Biocarburant et CO2: éthanol, E-85 et essence, comparatif
Publié : 04/08/08, 17:38
Tiré d'une réflexion reçue par email (voir : https://www.econologie.com/forums/bioethanol ... t5814.html ) et adapté à "ma sauce", c'est un peu long donc voici la conclusion copiée/collée. Pour les scientifiques, merci de faire une relecture.
Quelques rappels de chimie: sucre, fermentation, alcool et CO2...
On retiendra les masses atomiques suivantes qui servent de base de tous les calculs : C=12 g/mol, O=16 g/mol, H=1 g/mol
a) Le cas de l'alcool issu de la fermentation du sucre
Le sucre employé pour faire de l'éthanol est de la famille des diholosides (saccharose ou maltose) de formule: C12H22O11 (voir http://fr.wikipedia.org/wiki/Sucre#Chimie ) a une masse molaire de 342 grammes qui, en s’hydrolysant (il "gagne" une molécule d'eau), vont donner 2 molécules de glucose soit 2*C6H12O6 d’une masse molaire de 180 grammes pour une masse totale de 360 grammes.
Détails sur le glucose: http://fr.wikipedia.org/wiki/Glucose
La mole de glucose va alors fermenter suivant l'équation:
Produits: 2 moles d’alcool éthylique (C2H6O = 46g/mol) et deux moles de gaz carbonique (CO2 = 44g/mol).
Avant d'être brûlé et en négligeant tout autre émission de CO2, chaque gramme d'alcool produit va donc dégager, durant sa "création" : 44/46 = 0.95 gramme de CO2.
Et ceci AVANT sa combustion. Durant la combustion de l'alcool :
ou pour ceux qui préferent les chiffres ronds:
Erreur d'équilibrage sur les réactifs, rectifificatif (qui ne change rien aux résultats sur le CO2):
En brûlant, cette mole de 46 g d’alcool va donc produire 88 g de CO2 (2 moles).
On obtient donc un total de 3 moles de CO2 émises par mole d'alcool brûlé: 1 pendant la fermentation et 2 pendant la combustion. Soit au total 3x44 = 132 g de CO2 pour 46 grammes d'alcool brûlé.
Conclusion: chaque gramme d'alcool émet donc lors de son élaboration et combustion au moins 132/46 = 2,87 grammes de CO2.
Je dis au moins car, de nombreux "postes CO2" n'ont pas été pris en considération: production du sucre et distillation de l'alcool sont sans aucun doute les plus énergievore.
Cette valeur de 2,87 g CO2/g d'alcool est donc une valeur très minorée!
b) Cas de l'essence (que l'alcool est censé remplacer)
Je reprends sans les détailler les calculs de cette page: équations de combustion et CO2
Emissions de CO2 pour un hydrocarbure de formule C2H(2n+2) = 44n
Application à l'essence ( octane pur ). n=8
[C8H18] = 8*12 + 18*1 = 114 g/mol.
La masse de CO2 rejetée par mole d'octane consommée est de : 44*8 = 352 g.
Le rapport consommation d'essence sur rejets de CO2 est de 352/114 = 3,09
Conclusion: chaque gramme d'essence émet donc lors de sa combustion 3,09 grammes de CO2
Le coût de "raffinage" étant, au pire, de 15%, on obtiendrait 3.55 g CO2 pour le raffinage et la combustion de l'essence.
c) Comparaison énergétique éthanol et essence
A isorendement moteur, il faut donc 42,7 / 26,9 = fois plus de masse d'ethanol pour fournir la même énergie soit 1,59 fois.
En isoénergie, il faut donc apporter un coefficient de 1,59 aux émission de CO2 de l'éthanol: les 2,87 grammes deviennent donc 4,56 grammes. Et souvenez vous: ces 2,87 g étaient déjà largement minoré car ne prenaient pas en compte la culture du sucre (mais les sceptiques diront, avec raison, que pour l'essence, nous n'avons pas pris en compte les coût d'extraction et transport du brut)
Conclusion générale
Pour fournir la même quantité d'énergie de combustion, les émissions de CO2 sont respectivement de:
- avec l'essence : 3,55 grammes de CO2
- avec l'ethanol: 4,56 grammes de CO2
A rendement moteur égal, l'éthanol emet donc 4,56/3,55 = 1,28 fois plus de CO2 que l'essence pour fournir le même travail.
Autrement dit: l'ethanol emet, 28% de CO2 en plus que l'essence.
Et ne sont pas comptabilisés dans ce calcul pour l'éthanol:
- les coûts CO2 de production de la céréale ou plante sucrière
- les coûts de rafinage de la plante en sucre
- les coûts de distilation
- les coûts énergétiques de la fermentation (c'est à dire le CO2 émis pour chauffer la mélasse)
Il n'y a donc aucuns doutes possible : d'après ce raisonnement, l'éthanol d'origine sucrière agricole emet bien plus de CO2 que l'essence. Alors comment des organismes d'Etat et des universités peuvent-elles obtenir des bilans CO2 sur l'ethanol si positifs? Ne prenent-il pas en compte la fermentation? Qu'omettent-ils? Ou bien, où est la faille dans notre raisonnement?
A rendement moteur égal, l'éthanol emet donc 4,56/3,55 = 1,28 fois plus de CO2 que l'essence pour fournir le même travail.
Autrement dit: l'ethanol emet, 28% de CO2 en plus que l'essence.
