Le biodiesel : comment le fabriquer, ses utilisations et ses avantages

Le biodiesel est un carburant alternatif, assez similaire au diesel fossile conventionnel, qui est produit à partir d’un mélange de plus en plus diversifié de sources telles que l’huile de cuisson recyclée, l’huile de soja ou les graisses végétales et animales. Contrairement au diesel classique, le biodiesel est renouvelable, propre et biodégradable. Il répond aux exigences de la norme sur les carburants renouvelables en matière de diesel issu de la biomasse et de biocarburants avancés. Le fait de qualifier le biodiesel d’alternative signifie qu’il peut être utilisé à la place du diesel fossile conventionnel, dans les moteurs sans modification.

Créé par le traitement chimique de l’huile végétale ou de la graisse animale avec des composés générateurs d’alcool, le biodiesel est la révolution qui aide plusieurs pays à surmonter leur dépendance au diesel. Il peut être utilisé dans n’importe quel moteur diesel avec peu ou pas de modification du moteur ou du système d’alimentation.

En d’autres termes, le biodiesel est un carburant produit localement, à combustion propre, qui peut être produit à partir d’huiles végétales usagées, de graisses animales ou de graisses de restaurant recyclées pour être utilisé dans des véhicules diesel. Il est biodégradable, moins toxique et produit moins de polluants lorsqu’il est brûlé complètement. Il peut être utilisé sous forme pure (B100) ou mélangé à du diesel de pétrole. Les mélanges les plus courants sont le B2 (20% de biodiesel, 80% de pétrodiesel), le B5 (5% de biodiesel, 95% de pétrodiesel) ou le B20 (20% de biodiesel, 80% de pétrodiesel).

Le biodiesel existe sous forme liquide et est souvent appelé B100 ou biodiesel pur dans sa forme pure et non mélangée. Sa performance par temps froid dépend de son mélange, de la matière première et des caractéristiques du pétrodiésel. En général, les mélanges contenant un pourcentage plus faible de biodiesel sont plus performants par temps froid.

Cependant, le biodiesel de qualité carburant doit être produit conformément à des spécifications industrielles strictes, afin de garantir ses bonnes performances. Comme l’huile végétale brute ne répond pas à ces spécifications, elle ne peut être considérée comme du biodiesel.

Le biodiesel est fabriqué par un processus appelé transestérification, qui convertit ces huiles en biodiesel. Ce processus est décrit ci-dessous. La plus grande source possible d’huile appropriée provient de cultures oléagineuses telles que le colza, le palmier ou le soja. La plupart des biodiesels actuels sont produits à partir d’huiles végétales usagées provenant de restaurants, de friteries et de producteurs d’aliments industriels.

Cette huile végétale usagée est souvent obtenue gratuitement ou pour un prix modique. L’huile provenant directement de l’industrie agricole pourrait représenter la plus grande source potentielle, mais elle n’est malheureusement pas produite commercialement car l’huile brute est trop chère. Si l’on insiste sur ce type de carburant, le produit sera plus cher que le diesel fossile commun.

Comment fabriquer du biodiesel ? (Processus de fabrication du biodiesel)

1. Collecte de l’huile

L’huile est le principal ingrédient du biodiesel et provient de diverses sources. Vous pouvez utiliser de l’huile végétale usagée, collectée dans les restaurants, pour un coût minime, voire nul. Elle peut également provenir de certaines cultures de plein champ comme le soja et le canola. L’huile peut être extraite de ces cultures et d’autres cultures de différentes manières, en fonction de la culture elle-même.

La méthode la plus courante est le pressage à froid où des extrudeuses à froid extraient l’huile. Les graines sont soumises à une pression énorme qui finit par faire sortir l’huile. La partie restante, également appelée « farine », peut être utilisée comme source de protéines pour l’alimentation du bétail.

2. Nettoyage de l’huile

Avant d’utiliser l’huile comme biocarburant, elle doit être soigneusement nettoyée. Il s’agit de filtrer les particules solides et l’eau de l’huile végétale usagée et de la broyer, afin que le biodiesel obtenu soit de haute qualité. D’autres produits chimiques et procédés physiques peuvent également être utilisés pour aider à l’élimination de ces éléments, bien que le plus courant soit la dessiccation de l’espace de tête.

3. Ajuster le pH de l’huile

Utilisez le titrage pour vous assurer que seule la bonne quantité de catalyseur est ajoutée à la réaction, afin que tous les triglycérides de l’huile soient convertis en biodiesel. En utilisant les données de la procédure de titrage, mélangez l’éthanol et le catalyseur et ce mélange de méthoxyde ira dans le plus petit réservoir à fond conique pour être injecté dans le réservoir du réacteur.

