Comment l'éthanol est-il fabriqué ?

Comment est fabriqué l'éthanol ? Cela demande une certaine aptitude mécanique, mais vous pouvez fabriquer du carburant en faisant fermenter des matières premières appropriées en alcool à 96 degrés.

Et s'il existait un carburant abordable, renouvelable et produit directement dans votre propre communauté ? Si vous aviez vécu il y a 100 ans, vous auriez tout su sur un tel carburant. Cela s'appelait de l'alcool et c'était un fluide à combustion propre généralement vendu comme combustible pour lampe. Ce n'est que récemment que nous avons jeté un regard renouvelé sur l'alcool-carburant - maintenant plus communément appelé éthanol - et sur son potentiel en tant que carburant d'origine nationale pour le transport.

Je ne suis pas ici pour vous parler de l'agenda agro-industriel pour produire de l'éthanol à grande échelle. Ce que je vais vous dire, c'est comment fabriquer votre propre carburant à utiliser dans votre véhicule ou dans d'autres moteurs à essence, comme une moto, un motoculteur ou un tracteur de pelouse. Vous pouvez modifier ces moteurs à essence pour qu'ils fonctionnent avec de l'alcool pur (plus d'informations sur les modifications du moteur dans « Exécutez votre voiture à l'éthanol », ci-dessous).

S'il est produit à petite échelle, l'éthanol peut être fabriqué à partir de céréales que vous cultivez vous-même - ou à partir d'un large éventail d'autres matières premières locales et durables, y compris les déchets alimentaires et les déchets de récolte. Avec un peu d'équipement spécialisé et de savoir-faire, vous pouvez transformer ces matériaux en carburant à base d'alcool, et cela vous coûtera moins cher que ce que vous paieriez à la pompe pour de l'essence ou de l'éthanol produit commercialement.

Vous pouvez produire votre propre éthanol pour un coût continu de moins de 2 $ par gallon. Si vous cultivez votre propre maïs, vous pouvez distiller plus de 300 gallons d'éthanol à partir de 1 acre de maïs. Si vous parcourez moins de 10 000 miles par an, vous pouvez produire tout votre propre carburant à partir de 2 acres de maïs - et, bien entendu, beaucoup de travail. Bref, quand je parle d'éthanol, je parle de carburant à faire soi-même, et de pratiquer l'autonomie locale à l'échelle individuelle et communautaire.

L'un des arguments les plus forts en faveur de l'éthanol est que nous pouvons le fabriquer nous-mêmes, sans dépendre de ressources étrangères. En 1925, Henry Ford a déclaré à un journaliste du New York Times qu '"il y a suffisamment d'alcool dans le rendement d'un an d'un acre de pommes de terre pour faire fonctionner les machines nécessaires pour cultiver les champs pendant cent ans". Cet homme d'affaires autodidacte a reconnu la valeur de la ferme américaine et, plus précisément, l'importance des matériaux d'origine nationale. Il a imaginé des fermes à travers le pays fournissant les récoltes nécessaires pour produire à la fois du carburant et de la nourriture.

Une autre raison pour laquelle l'éthanol est une option de carburant si attrayante est qu'il s'agit essentiellement d'énergie liquide. L'éthanol est un liquide clair qui contient beaucoup d'énergie sous une forme utilisable, stockable et transportable - seul le pétrole peut rivaliser avec l'éthanol sur une base d'énergie par volume. Mais l'éthanol a un avantage supplémentaire en ce sens qu'il est oxygéné, ce qui signifie qu'il contient de l'oxygène dans sa structure moléculaire, ce qui se traduit par une combustion plus propre. Comparé à l'essence, l'éthanol émet environ 20 % moins d'hydrocarbures et de monoxyde de carbone.

