Un webinaire sur les ETF vante l'intérêt d'utiliser du diesel renouvelable, du biodiesel et des additifs pour décarboner

Un récent webinaire du Engine Technology Forum (ETF) qui a abordé diverses innovations dans les moteurs à combustion interne (IC) s'est concentré sur tout, des sources de carburant à l'efficacité en passant par les émissions.

« Aujourd'hui, le moteur à combustion interne est le moteur de secteurs clés de notre économie mondiale », a déclaré Allen Schaeffer, directeur exécutif de l'ETF, « de l'agriculture aux applications industrielles en passant par les transports publics, le rail et le camionnage. »

Il a ajouté que les moteurs à combustion interne sont essentiels à l'économie américaine et à l'avenir énergétique du pays. « Et cela pour plusieurs raisons que nous allons aborder aujourd'hui : l'efficacité accrue de la technologie, sa capacité à réduire encore davantage les émissions et le rôle des carburants durables et renouvelables dans ce projet d'avenir. »

La première partie du webinaire était consacrée aux carburants renouvelables. Steve Howell, associé fondateur du cabinet de conseil Marc-IV (M4) et président du groupe de travail sur le biodiesel de l'American Society of Testing and Materials (ASTM), a ouvert la discussion. Il a évoqué l'importance de la réduction des émissions de carbone à court et à long terme grâce à l'utilisation de carburants diesel issus de la biomasse, notamment le diesel renouvelable et le biodiesel.

Énergie solaire liquide

Selon Howell, l'industrie du diesel à base de biomasse a initialement été motivée par la nécessité de valoriser les excédents d'huile de soja. L'accent a ensuite été mis sur l'indépendance énergétique. Aujourd'hui, cependant, la situation a changé.

« Le principal moteur actuel est le carbone », a déclaré Howell. Il a expliqué que pour le diesel issu de la biomasse, la culture de matières premières extrait le dioxyde de carbone (CO₂) de l'air. La combustion du carburant rejette du CO₂ dans l'atmosphère.

« On observe une réduction nette du carbone dans l'atmosphère d'environ 70 % sur l'ensemble du cycle de vie », a déclaré Howell. « Nous partons du principe que toute l'énergie utilisée pour cultiver et produire le carburant provient d'une source fossile. Ainsi, à mesure que nous décarbonerons l'énergie, cette réduction du CO2 sur l'ensemble du cycle de vie approchera la neutralité carbone. »

Il a ajouté que l’industrie a tendance à considérer le diesel à base de biomasse comme une « énergie solaire liquide » car « l’énergie du soleil produit le carburant, et nous le stockons dans un carburant plutôt que dans une batterie ».

Valeur temporelle du CO2

En ce qui concerne la réduction des émissions de CO2, Howell a expliqué que c'est la valeur temporelle du carbone qui rend l'effort si urgent.

« Le carbone s'accumule dans l'atmosphère », a-t-il déclaré. « Le carbone que nous rejetons aujourd'hui sera toujours présent l'année prochaine. Le carbone que nous avons rejeté les deux années précédentes sera toujours présent. Il y a donc une accumulation de carbone dans l'atmosphère. Et pour chaque cinq ans de retard, nous devons réduire nos émissions de carbone de 13 fois pour obtenir le même impact climatique. »

Selon Howell, réduire les émissions de CO2 aujourd'hui sera plus bénéfique qu'attendre l'arrivée de nouvelles technologies. C'est également la raison pour laquelle l'utilisation de carburants diesel issus de la biomasse a connu une croissance aussi spectaculaire ces dernières années.

« La consommation de l'industrie a considérablement augmenté, surtout au cours des 15 dernières années », a déclaré Howell, soulignant la croissance de tous les carburants issus de la biomasse, y compris le carburant d'aviation durable et le fioul de chauffage renouvelable. « En 2010, nous produisions environ 200 millions de gallons de carburant. L'année dernière, nous en avons produit plus de 4,5 milliards de gallons, et le diesel renouvelable a commencé à pénétrer le marché. Aujourd'hui, en Amérique du Nord, nous sommes à environ 50/50 pour le diesel renouvelable et le biodiesel. »

Selon Howell, la vision à long terme de l’industrie est de dépasser 6 milliards de gallons de carburant à base de biomasse d’ici 2030 et d’atteindre 15 milliards de gallons d’ici 2050.

« Nous disposons actuellement d'une capacité de production supplémentaire de matières premières suffisante pour produire environ 1,8 milliard de gallons supplémentaires », a-t-il déclaré. « À l'avenir, nous envisageons d'accroître les rendements des huiles végétales, de développer la trituration nationale [pour la transformation des oléagineux], d'accroître la quantité d'huiles de cuisson usagées et d'autres produits que nous utilisons, soit de nouvelles applications. »

Autres avantages liés à la biomasse

Outre la décarbonation, le biodiesel et le diesel renouvelable offrent d'autres avantages aux moteurs, notamment la réduction des particules fines (PM).

« Le taux d'émissions de particules est très faible, grâce au système de post-traitement », a déclaré Howell. « Mais nous constatons une réduction des émissions de particules hors moteur. Le B20 présente une réduction assez importante des émissions de particules hors moteur. Cela pourrait même réduire la fréquence de régénération du filtre à particules diesel (FAP), ce qui pourrait avoir un impact positif à long terme sur les systèmes à l'avenir. »

Il a ajouté que, comme le diesel renouvelable est à peu près similaire au biodiesel B20, il est également susceptible de produire ces réductions de particules.

