Panel Biocarburant Cercle Royal Gaulois - L. Demiddeleer
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Panel Biocarburant
Cercle Royal Gaulois
19 janvier, 2009
L. Demiddeleer
Potentiel Industriel des Micro-Algues
Sommaire 1. Introduction 2. La culture industrielle des micro-algues 3. Les applications industrielles actuelles 4. Les enjeux de la R&D 5. Conclusions Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009
La biodiversité micro-algale
¾ 40 000 espèces, dont 100 étudiées et une dizaine exploitée
¾ Famille comprenant des micro-organismes eucaryotes uni ou oligo-
cellulaires, des cyanobactéries (Spiruline) et autres bactéries
photosynthétiques
¾ Développement dans des conditions de culture simples (eau, sels et
nutriments) à partir du gaz carbonique atmosphérique et d’une source
d’énergie lumineuse (photosynthèse)
¾ Cette biodiversité micro-algale élargie est une réelle opportunité pour
découvrir de nouvelles molécules d’intérêt et de nouvelles applications
industrielles
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009
Propriétés des micro-algues
¾ Rendement photosynthétique beaucoup plus élevé que celui des plantes
terrestres
¾ Rendement de croissance à l'hectare supérieur à celui des plantes
terrestres (doublement de la biomasse en 24 h)
¾ Pas de compétition avec l’approvisionnement alimentaire
¾ Utilisation possible d’une source de CO2 industrielle pour la culture de
micro-algues
¾ Possibilité de récolte en continu
¾ Pas d’apports de produits phytosanitaires
¾ Impact faible sur les ressources en eau fraîche, utilisation possible d’eau
de mer et d’eaux usées
¾ Nombreux sous-produits valorisables: pigments, lipides, protéines…
¾ Production à partir de micro-algues de « building-blocks » pour l’industrie
chimique
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009
Sommaire 1. Introduction 2. La culture industrielle des micro-algues 3. Les applications industrielles actuelles 4. Les enjeux de la R&D 5. Conclusions Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009
Principe de culture des micro-algues
Lumière
Lumière
Récolte de
CO Nutrition
Nutrition
CO22 la biomasse
Bassins de &
culture Système de
Eau Santé
Eau&&nutriments
nutriments type open séparation Santé
pond
ou
Produits
Produits
Photobio- Energie
Energie
réacteurs
(PBR) Système
d’extraction
Crédits
CréditsCO
CO22
Souches de
Souches
Micro- de
Micro-
Ferme
Fermede
deculture
culturede
deMicro-Algues
Algues
Algues Micro-Algues
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009
Les systèmes de culture de micro-algues
Systèmes ouverts Systèmes confinés type
type open pond photobioréacteurs
Avantages Inconvénients Avantages Inconvénients
¾ Faibles ¾ Grandes surfaces ¾ Productivité ¾ Investissements
investissements nécessaires élevée élevés
¾ Faibles coûts ¾ Sensible aux ¾ Possibilité de ¾ Coûts
d’exploitation conditions cultiver des d’exploitation
¾ Technologie climatiques souches sensibles élevés
simple ¾ Exposé à des ¾ Installation ¾ Technologie
¾ Exploitation influences compacte complexe
actuelle à grande externes; besoin permet le ¾ Peu d’exploitation
échelle en souches couplage avec à grande échelle
¾ Volumes robustes émetteur de CO2 ¾ Volumes
importants faibles/modérés
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009
Culture de micro-algues en systèmes ouverts 1/2
¾ Production de β-carotène à partir de Dunaliella salina en open pond non agité (faible
productivité)
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009
Culture de micro-algues en systèmes ouverts 2/2
¾ Open ponds agités par roue à aube: principaux systèmes utilisés
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009Culture de micro-algues en systèmes confinés
¾ Photobioréacteurs (tubulaires ou en sacs) pour la culture intensive de micro-
algues
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009Sommaire 1. Introduction 2. La culture industrielle des micro-algues 3. Les applications industrielles actuelles 4. Les enjeux de la R&D 5. Conclusions Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009
