les mandats de mélange de SAF proposés, fera du Brésil un fournisseur crucial sur le marché mondial.