4. Transestérification

Il s’agit du processus qui transforme l’huile végétale en biodiesel. Au cours de la procédure, l’huile qui est principalement composée de triglycérides est divisée en glycérol et en éthers d’acides gras ou biodiesel, grâce à l’utilisation d’alcool, généralement du méthanol. Le réservoir du réacteur va ensuite chauffer l’huile à 120˚F et faire circuler l’huile et le méthoxyde pendant environ deux heures.

5. Lavage et nettoyage

Une fois l’huile transformée en biodiesel, il faut séparer la glycérine du mélange. La glycérine est un sous-produit du processus de transestérification susmentionné, mais elle est de faible valeur, ce qui la rend peu intéressante. Elle est donc généralement ignorée, à moins que le processus ne soit à grande échelle. La façon la plus simple de les séparer est d’utiliser la gravité, car la glycérine se dépose et peut être extraite du fond de la cuve du réacteur.

Tout excès de méthanol et de catalyseur peut être éliminé en nettoyant le produit avec de l’eau. Lavez le produit deux fois, faites circuler le biodiesel en le chauffant à environ 90˚F pendant environ 1,5 à 2 heures jusqu’à ce que le biodiesel soit clair et que toute l’eau se soit évaporée. Les solides secs comme la sciure de bois peuvent également donner le même résultat que l’eau, mais ils doivent être filtrés avant l’utilisation du biodiesel.

6. Test de qualité

Il s’agit du processus final et il est crucial de tester la qualité du biodiesel avant son utilisation. Si trop d’eau a été utilisée ou est encore présente dans le carburant, elle sera une source d’impuretés. Les impuretés peuvent également provenir de la conversion incomplète de l’huile en biodiesel.

Il existe des kits permettant de tester toutes les caractéristiques du biodiesel et ils doivent être utilisés pour chaque lot. Si le biodiesel doit être brûlé à des températures froides, vous devez quand même tester le point de trouble et le mélanger au diesel de pétrole dans une proportion maximale de 5 %.

7. Fabrication de biodiesel à domicile

Il est également possible de produire du biodiesel à la maison, avec seulement environ un litre d’huile végétale, au moins 6 g d’hydroxyde de sodium, de soude ou de soude caustique, qui est principalement utilisé comme nettoyant pour canalisations, et au moins 250 ml de méthanol qui est utilisé comme antigel. La procédure est peut-être un peu différente mais les procédés sont les mêmes. Vous allez fabriquer le méthylate en mélangeant le méthanol et le NaOH (ATTENTION : cette opération est très dangereuse car le méthylate est très toxique), fabriquer le biodiesel, le laver puis le sécher. Ce processus est expliqué ici.

Le processus de transestérification

Le biodiesel est fabriqué via une réaction chimique appelée transestérification.

1. L’huile ou la graisse animale est mélangée à un alcool (méthanol ou éthanol) en présence d’un catalyseur (hydroxyde de sodium ou de potassium).

2. Cette réaction produit deux sous-produits :

• Biodiesel (esters méthyliques d’acides gras, ou EMAG)
• Glycérol (utilisé dans l’industrie cosmétique et pharmaceutique)

Il est important de ne pas utiliser d’huiles brutes non raffinées dans les moteurs, car elles peuvent entraîner des dépôts et endommager le système.

Différences diverses entre le biodiesel et le diesel

1. Production

Le diesel de pétrole est obtenu à partir de la distillation fractionnée du pétrole brut. Le pétrole brut est extrait sous la surface de la terre, puis distillé jusqu’à l’obtention du diesel. Le biodiesel, quant à lui, est obtenu par le processus de transestérification, qui transforme les huiles en biodiesel. Ces huiles sont obtenues à partir de cultures oléagineuses comme le colza, le palmier ou le soja. La plupart du biodiesel contemporain est produit à partir d’huile végétale usagée provenant de restaurants, de friteries et de producteurs d’aliments industriels.

2. Pouvoir lubrifiant

Le biodiesel a un pouvoir lubrifiant plus élevé, ce qui signifie qu’il est plus glissant que le diesel de pétrole. Il est donc idéal car il permet de réduire l’usure du moteur. Il s’ensuit que le pétrodiesel est moins glissant et peut entraîner une usure du moteur au fil du temps.

3. Présence de soufre

Le biodiesel ne contient pratiquement pas de soufre, principalement en raison de son mode de fabrication. L’absence de soufre dans le biodiesel le rend plus sûr pour l’environnement car il réduit la pollution, ou du moins n’émet pas les gaz et particules nocifs qui polluent l’environnement.

