TPE : Les biocarburants

« Une fabrication artisanale en chauffant les réactifs (= ingrédients) et en utilisant un catalyseur peut prendre 6 à 12 heures.L'huile de colza raffinée est composée de triester d'acides gras.

On fait donc réagir 3 molécules de méthanol par triester.

Voici l'équation bilan de la réaction avec lesformules développées des molécules.Autrement dit, 1 mole de trilinoléate de glycéryle réagit avec 3 moles de méthanol pour donner 3 moles d'EMHVet 1 mole deglycérol Sur le schéma ci- dessus, le trinoléate a pour formule R-COOH avec R = C17H31.Les réactions intermédiaires : 1) Concrètement, le catalyseur, ici la soudeNaOH(s), réagit avec le méthanol (après dissolution) pour former l'ion méthanoate.

En effet, cette réaction étant acidobasique, l'ion hydroxyde va arracher à l'alcoolun proton H : CH3OH(l) + HO- (aq) CH3O- (aq) + H2OMéthanol hydroxyde méthanoate eau2) Puis, l'ion formé réagit immédiatement avec le trinoléate deglycéryle qui est composé de trois fonctions ester (d'où l'appellation « triester »), ici en bleue.

Il faudra donc trois ions méthanoate pour casser la molécule : l'élémentO du méthanoate va agir sur la liaison C--O (en rouge) de l'huile.

Il se forme alors l'ester méthylique attendu, ainsi que la base conjuguée de l'acide lactique, l'ionlactate.

Voici la l'équation de cette réaction, sous forme semi- développée : |3) Enfin, une mole de lactate va réagir avec trois moles d'eau dont le proton H+ va venir se « coller » à une liaison --O- de cet ion (en rouge) afin de former alors duglycérol (ainsi neutre), et trois moles d'ion hydroxyde.

Cette réaction est également acido basique.Pour obtenir l'équation- bilan de la réaction, il suffit d'additionnerles réactifs et les produits des réactions intermédiaires un à un : Durant toutes ces étapes, l'ion Na+(aq) est spectateur, il ne fait qu'assurer l'électronégativité de lasolution.Expérience : Nous avons tenté, en laboratoire, à l'aide de notre professeur de chimie et du mécanicien de fabriquer de l'EMHV.Réactifs : * V1 = 200 mld'huile végétale (colza), ρ1 = 0, 82 g.

cm-3, M1 = 878, 0 g.

mol-1 * V2 = 30 ml de méthanol, ρ2 = 0, 79 g.

cm- 3, M2 = 32, 0 g.

mol-1 * 1 à 2 spatules de pastillesde soude, m3 = ?, M3 = 40, 0 g.

mol-1.Calcul des quantités de matière des réactifs : n1 = m1/M1Quantité de matière n1 du trinoléate :m1 = ρ1.

V1Or = =200.10-3 x 0, 82 .

10-3 = 200 x 0.

82 = 164 = 16.

101 g.On en déduit n1 = 16.

101/878 = 0, 19 molOn procède de la même manière pour calculer la quantitéde matière n2 de méthanol : n2 = 0, 74 mol.Quantité de matière n3 de soude : n3 = m3/M3 = ??Le méthanol étant inflammable et toxique, nous avons du porter desgants, des lunettes et travailler sous hotte.

Il était nécessaire d'éviter tout contact ave la peau, toute ingestion ou inhalation.Mode opératoire :-Préparation duméthanoate : * Introduire dans un erlenmeyer le volume V2 de méthanol, et les pastilles de soude.

(1) * Agiter pour dissoudre les cristaux de soude (2) Réactionexothermique ! (qui dégage de la chaleur)- Fabrication de l'EMHV : * Chauffer légèrement l'huile (environ 50°-55°C) (3) * Ajouter le méthoxyde de sodium (4) *Boucher et agiter (environ 1 à 2 minute) (5) * Chauffer (environ 60° C) (6)Transvaser rapidement (sans attendre que le glycérol se fige) le mélange dans le récipientfinal qui devra être fermé hermétiquement.

(7) || L'EMHV est essentiellement produit en Europe : en Allemagne il constitue 44 % du marché, en France 22 %, et en Italie 17 %.Cette ester sera mélangée avec du gazole classique, formant alors le Diester utilisable dans les moteurs Diesel.B) Un progrès sur tous les plansSelon une étude Ecobilan PriceWaterHouse, les performances énergétiques du biodiesel de colza et de tournesol sont les suivantes : respectivement 0.34 mégajoule(MJ) et 0.32 MJ consommés par MJ de biodiesel produit contre 1,10 MJ/MJ de gazole.

Il faudra donc trois fois moins d'énergie fossile pour produire un litre d'estersméthylique de colza et de tournesol qu'un litre de gazole.Il existe une autre manière ce calculer ces performances.