Un autre avantage souligné par Howell concernait la lubrification.

« Lorsque nous avons éliminé le soufre du diesel, le diesel renouvelable et les carburants pétroliers conventionnels ont tous deux eu besoin d'un additif lubrifiant », a déclaré Howell. « Et le biodiesel peut être cet additif lubrifiant. Une lubrification accrue permettrait de réduire l'usure des pièces du moteur et des pompes à carburant. Ainsi, les combinaisons de ces carburants connaissent un véritable essor et une pénétration croissante sur le marché. »

Mary Dery, directrice technique des additifs de performance chez Innospec, une société de produits chimiques spécialisés, a suivi Howell dans sa présentation et a fait écho à ces avantages supplémentaires.

« Les propriétés lubrifiantes ont changé », a-t-elle déclaré. « Les propriétés d'oxydation ont également évolué. Parmi les avantages, on peut citer une réduction de l'encrassement des injecteurs et, plus généralement, des émissions de particules. »

Assistance additive

D'après l'expérience de Dery, les moteurs diesel existants fonctionnant avec du carburant diesel traditionnel à très faible teneur en soufre (ULSD) peuvent se décarboner grâce à l'utilisation d'additifs de carburant appropriés.

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Par exemple, Dery a déclaré que sur le terrain, l'ULSD non traité peut entraîner un encrassement des injecteurs, ce qui conduit à une faible efficacité énergétique et à la nécessité de régénérer le DPF plus fréquemment, parfois au ralenti.

« Au final, vous consommerez plus de carburant, ce qui signifie que vous produirez plus de dioxyde de carbone », a-t-elle déclaré. « Vous produirez beaucoup plus d'hydrocarbures et de particules fines. »

Une solution à ce problème consiste à utiliser du carburant traité, qui contient une variété d’additifs :

• Améliorants de lubrification
• Améliorants d'écoulement à froid (CFI)
• Inhibiteurs de corrosion (IC)
• Détergents, également appelés additifs de contrôle des dépôts (DCA)

De tels additifs peuvent nettoyer les injecteurs de carburant et les maintenir propres.

« Cela signifie que ces trous restent ouverts, complètement ouverts », a expliqué Dery, ajoutant : « Vous obtenez une meilleure combustion et une consommation de carburant plus faible. Vous verrez moins de dépôts dans le FAP. Un FAP sera plus propre plus longtemps. Vous consommerez moins de carburant et, au final, vous réduirez vos émissions. »

À titre d’exemple, Dery a évoqué un essai réalisé sur un tracteur agricole qui comptait plus de 1 800 heures de fonctionnement et qui présentait de graves dépôts sur les injecteurs suite à l’utilisation de carburant diesel non traité.

« Après seulement 100 heures de fonctionnement avec un additif détergent dans le carburant, les dépôts autour des trous ont disparu », a-t-elle déclaré. « Grâce à cela, nous avons réduit les émissions de NOx de 30 %. » Dery a ajouté que les émissions de PM2,5 ont également diminué de 34 %.

Un autre test a impliqué un véhicule routier — un Mercedes Sprinter 2019 — sur lequel Innospec a réalisé une étude de chargement du DPF.

« Nous avons pris du carburant non traité, l'avons fait rouler dans un fourgon Sprinter et avons mesuré le temps nécessaire à la saturation du FAP, nécessitant une régénération à l'arrêt », a expliqué Dery. Le résultat était d'environ trois heures avant la régénération.

« Lors du premier traitement, après ajout de carburant traité avec des additifs anti-détergents, nous avons prolongé l'intervalle de régénération du FAP de près d'une demi-heure », a-t-elle expliqué. Après trois traitements ultérieurs, l'intervalle de régénération du FAP a dépassé cinq heures, soit une augmentation de 77 %.

Dans le secteur minier souterrain, Dery a présenté un essai de 24 véhicules fonctionnant pendant quatre mois avec de l'ULSD non traité. L'utilisation d'ULSD traité pendant quatre mois a ensuite permis d'améliorer la consommation de carburant de 4,6 % et de réduire de 14 % les émissions de monoxyde de carbone (CO).

Additifs + Diesel à base de biomasse

Dery a résumé ces développements en disant que les propriétaires de flottes et les propriétaires d'équipements/véhicules peuvent réduire les émissions de leurs véhicules alimentés au ULSD en utilisant des additifs diesel.

« Aucune technologie sophistiquée n'est requise », a-t-elle déclaré. « Ils peuvent utiliser du biodiesel en combinaison avec un détergent diesel pour réduire considérablement les émissions de CO2 et de particules. »

Elle a ajouté que la combinaison d’additifs avec un passage au diesel à base de biomasse peut avoir un impact encore plus spectaculaire.

« En combinant le biodiesel ou le diesel renouvelable avec un détergent pour diesel, vous obtiendrez une réduction de 50 à 70 % des émissions de CO2 avec le biodiesel et de 3 à 6 % supplémentaires avec votre détergent pour diesel », a déclaré Dery. « Et nous parlons désormais d'une réduction de 80 % des émissions de CO2. »