4. Relation avec l’environnement

Le biodiesel est une alternative renouvelable, propre et biodégradable au diesel pétrolier. Le pétrodiésel, une fois utilisé dans un moteur, libère des gaz de carbone ainsi que d’autres gaz nocifs qui non seulement réchauffent l’atmosphère mais ont également un impact négatif sur l’environnement. Le biodiesel, en revanche, est plus sûr et peut être utilisé en toute sécurité sans nuire à l’environnement.

5. Présence d’oxygène

Le biodiesel a une teneur en oxygène plus élevée que le diesel fossile, de l’ordre de 10 à 12 %. De ce fait, tout moteur fonctionnant au biodiesel rejettera moins de polluants ou d’émissions. Malheureusement, par rapport au diesel de pétrole, un moteur alimenté au biodiesel a une puissance de pointe inférieure ou réduite d’environ 4 %.

6. Niveaux de toxicité

Le biodiesel est beaucoup moins toxique que le pétrodiésel. Il est donc idéal pour le nettoyage des déversements, comme expliqué ci-dessus.

7. Niveaux d’oxydation

Le biodiesel est plus susceptible de réagir avec l’oxygène, formant une masse semi-solide de type gel. Il s’agit d’une préoccupation particulière, notamment pour le stockage prolongé du carburant et lors de l’utilisation de moteurs qui ne fonctionnent qu’occasionnellement, comme les générateurs de secours. Par conséquent, pour stocker correctement le biodiesel, utilisez un récipient sec, semi-étanche, frais et étanche à la lumière.

8. Comportement par temps froid

Le biodiesel a tendance à s’épaissir et à se gélifier, surtout à basse température. Cela présente un type de problème particulier par rapport au diesel de pétrole et constitue une préoccupation surtout pour les hivers et les températures froides.

9. Qualité

Le diesel pétrolier est extrait par distillation fractionnée du pétrole brut, ce qui signifie qu’il est uniforme et fiable. En revanche, le biodiesel peut être produit à partir de diverses sources, telles que les déchets d’huile de cuisson recyclée, l’huile de soja ou les graisses végétales et animales. Cela signifie que le biodiesel existe en différentes qualités, certaines étant moins bonnes.

Diesel renouvelable par hydrogénation (DRPH)

En parallèle du biodiesel, une autre méthode de production, appelée hydrotraitement, permet de créer un diesel renouvelable. Ce procédé utilise les mêmes matières premières mais produit un carburant plus stable, adapté aux climats froids et compatible avec les infrastructures actuelles.

Mélanges de biodiesel

Le biodiesel est souvent mélangé avec du diesel classique pour améliorer la compatibilité avec les moteurs :

• B5 : 5 % de biodiesel, 95 % de diesel fossile
• B20 : 20 % de biodiesel, 80 % de diesel fossile
• B100 : biodiesel pur sans ajout de diesel fossile

Ces mélanges permettent de bénéficier des avantages du biodiesel tout en minimisant les risques liés aux températures basses.

Les différentes utilisations du biodiesel

1. Transport

La principale raison de fabriquer du biodiesel est de disposer d’une alternative renouvelable, propre et biodégradable au diesel fossile conventionnel. Cela signifie qu’il sera principalement utilisé dans l’industrie du transport. Le secteur des transports est responsable de 24 % de l’énergie et de plus de 60 % du pétrole absorbé dans le monde, avec plus de 30 % de l’énergie consommée aux États-Unis seulement. Cela signifie que plus d’un tiers du pétrole dans le monde est utilisé pour faire fonctionner les véhicules. Le biodiesel représente donc une amélioration pour l’industrie, car il constitue une alternative renouvelable au diesel fossile.

2. Générer de l’énergie et de l’électricité

Le biodiesel peut également être utilisé pour générer de l’électricité dans les systèmes de secours où les émissions sont les plus importantes, comme les écoles, les hôpitaux et les zones résidentielles. Le biodiesel sera donc un complément aux piles à combustible qui ont une application de production d’énergie, disponible pour l’électricité.

Les consommateurs peuvent également utiliser le biodiesel à la place des piles pour charger et alimenter des appareils électriques tels que les ordinateurs et les téléphones portables. Ces piles sont encore en cours de développement, mais elles ont le potentiel de devenir une source d’énergie constante.

3. Fournir de la chaleur

Au cours des dernières années, le concept de biochaleur a continué à se développer. Il repose sur l’utilisation de biocarburant, tel que le biodiesel, comme source de chauffage. Il remplace le bois, qui est le mode de chauffage le plus pratique.

Un mélange de biodiesel pour le chauffage peut également réduire les émissions de dioxyde de soufre et d’azote. Cette chaleur peut également être utilisée pour la cuisson, en remplacement du kérosène qui est principalement utilisé dans les poêles et les lanternes sans mèche.

