Abstract :
[fr] Les défis auxquels l'humanité est confrontée sont clairs : nous devons réduire la consommation de ressources fossiles et les remplacer par des technologies viables. Cela implique également l'utilisation de matières premières durables dans l'industrie chimique, telles que les matières premières d'origine biologique ou le dioxyde de carbone de l'atmosphère. De nombreuses publications font référence aux différentes options en ce qui concerne les matières premières et les technologies à utiliser. Mais la raison pour laquelle l’une des nombreuses options est plus prometteuse qu'une autre n'est pas toujours évidente.
Afin d'obtenir un aperçu réaliste, ce changement de matière première nécessaire à l'industrie chimique est directement lié aux défis généraux de l'humanité, à savoir le changement climatique, la transition énergétique durable et la faim dans le monde. Pour l'évaluation, les données accessibles au public ont été utilisées et mises en relation.
Les demandes et les productions de déchets par habitant multipliées par la population mondiale déterminent les besoins globaux en ressources et les quantités de déchets produits. Ainsi, la population mondiale définit les besoins totaux et des résidus associés au bien-être de l'homme. La population mondiale est donc un facteur clé dans l'élaboration des scénarios de l'avenir. Les études utilisent généralement les projections de la population mondiale établies par l'ONU[1], qui sont mises à jour environ tous les deux ans. Malheureusement, ces projections ont lentement augmenté au fil du temps. Si l'on tient compte de l'augmentation continue entre les révisions, il s'avère qu'en 2050, environ 11,6 milliards de personnes sont à prévoir comme scénario réaliste. Cette limite supérieure s'écarte fortement des 9,77 milliards d'habitants habituellement supposés, selon les projections les plus récentes et les plus probables de l'ONU. En conséquence, la demande de ressources en 2050 pourrait être de 20 % supérieure aux prévisions habituelles. L'écart entre les projections augmente essentiellement de façon exponentielle avec le temps. L'une des raisons de cet écart est l'ignorance, c'est-à-dire l'impossibilité fondamentale de prédire l'avenir, par rapport aux incertitudes, qui peuvent en principe être quantifiées.
Des scénarios de transition énergétique durable, il ressort que le système énergétique doit être décarboné d'ici 2050, si l'on veut atteindre l'objectif climatique de 1,5°C, et d'ici 2075, si 2,0°C doivent être atteints. Il ne s'agit là que de la décarbonisation nette impliquant l’utilisation de technologies dites d'émission négative, qui éliminent le dioxyde de carbone de l'atmosphère. Malheureusement, en raison de la forte croissance de la population mondiale, il ne sera pas possible de le réaliser via les BECCS (bioénergie avec captage et stockage du carbone) ou les AR (boisement et reboisement) comme proposé souvent [2]. Cependant cela signifie que la décarbonisation doit être pratiquement achevée dans les prochaines décennies. Les scénarios indiquent également une grande vulnérabilité économique pendant la période de transition. En effet il faut s'attendre à ce que le prix et la disponibilité des matières premières fossiles soient très volatils. D'un point de vue technique, par exemple, les raffineries ne peuvent pas être exploitées en deçà d'un certain débit, ce qui contribue également à la déstabilisation potentielle des économies qui s’ajoutent aux défis de la restructuration des grands secteurs économiques comme l'industrie automobile et chimique.
Le changement de matière première dans l'industrie chimique doit être réalisé dans un laps de temps aussi court. En principe, la biomasse peut être utilisée afin de fournir les matières premières pour des produits chimiques majeurs comme les polymères. Les technologies pour bon nombre des étapes requises ont déjà été réalisées techniquement et se sont avérées économiquement réalisables. Malheureusement, afin de produire de la biomasse pour la production de biomatériaux et des biocombustibles, utilisés pour le moment pour des applications limitées, il faudrait une superficie de culture excessive. Cela fait concurrence à la production alimentaire. Alternativement, le dioxyde de carbone peut être capturé de l'atmosphère par adsorption ou absorption. Malheureusement, ces technologies ne se sont pas encore avérées économiquement viables à plus grande échelle. D'autre part, la conversion ultérieure du dioxyde de carbone en produits chimiques a déjà été réalisée sur une échelle de 5000t/an. Le captage et la conversion du dioxyde de carbone présentent l'avantage de ne pas nécessiter l'utilisation de terres fertiles et donc de ne pas concurrencer la production alimentaire.
Ces défis sont mis en relation quantitative. En outre, les principales voies de transformation des différentes matières premières d'origine biologique vers les différents intermédiaires majeurs sont évaluées en détail en considérant l’aspect exergétique. Cela permet par exemple de distinguer les différentes générations de biomasse utilisées en fonction de leur faisabilité. Il s'avère que l'utilisation exclusive de biomasse de troisième génération, c'est-à-dire les déchets de la production alimentaire, ne permettra pas de répondre à la demande, si l'on ne considère que la fraction disponible est d'environ 30%. Cela signifie qu'une bioéconomie sera inévitablement en concurrence avec la production alimentaire. En ce qui concerne la biomasse de première et de deuxième génération, c'est-à-dire les composants alimentaires comme l'amidon ou le sucre et la biomasse non comestible comme l'herbe ou le bois, une certaine superficie est nécessaire à la culture. Il parait donc plus efficace d’utiliser la biomasse de première génération. En effet, les procédés de transformations sont plus simples, la demande d’énergie est plus faible et le rendement est plus intéressant.
Outre ces évaluations techniques, la comparaison des principales influences montre également l'importance des aspects comportementaux. Il s'agit notamment de la fertilité, c'est-à-dire du nombre d'enfants par femme, et des habitudes alimentaires par rapport aux produits d'origine animale. En conséquence, les choix faits individuellement contribuent également à déterminer la situation dans laquelle, premièrement, une superficie suffisante de culture sera disponible pour mettre en œuvre une bioéconomie techniquement prouvée, ou alors, deuxièmement, une situation qui nous obligera à recourir à l'économie du dioxyde de carbone avec tous les défis économiques et techniques non encore résolus, si un approvisionnement alimentaire suffisant doit être assuré pour tous.
MOTS-CLÉS DU THÈME
matériaux biosourcés, biocarburants, métrique du développement durable
MOTS-CLÉS LIBRES
durabilité, exergie, bilans, population mondiale, concours de terrains.
RÉFÉRENCES
[1] https://population.un.org/wpp/ (accessed 27.03.2019)
[2] IPCC 2018 Global Warming of 1.5 °C. Special Report. www.ipcc.ch/sr15/ (accessed 04.03.2019).