Il s'agit du bilan énergétique.

Il compare l'énergie qu'il libère lors de sa combustion et l'énergie nécessaire àsa production (lors de sa culture pour les végétaux ou de son extraction pour les hydrocarbures, puis lors de sa transformation en produit fini et de son transport versles points de distribution).

C'est seulement lorsque le rapport est supérieur à 1 que l'on peut dire que le bilan est positif.

: Le carburant est efficace.

Curieusement, cebilan est négatif pour le gazole : il s'établit à 0, 9.

Il est en revanche de 4, 7 pour le biodiesel : il y a 4, 7 fois plus d'énergie produite que d'énergie consommée.De plus, un hectare de colza cultivé pour fournir du carburant produit 1, 37 tonnes équivalent pétrole (tep) d'énergie.

Mais comme il en consomme 0, 5 (pour lafabrication des engrais dont il a besoin, le gazole du tracteur, la transformation des graines en huile), son vrai rendement est de 0, 87 tep.

Actuellement, c'est lemeilleur, ce qui fait du colza la plante la plus cultivée en France pour la production de biocarburants.Par ailleurs, l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe) et de la Direction des ressources énergétiques et minérales du ministère de l'Industrie(Direm) ont constaté que la substitution d'une tonne équivalent pétrole de biodiesel à du gazole « économise » environ 2,4 tonnes équivalent CO2, soit un gaind'environ 70 % par rapport aux carburants fossiles ! En gramme équivalent CO2 En effet, ce biocarburant émet sensiblement moins de fumée.

Pour un kilo de carburant produit et brûlé, le biodiesel rejette plus de cinq fois moins de gaz à effet deserre (dioxyde de carbone CO2, méthane CH4, et protoxyde d'azote N2O), qui contribuent aux changements climatiques, que le diesel classique.

Ajoutons que ledioxyde de carbone rejeté lors de sa combustion correspond à la quantité absorbée lors de la croissance des végétaux (la photosynthèse) De même, le diesel contenant2% de biodiesel émet 1, 6 % de gaz à effet de serre (GES) de moins que le diesel classique, et le biodiesel pur (réservé aux véhicules conçus à cet effet), 78 % demoins. Egalement, la quantité d'oxygène dans les molécules de biocarburant améliore leur combustion et diminue le nombre de particules dues aux hydrocarbures imbrûlés,ainsi que le monoxyde de carbone (CO).Ce biocarburant serait donc, en ce qui concerne l'environnement, un réel progrès. Quant à l'économie, sa fabrication constitue également une forme de « praticité ».

En effet, elle produit des résidus riches en protéine, les tourteaux de colza.

En fait,il s'agit de la partie solide restante après avoir retiré l'huile de la graine oléagineuse.

Ce co-produit, une fois transformé, sert à l'alimentation animale.Or, l'Union Européenne est déficitaire en matières riches en protéines :75 % de ses besoins sont importés d'Amérique du Sud, principalement sous forme de tourteaux de soja, qui sont alors remplacés par les tourteaux de colza.

De plus,une tonne de tourteau de colza est habituellement vendue à 150 €, tandis qu'une tonne de tourteau de soja est vendue 250 €.

Le Diester conduit donc à réduire notredéficit protéiqueOr, ||Le secteur de la chimie tire également profit.

Lors de la fabrication du biodiesel, un autre coproduit est synthétisé, la glycérine, recyclable dans l'industrie ducosmétique et de la pharmacie.Il est important de signaler que le nombre d'emplois créés ou maintenus au niveau agricole et industriel est évalué à 10, 5 par millierde tonnes pour la filière biodiesel.

Soit un total de 4300 emplois (en contant les autres filières) dont 90 % pour la filière huile en 2003, chiffre qui devrait tripler d'icifin 2008.L'utilisation du biocarburant de la filière huile a particulièrement intéressé les agriculteurs.

Quelques initiatives personnelles ont fleuri : Roule ma fleur, en Lozère ;Roule ma frite, à Marseille… Logo de l'association « Roule ma frite »L'huile végétale, qui se fige à 8°C, peut être utilisée sous réserve de quelques modifications dans les moteurs Diesel.

L'investissement de la mise en pratique s'élève à6000 euros.

Les fermes pourraient être totalement indépendantes sur le plan énergétique, et d'autre part employer les tourteaux de colza pour nourrir le bétail.Cependant, tout cela ne tient encore que du bricolage.Le Diester a des qualités physico-chimiques très voisines à celles du gazole ordinaire.

Les pétroliers appréciententre autres beaucoup ses qualités lubrifiantes.

Caractéristiques | Diester | Gazole |. »