Combien d’eau pour produire les biocarburants?

Illustration – L’eau douce, une ressource à préserver. (photo : Wikimedia Commons)

Un des principaux arguments mis de l’avant contre les biocarburants est la grande consommation d’eau douce pour les produire, du moins avec les technologies actuelles. Mais, en procédant de la bonne manière, les voitures hybrides branchables de demain vont consommer moins d'un litre d'eau par jour.

Prenons une voiture intermédiaire qui consomme normalement 8 litres d’essence par 100 kilomètres. Si on la fait fonctionner avec de l’éthanol à 85% (E85), la plus forte concentration commerciale, on aura alors besoin de 11,2 litres de E85 (incluant 9,6 litres d’éthanol) pour parcourir 100 km. La plus grande quantité requise est due au fait que l’éthanol ne contient que les 2/3 de l’énergie chimique de l’essence, pour un volume donné.

Maintenant, si pour produire ce carburant E85 on prend du maïs du Nebraska, on sait que ce maïs nécessite 780 litres d’eau d’arrosage par litre d’éthanol produit (voir mon livre Rouler sans pétrole pour plus de détails). À cela s’ajoute environ 4 à 5 litres d’eau par litre d’éthanol pour les besoins de l’usine de fabrication. Au total, 785 litres d’eau sont requis pour chaque litre d’éthanol produit.

Ainsi, notre voiture intermédiaire traditionnelle fonctionnant à l’éthanol E85 au Nebraska consomme 7500 litres d’eau par 100 km. Cela représente environ 4100 litres d’eau par jour pour quelqu’un qui parcourrait 20000 km par année. On comprend dès lors très bien pourquoi plusieurs environnementalistes ne sont pas chauds à l’idée!

Mais avant de jeter le bébé avec l’eau du bain, regardons comment on peut en arriver à consommer moins d’un litre d’eau par jour!

Pour cela, il faut bien entendu utiliser des cultures énergétiques qui n’ont pas besoin d’arrosage, comme les hautes herbes sauvages des prairies, dont le panic érigé (switchgrass). Nous avons vu dans un autre billet que ces herbes sauvages ont des racines de 3 mètres de profondeur très efficaces pour capter l’humidité du sol.

Par ailleurs, nous avons vu également, dans un autre billet, que les voitures hybrides branchables avancées vont consommer 4 fois moins de carburant que les voitures traditionnelles lorsqu’elles fonctionneront en mode carburant. Mais, puisque ces voitures de demain parcourront 80% de leurs kilomètres à l’électricité, elles vont en fait consommer 20 fois moins de carburant.

Or, nous avons mentionné plus haut qu’une voiture intermédiaire traditionnelle fonctionnant avec de l’éthanol à 85% nécessite environ 10 litres d’éthanol par 100 km. Les voitures hybrides branchables avancées de demain vont donc en avoir besoin que de 0,5 litres/100 km, en moyenne (20 fois moins), ce qui correspond à 0,28 litres d’éthanol par jour pour un kilométrage annuel de 20000 km.

Finalement, les nouvelles usines d’éthanol vont réduire leur consommation d’eau à environ 3 litres d’eau par litre d‘éthanol produit, grâce à des nouvelles technologies comme, entre autres, celle développée par la compagnie québecoise Vaperma. Cette compagnie innovante a mis au point des filtres moléculaires qui permettent de séparer l’eau de l’éthanol sans avoir à utiliser la distillation. Ils peuvent ainsi économiser jusqu’à 45% de l’énergie normalement utilisée dans une usine d’éthanol, tout en consommant moins d’eau. La diminution des émissions de CO2 est considérable également.

Illustration – Filtre moléculaire de la compagnie Vaperma pour séparer l’eau de l’éthanol sans distillation. Les filtres sont constitués de membranes polymériques sous forme de fibres creuses qu’on regroupe pour constituer les cartouches de filtration.

Par ailleurs, pour les filières thermochimiques (pyrolyse, gazéification) les usines de fabrication de biocarburants consomment, quant à elles, moins de 2 litres d’eau par litre de biocarburant produit.

Il y a également une nouvelle filière «hybride» thermo-biologique mis de l'avant par la compagnie Coskata, qui utilise des microorganismes pour transformer le gaz de synthèse (mélange de CO, H2 et CO2), issu d'un procédé thermique (gazéification), en éthanol. Selon Coskata, le procédé consomme moins d'un litre d'eau par litre d'éthanol produit! C'est moins que pour l'essence. Pour arriver à de telles performances, Coskata n'utilise pas de distillation mais un procédé de filtration moléculaire pour séparer l'eau de l'éthanol, sans doute similaire aux filtres de Vaperma. De plus, le procédé Coskata ne comporte pas de séchage des résidus, comme on en retrouve dans les usines traditionnelles d'éthanol, pour fabriquer le tourteau vendu comme supplément alimentaire protéiné à l'industrie du bétail. La distillation de la bière (mélange fermenté) et le séchage des résidus sont les deux procédés qui consomment le plus d'eau, par évaporation.

Illustration – Procédé thermobiologique de fabrication d'éthanol de la compagnie Coskata (source: Coskata).