Nutrition Santé 1/2
Les pigments caroténoïdes
¾ Marché mondial 2007: 988 millions US $, croissance annuelle > 3%
¾ Drivers du marché: vieillissement de la population, allégations bien-être
et santé des produits, remplacement des produits de synthèse par des
produits naturels
¾ Molécules cibles pouvant être apportées par les micro-algues:
astaxanthine, β-carotène, lutéine, canthaxanthine …
Les oméga- 3
¾ Marché mondial 2007: 700 millions US $, croissance annuelle > 20% ;
oméga-3 issus à 85% d’huiles de poissons marins
¾ Drivers du marché: allégations nutrition/santé et l’absence de sources
d’approvisionnement pour les 5 ans à venir
¾ Molécules cibles: DHA, EPA…
Les micro-éléments
¾ Marché mondial 2007: micro-algues enrichies en Sélénium > 200 millions
US $
¾ Drivers du marché: allégations nutrition/santé (anti-vieillissement),
nutrition animale
¾ Cibles: Sélenium…
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009Nutrition Santé 2/2
Les acteurs industriels
Taille de l’usine
(Volume du marché)
10 000 t/a
(et plus)
Earthrise Nutritionals (California, USA)
Earthrise Nutritionals (California, USA)
Cognis Nutrition and Health (Australia)
Cognis Nutrition and Health (Australia)
Cyanotech Corporation (Hawai, USA)
Cyanotech Corporation (Hawai, USA)
Nature Beta Technologies Ltd (Japan)
Nature Beta Technologies Ltd (Japan)
Taiwan Chlorella Manufacturing Ltd (Taiwan)
Taiwan Chlorella Manufacturing Ltd (Taiwan)
Hainan Simai (China)
1 000 t/a Hainan Simai (China)
Myanmar Pharmaceutical Factory (Myanmar)
Myanmar Pharmaceutical Factory (Myanmar)
Desert Fruit (Namibia)
Desert Fruit (Namibia)
Algatechnologies Ltd (Israël)
Algatechnologies Ltd (Israël)
BPS/Roquette (Germany)
BPS/Roquette (Germany)
Novagreen (Germany)
Novagreen (Germany)
Nutrition humaine et Mera Pharmaceuticals (Hawai, USA)
Mera Pharmaceuticals (Hawai, USA)
animale Subitec GmbH (Germany)
100 t/a Subitec GmbH (Germany)
Yamaha Motor Co. Ltd (Japan)
Yamaha Motor Co. Ltd (Japan)
Dainippon Ink and Chemicals (Japan)
Dainippon Ink and Chemicals (Japan)
Molécules à haute Martek Biosciences Corporation (USA)
Martek Biosciences Corporation (USA)
valeur ajoutée Nutrinova (Germany)
Nutrinova (Germany)
Santé Spectra Stable Isotopes (USA)
Spectra Stable Isotopes (USA)
Agro food Greentech (Fr)
Greentech (Fr)
Cosmétiques... Algetech Indiustrier AS (Norway)
Algetech Indiustrier AS (Norway)
Coût du
Open ponds Photobioréacteurs capital &
Productivité
Valeur Produit
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009Biocarburants 1/2
Des questions économiques et politiques conduisent à la recherche d’un carburant
de troisième génération
¾ Cible de l’UE pour les carburants renouvelables dédiés au transport: 10%
de la consommation totale à atteindre en 2020 vs 2% en 2008
¾ Baisse des réserves de pétrole, demande croissante, volatilité des cours
¾ Biocarburants de première génération (agricoles) ont provoqué une
hausse considérable du prix des matières premières et des denrées
alimentaires
¾ Prix compétitifs des huiles micro-algales par rapport aux autres huiles
végétales
¾ Améliorations à venir par levée des limitations biologiques et
technologiques
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009Biocarburants 2/2
Productivité lipidique des micro-algues supérieure à celle des cultures terrestres
classiques
Culture Rendement en huile
litres/hectare/an
Maïs 168
Coton 327
Soja 449
Graine de moutarde 571
Tournesol 954
Colza 1188
Jatropha 1889
Huile de palme 5940
Micro-algues « open pond » (20 11225
g/m²/jour à 15% lipides)
Micro-algues « PBR » (50 g/m²/jour 93540
à 50% lipides)
¾ Existence d’un marché structuré concernant les huiles
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009Crédits de CO2
Production de biomasse micro-algale et réduction des émissions de Gaz à Effet de
Serre (GES)
¾ Protocole de Kyoto entré en vigueur en 2005: objectif de réduction de
20% par rapport à 1990, des émissions de gaz à effet de serre (dont CO2) à
