Ce qu'est le biodiesel et pourquoi il est important
Le biodiesel est un carburant composé de mono-alkyl esters d'acides gras à longue chaîne, dérivés d'huiles végétales, de graisses animales ou de graisses recyclées. Lorsque le méthanol est l'alcool réactif, le produit est plus précisément appelé esters méthyliques d'acides gras (EMAG). Le biodiesel peut être utilisé dans les moteurs à allumage par compression et les chaudières, souvent en mélange avec du gazole pétrolier ou du fioul domestique. Le nombre suivant le « B » dans la désignation d'un mélange indique le pourcentage volumique de biodiesel, le B20 contient 20 % de biodiesel en volume, le reste étant du carburant pétrolier.
La chimie fondamentale : la transestérification
Les triglycérides contenus dans l'huile ou la graisse réagissent avec un alcool pour produire des alkyl esters et du glycérol. La réaction stœchiométrique utilise trois moles d'alcool par mole de triglycéride et progresse par l'intermédiaire de diglycérides et de monoglycérides. La stœchiométrie décrit l'équilibre chimique, et non la charge en alcool propre à un réacteur particulier. Les voies catalytiques en milieu basique utilisent des catalyseurs tels que l'hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium ou des solutions de méthoxyde pour favoriser la réaction. L'huile et le méthanol se mélangent mal dans un premier temps, il est donc également important de mettre les phases en contact. Le mélange et la catalyse jouent des rôles distincts : un contact efficace ne remplace pas l'action chimique du catalyseur.
Matières premières et considérations relatives aux acides gras libres
Les matières premières principales comprennent l'huile de soja, le colza, la palme, les suifs animaux et les graisses recyclées. La teneur en acides gras libres (AGL) est une variable importante de la chimie de procédé. En catalyse basique, les acides gras libres réagissent avec le catalyseur alcalin pour former des savons plutôt que des esters, ce qui consomme le catalyseur et complique le traitement en aval. Dans le cadre d'une voie catalytique basique, les matières premières à haute teneur en AGL peuvent nécessiter un prétraitement. L'estérification en catalyse acide est l'une des façons de convertir les AGL en esters avant la transestérification. La teneur en eau est tout aussi importante : même de faibles niveaux d'eau augmentent la formation de savons et réduisent le rendement de la transestérification.
Traitement post-réactionnel et qualité du produit
Après la réaction, le mélange se sépare en une phase supérieure riche en esters et une phase inférieure riche en glycérol. La séparation et la récupération du méthanol sont des étapes de procédé distinctes dont l'ordre dépend de la conception de l'installation. Dans un procédé de lavage humide, la récupération du méthanol et le lavage à l'eau réduisent la teneur résiduelle en alcool, en catalyseur, en savons et en glycérol, le lavage est suivi d'un séchage. La norme ASTM D6751, norme américaine pour le B100, fixe des limites pour le glycérol libre (0,020 % en masse max), le glycérol total (0,240 % en masse max), l'eau et les sédiments (0,050 % en volume max), l'indice d'acide (0,50 mg KOH/g max), les cendres sulfatées (0,020 % en masse max) et le point d'éclair (93 °C min pour toutes les qualités, avec une exigence supplémentaire de contrôle de l'alcool satisfaite soit par ≤ 0,2 % en masse de méthanol, soit par un point d'éclair minimum de 130 °C). Les valeurs de spécification indiquées sont issues du résumé ASTM D6751 accessible au public sur l'AFDC.
Compatibilité des matériaux et stockage
Le biodiesel peut mobiliser les dépôts existants dans les réservoirs ayant préalablement contenu du carburant pétrolier. Le guide de manutention du NREL signale une formation accrue de sédiments au contact de métaux, notamment le plomb, l'étain, le laiton, le bronze et le zinc. La compatibilité dépend également des élastomères et des autres matériaux du circuit de carburant, ainsi que du mélange utilisé. L'adéquation des équipements doit donc être vérifiée plutôt que présumée sur la base d'un faible pourcentage de mélange. Le comportement à froid et la stabilité à l'oxydation sont des considérations importantes pour le stockage, ni une marge de température universelle, ni une promesse de durée de stockage unique ne s'appliquent à tous les carburants.
Considérations de sécurité pour les opérateurs
Les risques liés aux produits chimiques de procédé et les propriétés du carburant fini sont des considérations distinctes. Les catalyseurs alcalins peuvent absorber l'humidité pendant le stockage, ce qui affecte leurs performances et la qualité du produit. Une exigence de point d'éclair pour le carburant fini ne rend pas ce carburant inoffensif, et les mélanges nécessitent leur propre évaluation de manutention. Les chiffons imbibés de biodiesel peuvent constituer un risque incendie, notamment par échauffement spontané, il convient d'utiliser les procédures de manutention et d'élimination désignées par l'installation plutôt que d'improviser une procédure de lavage ou de séchage. Le personnel doit recevoir une formation sur les produits chimiques utilisés, les dispositions d'urgence et le fonctionnement correct des équipements de l'installation.