Au bout du compte, notre voiture hybride branchable avancée parcourant 20000 km/an (dont 16000 km à l’électricité) va consommer moins d’un litre d’eau par jour, en utilisant des biocarburants à base de hautes herbes sauvages ne requérant pas d’arrosage, et fabriqués avec les bonnes technologies!

Pour relativiser cette consommation d’eau de notre voiture de demain, il est intéressant de connaître la consommation d’eau par kilogramme pour différents aliments. Le tableau ci-dessous résume les résultats qu’on retrouve dans le livre de David Pimentel et M.H. Pimentel, Food Energy and Society, CRC Press, 2008. On y constate qu’on a besoin de 43000 litres d’eau pour produire 1 kg de bœuf, soit plus de 6000 litres d’eau pour un steak de 150 grammes! Ce n’est donc pas le litre d’eau par jour de notre voiture qui va mettre en péril nos ressources d’eau douce. La portion trop importante de viande dans notre alimentation, et particulièrement de viande rouge, est beaucoup plus inquiétante à cet égard…

Illustration – Nombre de litres d’eau requis pour produire un kilogramme de différents aliments, selon les travaux de David Pimentel, professeur d’écologie et d’agriculture à l’Université de Cornell.

Y a t’il suffisamment de lithium pour les batteries de 1 milliard de véhicules hybrides branchables?

Illustration – Récolte de sel dans le Salar d’Uyuni en Bolivie, la plus grosse réserve de lithium de la planète (source : Wikimedia Commons)

L’arrivée sur le marché de batteries Li-ion très performantes a été, sans conteste, l’élément déclencheur de la révolution imminente dans les transports routiers. Mais, y a t’il suffisamment de lithium pour équiper un milliard de véhicules sur la planète, à terme?

Pour y répondre, il faut savoir, tout d’abord, que selon le US Geological Survey (USGS) , les réserves de base de lithium sur la planète sont estimées à 11 millions de tonnes métriques. Mais ces estimés ne tiennent pas compte des réserves de l’Argentine que la compagnie Orocobre a fait connaître récemment (3 millions de tonnes). Un rapport très instructif sur les réserves mondiales de lithium et les marchés est disponible sur le site de cette compagnie. Ce rapport réalisé par Martin Place Securities peut être téléchargé en cliquant sur la «News» du 31 mars 2008 du projet Olaroz. Du côté des Etats-Unis, la compagnie Western Lithium effectue présentement l’expertise géologique d’un important dépôt argileux de lithium au Nevada, à King Valley. La réserve estimée est de 2,08 millions de tonnes de lithium (11 millions de tonnes de carbonate de lithium, Li2CO3) et elle n’est pas comptabilisée non plus dans l’évaluation du USGS. En actualisant l’évaluation USGS, on arrive donc a des réserves de base globales de 16 millions de tonnes de lithium.

Par ailleurs, le USGS rapporte une production annuelle mondiale de lithium de 25000 tonnes pour 2007. À ce taux d’exploitation, on en aurait pour plusieurs centaines d’années. Cette situation d’abondance et le très faible prix du lithium, jusqu’à récemment, n’ont évidemment pas stimulé l’exploration de nouveaux gisements. On peut donc s’attendre à ce que les réserves mondiales soient plus élevées que 16 millions de tonnes.

Maintenant, dans le rapport Martin Place Securities mentionné plus haut, on apprend que le taux de récupération du lithium à partir des réserves est de l’ordre de 50%, en moyenne. Ainsi, en comptant 16 millions de tonnes de réserves on aurait 8 millions de tonnes de lithium de disponible pour l’industrie.

Les réserves de lithium se retrouvent à 75% sous forme de sel, principalement du carbonate de lithium qu’on récupère à même des déserts de sel. Les principaux se retrouvent en Amérique du Sud (photo du début) et également au Tibet. Le carbonate de lithium est la matière première utilisée par l’industrie des batteries (5,3 kg de carbonate donnent 1 kg de lithium).

À présent, pour une voiture hybride branchable intermédiaire, une batterie donnant une autonomie de 100 km en mode électrique nécessite présentement de stocker 20 kWh d’énergie électrique. Par ailleurs, la compagnie LG Chem, qui fournit les batteries Li-ion pour la Chevy Volt de GM, via sa filiale Compact Power, nous dit sur son site (dans la section Technology à la page FAQ) qu’ils ont besoin de 140 g de lithium par kWh de batterie, ce qui donne 2,8 kg de lithium pour 20 kWh, que nous arrondirons à 3 kg. Rappelons qu’avec ce 3 kg de lithium, une voiture intermédiaire parcourt aujourd’hui 100 km en mode électrique.

Par ailleurs, les voitures hybrides avancées des années 2020 vont être plus légères, plus aérodynamiques et vont être équipées de groupes de traction à moteurs-roues consommant moins d’énergie. Ces voitures intermédiaires de demain vont consommer environ 12 kWh/100 km au lieu du 20 kWh/100 km mentionné plus haut (voir mon livre Rouler sans pétrole). C’est donc plutôt 2 kg de lithium par voiture qu’il faudrait compter à l’horizon 2025. Ainsi, pour un milliard de véhicules (il y en a 800 millions présentement sur la planète), on aurait besoin d’environ 2 millions de tonnes de lithium, soit le quart des réserves mondiales de base, disponible après extraction.

