Effet de l’ajout de nouveaux biocarburants sur la durée de vie des carburants usuels – BioACE
La durée de vie des carburants usuels est limitée dans le temps car ils se transforment au contact de l’air (oxydation). Les biocarburants de nouvelle génération ont une durée de vie plus courte que ces carburants, ce qui est un frein à leur utilisation, notamment dans le transport aérien.
Mesures expérimentales et simulations de l’impact de l’ajout de biocarburants sur le vieillissement des carburants usuels.
La combustion du pétrole représente actuellement la plus grande part du bouquet énergétique européen et les projections du scénario de référence de l’UE montrent que ce sera toujours le cas en 2050. Ceci s’explique par la consommation énergétique de certains secteurs comme l’aviation ou le fret routier qui reposent sur des moteurs à combustion qu’il est très difficile, voire impossible, de remplacer par de l’énergie électrique. Bien entendu, l’utilisation de combustibles fossiles dans ces moteurs constitue une source majeure de gaz à effet de serre. C’est pourquoi l’UE encourage l’utilisation de carburants durables produits à partir de la biomasse (biocarburants) qui peuvent être, en principe, neutres en carbone, produits localement et opérationnels dans les moteurs actuels. Les biocarburants potentiels pouvant être produits à partir de différentes sources de biomasse sont nombreux et les conséquences de leur ajout sur le vieillissement (=oxydation lente du liquide) des carburants usuels sont souvent négatifs et restent imprévisibles. Ce projet visait à étudier et comprendre l’effet de l’ajout de différents biocarburants dans un carburant conventionnel sur son vieillissement.
Mesure expérimentale du vieillissement et simulation détaillée du phénomène.
Des outils expérimentaux et de modélisation ont été utilisés pour comprendre la chimie du vieillissement des mélanges de (bio)carburants. Les expériences de vieillissement ont été réalisées dans un autoclave chauffé pour accélérer le phénomène de vieillissement. Pour simuler le vieillissement mesuré, des modèles ont été développés. Ces modèles contiennent des milliers de réactions qui décrivent la chimie de vieillissement au niveau de la molécule. Ils permettront de simuler les données de l’autoclave et de comprendre la chimie de vieillissement. Ceci représente un défi considérable car aucun modèle pour le vieillissement de tels mélanges n’est disponible dans la littérature. En effet, cette modélisation reste un objectif inatteignable depuis longtemps dans la littérature : pour chacune des milliers de réactions et d’espèces qui composent le modèle, il convient de fournir des données pour calculer les vitesses et les équilibres des réactions qui constituent la chimie de vieillissement. Or, il existe très peu de données dans la littérature et les valeurs de ces milliers de données du modèle changent pour chaque (bio)carburants et leurs mélanges ! Des outils basés sur la chimie théorique et les équations d’état ont été développé pour relever ce défi.
Résultats majeurs du projet
Des biocarburants de différentes familles (différentes structures chimiques) ont été étudiées : alcool, cétone et éther. Nous avons montré que les biocarburants de type alcools augmentent la résistance au vieillissement d’un carburant usuel typique, contrairement aux autres familles qui diminuent cette résistance. Des outils basés sur des équations d’état et la chimie théorique ont permis de proposer l’unique méthode de la littérature pour le calcul haute-fréquence et précis de milliers de données de vitesse et d’équilibre des réactions chimiques de vieillissement. Cette approche a permis de simuler et de comprendre à l’échelle de la molécule le vieillissement de mélanges biocarburants/carburant usuel.
Perspectives
Le projet a permis le développement d’outils de modélisation capables de prévoir l’impact de différents biocarburants sur la résistance de carburants usuels. Les perspectives de développement assisté par ordinateur d’antioxydants, capables de ralentir le processus de vieillissement des biocarburants fait partie des perspectives prometteuses de ce travail pour favoriser l’utilisation des biocarburants, notamment dans le secteur aérien. Ce projet a également permis d’initier un projet européen Ces résultats ont permis la construction projet européen ERC Consolidator Grant BioSCOPE qui va examiner l’effet du vieillissement de (bio)carburants sur l’efficacité des moteurs et les polluants émis en sortie de moteur. Cette source potentielle de polluants supplémentaires reste totalement inexplorée dans la littérature.