Les producteurs potentiels de carburant doivent demander un permis pour fabriquer leur propre carburant, mais après la crise énergétique des années 1970, le gouvernement fédéral a considérablement simplifié le processus de délivrance des permis. Reconnaissant la différence entre les boissons et les spiritueux, le Département du Trésor a proposé une demande simplifiée de permis de producteur de carburant alcoolique (formulaire 5110.74), qui désigne un petit producteur comme celui qui peut fabriquer jusqu'à 10 000 gallons de carburant par an. (Un gallon de preuve est un gallon liquide de spiritueux contenant 50% d'alcool à 60 degrés Fahrenheit.) C'est suffisant pour fabriquer 5 263 gallons d'éthanol à 190 degrés. Chaque État a ses propres exigences en matière de permis, généralement calquées sur les règles fédérales. Vous devrez rechercher les taxes et toutes les réglementations nationales et locales applicables. Dans tous les cas, l'alcool-carburant doit être « dénaturé », ou rendu impropre à la consommation, par addition d'au moins 2 % en volume de kérosène ou d'essence sans plomb.

La production d'éthanol est un processus naturel qui se produit par la fermentation des glucides - des composés organiques contenant du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène. Les plantes et les cultures produisent des glucides sous forme d'amidons, de sucres et de cellulose. Les liaisons dans la structure moléculaire des celluloses sont difficiles à rompre, mais la plupart des amidons et sucres végétaux sont facilement décomposés en sucres simples avec l'ajout de chaleur, d'eau et d'enzymes. Une fois les sucres simples établis, la levure est ajoutée pour se régaler du sucre, se reproduire et, ce faisant, expulser le dioxyde de carbone et l'alcool.

Le choix de la matière première est un facteur important. Les cultures à haute teneur en sucre ou en amidon sont idéales, mais presque toutes les récoltes ou excédents de récolte peuvent fonctionner (s'ils sont utilisés avant que la détérioration ne s'installe), vous pouvez donc choisir les matériaux les plus économiques et les plus durables à votre disposition. Les pommes et autres petits fruits, les pommes de terre, les haricots, le blé, le seigle et les grains de sorgho sont tous des candidats potentiels, tout comme le lactosérum, le sucre du lait restant de la transformation. Les déchets de la transformation des aliments provenant des industries des boissons, de la boulangerie, des collations et de la confiserie sont notoirement riches en sucre (ou en amidon) et peuvent fournir une alternative aux matières premières provenant directement du champ.

Une fois la fermentation terminée, l'éthanol doit être distillé de l'eau. Ceci est mieux réalisé avec un alambic à reflux, qui est équipé d'une colonne de distillation. La colonne utilise une série de plaques perforées ou de compartiments remplis pour éliminer l'eau dans un processus appelé fractionnement. Au fur et à mesure que les vapeurs d'eau et d'alcool chauffées montent à chaque étape, une vapeur d'alcool de plus en plus forte est créée. Pendant la distillation, la température de la colonne doit être contrôlée pour profiter des différents points d'ébullition des deux fluides. Les vapeurs d'alcool montent, tandis que l'eau se condense et retombe pour être réintroduite encore et encore sous forme de mélange de vapeur.

Les vapeurs d'alcool les plus puissantes sortent en haut de la colonne pour être refroidies par un condenseur à eau et collectées sous forme d'éthanol à 192 degrés (pur à 96%). Bien qu'il soit possible d'extraire les derniers 4% du mélange, cela nécessite un équipement supplémentaire et est généralement d'un coût prohibitif pour un petit opérateur. De plus, la faible quantité d'eau présente n'entrave pas les performances du moteur.

Les moteurs de voiture doivent être modifiés pour fonctionner à l'éthanol pur. Les modifications les plus simples du moteur comprennent l'avancement du calage de l'allumage de plusieurs degrés, la réactivation du circuit de carburant principal du carburateur pour augmenter le diamètre du jet de 30 à 35% en surface et l'ajustement ou l'agrandissement du circuit de ralenti pour permettre plus de débit de carburant. Les moteurs à injection de carburant peuvent voir leurs injecteurs remplacés pour un débit plus important ou la pression de carburant augmentée.