Il y a donc suffisamment de lithium sur la planète pour des voitures hybrides branchables. Mais, si on voulait aller vers des voitures tout électriques avec des batteries de 400 km d’autonomie, là on aurait des problèmes. Il sera toujours préférable d’utiliser la plus petite batterie possible pour parcourir 80% de nos kilomètres.

Maintenant, il faut bien réaliser que les batteries Li-ion sont recyclables à plus de 95%. Les réserves finies de lithium ne peuvent donc se comparer aux réserves finies de pétrole, qui lui est totalement perdu dans un moteur à combustion interne.

Certains critiques de la mobilité électrique font également miroiter qu’environ les 60% des réserves mondiales sont situées en Amérique du Sud et qu’on se retrouve dans une situation similaire au Moyen-Orient pour le pétrole. Mais, comme le lithium prend de la valeur, on n’a pas fini de découvrir des gisements un peu partout. Le seul gisement de King Valley au Nevada, contient suffisamment de lithium pour 500 millions de voitures intermédiaires avancées avec une autonomie de 100 km en mode électrique.

Illustration – Un projet d’exploitation minière de la compagnie Canada Lithium Corporation, près de Val d’or au Québec, pourrait produire suffisamment de lithium pour équiper tous les véhicules canadiens d’une batterie donnant une autonomie de 100km en mode électrique. (source : Cadada Lithium Corporation)

La compagnie Canada Lithium Corp. compte également exploiter une ancienne mine près de Val d’or au Québec. On pense pouvoir en sortir l’équivalent de 55 millions de kg de lithium, une quantité suffisante pour 25 millions de voitures intermédiaires avancées avec une autonomie de 100 km en mode électrique, de quoi combler tous les besoins des Canadiens.

Où trouver les terres pour les biocarburants?

Illustration – L’industrie du bétail émet plus de gaz à effet de serre que tous les véhicules routiers de la planète. (photo : Wikimedia Commons)

Lorsqu’on parle de biocarburants, les gens craignent qu'on enlève des terres pour nourrir les humains et se disent que cela n’a pas de sens. Mais, essayons d’être objectifs et de s’élever au dessus de la mêlé pour «décompartimenter» notre gestion des terres sur la planète, et voir si on ne pourrait pas faire mieux.

Tout d’abord, selon un rapport des Nations-Unis publié en 2006, 70% des terres agricoles de la planète sont dédiées à l’industrie du bétail [H. Steinfeld et al., Livestock’s long shadow, Food and Agriculture Organization (FAO), Rome 2006]! Ces terres sont divisées en pâturages et en surfaces cultivées pour nourrir le bétail (33% des terres cultivées de la planète).

Par ailleurs, selon ce même rapport, l’industrie du bétail est responsable de 15% à 18% des émissions anthropogéniques de gaz à effet de serres (GES), exprimées en équivalent CO2. Mais, ce qu’il faut savoir c’est que l’ensemble des véhicules routiers de la planète sont responsables, eux, d’environ 12% à 13% des gaz à effet de serre (incluant les GES pour fabriquer les carburants). L’industrie du bétail émet donc PLUS de GES que les véhicules routiers!

Un autre élément à considérer également c’est qu'avec un hectare de terre arable on produit environ 25 kg de protéines animales de bœuf, alors qu’on produit 400 kg de protéines végétales de soya, 300 kg de protéines de riz et 150 kg de protéines de blé, avec ce même hectare. Sans compter que pour produire 1 kg de bœuf, ça prend plus de 40000 litres d’eau, soit plus de 6000 litres d'eau pour un steak de 150 grammes (voir le site de l’organisation Compassion In World Farming , en particulier le rapport The Global Benefits of Eating Less Meat, 2004)! L'excès de viande dans notre alimentation constitue donc un gaspillage éhonté de nos ressources planétaires en terre agricole et en eau douce, sans parler des autres ressources comme les carburants fossiles (gaz naturel pour les engrais et pétrole pour la machinerie).

Il faut connaître ces faits si on veut prendre des décisions éclairées quant à l’utilisation judicieuse de nos terres agricoles.

Dans mon dernier livre Rouler sans pétrole, je recommande de diminuer notre consommation de viande de 15% (un jour par semaine sans viande). Ce faisant, on libère plus de terres agricoles qu’on en a besoin pour produire en biocarburants l’équivalent de 5% des carburants pétroliers utilisés actuellement. Or 5% c’est tout ce qu’on a besoin, en provenance de cultures énergétiques, pour éliminer le pétrole des transports routiers (voir le billet précédent).

En terminant, il ne faut pas oublier qu’en réduisant un peu notre consommation de viande pour produire des biocarburants de deuxième génération, on diminue DOUBLEMENT les émissions de gaz à effet de serre, puisque l’industrie du bétail en émet plus que les véhicules routiers.