l’horizon 2020
¾ Taux de biofixation du CO2 par les micro-algues: 1 tonne de micro-algues
permet de fixer environ 2 tonnes de CO2
¾ En considérant une productivité réaliste de 50 tbiomasse/ha/an en open-
pond, les émissions de CO2 compensées seraient de 100 tCO2/ha/an
¾ Obtention de crédits de CO2 par la culture industrielle de micro-algues et
la valorisation du product mix
¾ Existence d’un marché structuré du CO2 émis (Powernext ® Carbon)
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009Acteurs Industriels – Biocarburants et crédits de CO2
¾ Green Star Products
¾ A2BE Carbon Capture
¾ Infinifuel Biodiesel
¾ Algaelink
¾ Inventure Chemical
¾ Algoil
¾ LiveFuels
¾ Aquaflow Binomic Corporation
¾ OriginOil
¾ Aquaflow Bionomics
¾ PetroAlgae
¾ Aquatic Energy
¾ PetroSun
¾ Aurora Biofuels
¾ Seambiotic
¾ Blue Marble Energy
¾ Solazyme
¾ Bionavitas
¾ Solena Group
¾ Circle Biodiesel & Ethanol Corporation
¾ Solix Biofuels
¾ Enhanced Biofuels & technologies
¾ Texas Clean Fuels
¾ GreenFuel Technologies
¾ Valcent Products
¾ Greenshift
¾ Vertical Algae Biofuel Growing …
¾ Parmi ces sociétés, nombreuses sont celles qui disposent d’une expertise
technique limitée, et peu d’entre elles ont déjà produit du biocarburant à
partir de micro-algues
¾ Beaucoup de sociétés en démarrage à observer avec discernement …
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009Hydrogène
Contexte scientifique
¾ Certaines micro-algues sont capables de produire de l’hydrogène à
partir de l’énergie solaire en utilisant l’eau comme donneur d’électrons et
de protons. Les électrons mobilisés lors de la photosynthèse sont utilisés par
une hydrogénase, enzyme capable de réduire les protons et de produire
de l’hydrogène moléculaire
Limite biologique
¾ La principale limite réside dans l’inhibition de l’hydrogénase par
l’oxygène dégagé en parallèle par la photosynthèse; ceci provoque un
arrêt rapide de production d’hydrogène
Axes de recherche
¾ Sélection d’hydrogénases résistantes à l’oxygène
¾ Séparation temporelle des phases oxygénique (productrice de
composés de réserve organiques) et anaérobie (productrice d’hydrogène)
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009Sommaire 1. Introduction 2. La culture industrielle des micro-algues 3. Les applications industrielles actuelles 4. Les enjeux de la R&D 5. Conclusions Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009
Enjeux de la R&D toutes applications
Enjeux biologiques
¾ Screening à grande échelle de la biodiversité micro-algale (30.000 espèces)
¾ Augmentation de la productivité de biomasse à l’hectare (t/ha/an) par
amélioration de la vitesse de division
¾ Augmentation de la robustesse des cultures de micro-algues en systèmes
ouverts: contaminations, paramètres physico-chimiques, photo-inhibition,
réduction de la fréquence de ré-ensemencement
¾ Augmentation de l’accumulation de molécules d’intérêts
Enjeux technologiques
¾ Augmentation de l’efficacité énergétique des procédés de culture
¾ Développement des technologies « low cost » de culture des micro-
algues
¾ Réduction des coûts associés à la captation du CO2 en sortie de
cheminée industrielle
Enjeux financiers
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009Sommaire 1. Introduction 2. La culture industrielle des micro-algues 3. Les applications industrielles actuelles 4. Les enjeux de la R&D 5. Conclusions Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009
Conclusions
¾ Les micro-algues ont un potentiel énorme tant dans le domaine de la
nutrition/santé, des biocarburants que dans celui de l’hydrogène
¾ La culture des micro-algues est le début de la révélation d’une richesse
naturelle: seulement 10 souches exploitées sur 30 000
¾ Les micro-algues ne sont pas en compétition avec les ressources
agricoles
¾ La réussite des développements dans le domaine nécessite des
investissements importants
Potentiel Industriel des Micro-Algues 12/01/2009Merci de votre attention
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