Et ne sont pas comptabilisés dans ce calcul pour l'éthanol:
- les coûts CO2 de production de la céréale ou plante sucrière
- les coûts de rafinage de la plante en sucre
- les coûts de distilation
- les coûts énergétiques de la fermentation (c'est à dire le CO2 émis pour chauffer la mélasse)
Quelques rappels de chimie: sucre, fermentation, alcool et CO2...
On retiendra les masses atomiques suivantes qui servent de base de tous les calculs : C=12 g/mol, O=16 g/mol, H=1 g/mol
a) Le cas de l'alcool issu de la fermentation du sucre
Le sucre employé pour faire de l'éthanol est de la famille des diholosides (saccharose ou maltose) de formule: C12H22O11 (voir http://fr.wikipedia.org/wiki/Sucre#Chimie ) a une masse molaire de 342 grammes qui, en s’hydrolysant (il "gagne" une molécule d'eau), vont donner 2 molécules de glucose soit 2*C6H12O6 d’une masse molaire de 180 grammes pour une masse totale de 360 grammes.
Détails sur le glucose: http://fr.wikipedia.org/wiki/Glucose
La mole de glucose va alors fermenter suivant l'équation:
Code : Tout sélectionner
C6H12O6 --> 2*C2H6O + 2*CO2Produits: 2 moles d’alcool éthylique (C2H6O = 46g/mol) et deux moles de gaz carbonique (CO2 = 44g/mol).
Avant d'être brûlé et en négligeant tout autre émission de CO2, chaque gramme d'alcool produit va donc dégager, durant sa "création" : 44/46 = 0.95 gramme de CO2.
Et ceci AVANT sa combustion. Durant la combustion de l'alcool :
Code : Tout sélectionner
C2H6O + 7/2*O2 --> 2*CO2 + 3*H2O ou pour ceux qui préferent les chiffres ronds:
Code : Tout sélectionner
2*C2H6O + 7*O2 --> 4*CO2 + 6*H20Erreur d'équilibrage sur les réactifs, rectifificatif (qui ne change rien aux résultats sur le CO2):
Code : Tout sélectionner
C2H6O + 3*O2 --> 2*CO2 + 3*H2O En brûlant, cette mole de 46 g d’alcool va donc produire 88 g de CO2 (2 moles).
On obtient donc un total de 3 moles de CO2 émises par mole d'alcool brûlé: 1 pendant la fermentation et 2 pendant la combustion. Soit au total 3x44 = 132 g de CO2 pour 46 grammes d'alcool brûlé.
Conclusion: chaque gramme d'alcool émet donc lors de son élaboration et combustion au moins 132/46 = 2,87 grammes de CO2.
Je dis au moins car, de nombreux "postes CO2" n'ont pas été pris en considération: production du sucre et distillation de l'alcool sont sans aucun doute les plus énergievore.
Cette valeur de 2,87 g CO2/g d'alcool est donc une valeur très minorée!
b) Cas de l'essence (que l'alcool est censé remplacer)
Je reprends sans les détailler les calculs de cette page: équations de combustion et CO2
Emissions de CO2 pour un hydrocarbure de formule C2H(2n+2) = 44n
Application à l'essence ( octane pur ). n=8
[C8H18] = 8*12 + 18*1 = 114 g/mol.
La masse de CO2 rejetée par mole d'octane consommée est de : 44*8 = 352 g.
Le rapport consommation d'essence sur rejets de CO2 est de 352/114 = 3,09
Conclusion: chaque gramme d'essence émet donc lors de sa combustion 3,09 grammes de CO2
Le coût de "raffinage" étant, au pire, de 15%, on obtiendrait 3.55 g CO2 pour le raffinage et la combustion de l'essence.
c) Comparaison énergétique éthanol et essence
Code : Tout sélectionner
PCI ethanol = 26 900 kJ/kg
PCI essence = 42 700 kJ/kg
A isorendement moteur, il faut donc 42,7 / 26,9 = fois plus de masse d'ethanol pour fournir la même énergie soit 1,59 fois.
En isoénergie, il faut donc apporter un coefficient de 1,59 aux émission de CO2 de l'éthanol: les 2,87 grammes deviennent donc 4,56 grammes. Et souvenez vous: ces 2,87 g étaient déjà largement minoré car ne prenaient pas en compte la culture du sucre (mais les sceptiques diront, avec raison, que pour l'essence, nous n'avons pas pris en compte les coût d'extraction et transport du brut)
Conclusion générale
Pour fournir la même quantité d'énergie de combustion, les émissions de CO2 sont respectivement de:
- avec l'essence : 3,55 grammes de CO2
- avec l'ethanol: 4,56 grammes de CO2
A rendement moteur égal, l'éthanol emet donc 4,56/3,55 = 1,28 fois plus de CO2 que l'essence pour fournir le même travail.
Autrement dit: l'ethanol emet, 28% de CO2 en plus que l'essence.
Et ne sont pas comptabilisés dans ce calcul pour l'éthanol:
- les coûts CO2 de production de la céréale ou plante sucrière
- les coûts de rafinage de la plante en sucre
- les coûts de distilation
- les coûts énergétiques de la fermentation (c'est à dire le CO2 émis pour chauffer la mélasse)
Il n'y a donc aucuns doutes possible : d'après ce raisonnement, l'éthanol d'origine sucrière agricole emet bien plus de CO2 que l'essence. Alors comment des organismes d'Etat et des universités peuvent-elles obtenir des bilans CO2 sur l'ethanol si positifs? Ne prenent-il pas en compte la fermentation? Qu'omettent-ils? Ou bien, où est la faille dans notre raisonnement?