4. Nettoyage des déversements d’hydrocarbures

Le biocarburant est respectueux de l’environnement et peut donc être utilisé pour nettoyer les déversements d’huile et de graisse. Il a été testé pour fonctionner comme un agent de nettoyage potentiel pour les zones où le pétrole brut contamine l’eau. On a également constaté que les résultats augmentent les zones de récupération et permettent de le retirer de l’eau. Même si le biodiesel est déversé ou libéré dans l’environnement, il cause beaucoup moins de dommages que le diesel fossile, car il est moins combustible. Il est sûr à manipuler, à stocker et à transporter, ce qui le rend idéal pour nettoyer les déversements d’hydrocarbures.

5. Lubrification

Le biodiesel est essentiel dans les moteurs des véhicules car il réduit la concentration en soufre, alors que c’est le soufre qui confère le plus de pouvoir lubrifiant au carburant. Ainsi, le biodiesel permet au moteur de fonctionner correctement et d’éviter les pannes prématurées.

Avantages du biodiesel

Avantages environnementaux

• Réduction des gaz à effet de serre : Le biodiesel réduit les émissions de GES jusqu’à 80 % sur son cycle de vie par rapport au diesel fossile.
• Biodégradabilité : Le biodiesel pur (B100) se décompose rapidement et présente peu de risques de pollution en cas de déversement.
• Valorisation des déchets : Les huiles usagées et les graisses animales sont réutilisées au lieu d’être jetées.
• Moins de polluants : Réduction des émissions de particules fines, d’hydrocarbures et de monoxyde de carbone. Cependant, une légère augmentation des émissions d’oxydes d’azote (NOx) est observée avec le B100.

Avantages économiques

• Production locale et création d’emplois : La fabrication de biodiesel stimule les économies locales en valorisant les déchets agricoles et en créant des emplois dans le secteur énergétique.
• Réduction des importations : En produisant du biodiesel localement, les pays réduisent leur dépendance aux énergies fossiles importées.
• Incitations financières : Des programmes tels qu’écoÉNERGIE au Canada soutiennent les producteurs de biodiesel avec des subventions, encourageant les investissements et réduisant les risques liés aux fluctuations du marché.

Limites et défis du biodiesel

Sensibilité aux basses températures

Le biodiesel a tendance à cristalliser à basse température, ce qui peut bloquer les filtres et perturber le fonctionnement des moteurs. Pour éviter ce problème, les solutions suivantes sont recommandées :

• Additifs anti-gel
• Systèmes de chauffage des réservoirs
• Entreposage en intérieur ou utilisation de mélanges adaptés à la saison.

Compatibilité avec les moteurs anciens

Les moteurs fabriqués avant 1994 peuvent contenir des joints en caoutchouc ou des matériaux incompatibles avec le biodiesel. Ces pièces peuvent se détériorer, notamment avec des mélanges élevés comme le B20 ou le B100. Il est donc recommandé :

• De consulter le fabricant avant de passer à un mélange supérieur à B5.
• De vérifier les conditions de garantie, car certaines ne couvrent pas l’utilisation de biodiesel au-delà d’un certain pourcentage.

Entreposage et durée de conservation

Le biodiesel se dégrade plus rapidement que le diesel fossile, en particulier s’il est exposé à des variations de température. Il est conseillé :

• D’utiliser des additifs pour prolonger sa durée de vie.
• De renouveler le carburant en fonction des saisons.
• De stocker des filtres supplémentaires, car le biodiesel a un pouvoir nettoyant qui peut libérer des dépôts accumulés dans les réservoirs.

Réglementation et soutien gouvernemental

Le Canada impose depuis 2011 une teneur moyenne de 2 % de biodiesel dans le diesel vendu commercialement, dans le cadre du Règlement sur les carburants renouvelables. Le programme écoÉNERGIE pour les biocarburants a également investi 1,5 milliard de dollars pour encourager la production de carburants renouvelables à travers le pays.

L’Initiative de démonstration nationale sur le diesel renouvelable (IDNDR) a montré que l’utilisation de biodiesel est viable même dans les climats froids. Les résultats de ces projets renforcent la confiance des fabricants et des utilisateurs dans les mélanges de biodiesel jusqu’à B5.

Conclusion

Le biodiesel offre une alternative durable et polyvalente au diesel fossile. Il permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre, de valoriser les déchets et de stimuler l’économie locale. Toutefois, il présente quelques défis, notamment en termes de compatibilité avec les moteurs anciens et de stockage en hiver. Grâce aux progrès technologiques et au soutien gouvernemental, le biodiesel pourrait devenir un pilier majeur de la transition énergétique mondiale.

Pour ceux qui cherchent à adopter un carburant plus écologique, le biodiesel constitue une solution fiable, avec l’avantage supplémentaire de pouvoir être utilisé dans les infrastructures existantes.