Il existe également des kits de rechange conçus pour inciter l'unité de commande du microprocesseur du moteur à maintenir l'impulsion de carburant ouverte plus longtemps ou à compenser une condition artificiellement pauvre en enrichissant le mélange air-carburant. Les moteurs peuvent être davantage optimisés pour l'éthanol en préchauffant le carburant et l'air, en faisant varier la plage de chaleur des bougies d'allumage et en augmentant le taux de compression.

Alors, que faut-il pour créer une distillerie à petite échelle ? Cela dépend de la taille d'une opération que vous voulez. Un lot simple peut toujours être fabriqué à partir d'un vieux chauffe-eau et d'une longueur de conduit de 3 pouces et chauffé au bois ou au gaz naturel. Un alambic de cette taille produira environ 1 1/2 gallon d'éthanol de qualité carburant par heure. Pour un investissement de moins de 100 $, vous pourriez faire fonctionner un tracteur de pelouse ou une petite moto avec du carburant maison entièrement renouvelable.

À une échelle plus pratique, la construction d'une colonne de 6 pouces vous placera dans le stade de production de 6 gallons par heure - un rendement substantiel, mais qui entraîne des coûts supplémentaires. À cette taille, vous seriez mieux servi avec un broyeur à marteaux ou un broyeur pour préparer la matière première, des cuves de cuisson et de fermentation séparées, un récipient de stockage pour la vinasse ou la bière usée avec des résidus (ainsi qu'une presse pour séparer les grains du distillateur commercialisables), et stockage pour l'éthanol lui-même. Les pompes centrifuges, la plomberie et les vannes font également partie intégrante du plan, ainsi qu'un hydromètre, plusieurs thermomètres et des outils de test du pH et du sucre. Une colonne de 6 pouces couplée à un réservoir de 500 à 1 200 gallons exécutera un lot en quatre à sept heures.

Si vous utilisez de l'acier doux, vous pourrez souder les composants et construire votre colonne sans avoir besoin de compétences ou d'équipements particuliers, même si le métal finira par s'oxyder avec le temps. L'acier inoxydable est un meilleur choix, mais sera probablement limité aux cuves et aux réservoirs de stockage, à moins que vous n'ayez un budget important à payer pour une fabrication professionnelle. Les colonnes de distillation usagées sont parfois disponibles auprès de marchands aux enchères agricoles et industriels.

Le coût de production de l'éthanol dépendra de l'effort que vous mettez dans le processus. Même l'utilisation de matières premières de rebut ne garantira pas un produit économique si vous gaspillez de l'énergie pendant la production. La source, la durée et le degré d'apport de chaleur sont des facteurs importants qui peuvent être économisés grâce à l'utilisation d'enzymes efficaces et de conceptions à récupération de chaleur. L'utilisation de levures tolérantes à l'alcool avec des nutriments améliore également l'efficacité de la conversion, et tirer le meilleur parti des sous-produits utiles (tels que les drêches de distillerie à haute teneur en protéines) ajoute au résultat net.

Si vous êtes en milieu rural et que vous choisissez de dédier un acre ou plus de terres cultivées à la production d'éthanol, vous devrez déterminer quelle culture appropriée localement trouvera le meilleur équilibre entre la rusticité, la tolérance à l'eau, l'effort de récolte et le rendement en alcool (sucre et amidon). Le pourcentage fermentescible des céréales communes et des plantes-racines varie considérablement entre 16 et près de 80 %. Probablement plus important est le rendement en alcool par acre, qui peut aller d'environ 300 gallons pour le maïs de grande culture à 400 gallons pour les betteraves à sucre, à près de 600 gallons pour la canne à sucre, le sorgho et les topinambours. D'autres cultures peuvent avoir des rendements inférieurs, mais offrent des avantages en termes de conversion, de stockage ou de transformation. Le tableau ci-dessous est une ventilation des coûts représentatifs et de la récupération pour une petite opération, qui variera en fonction de votre situation particulière.

Et gardez cela à l'esprit : la question de savoir si vous pouvez fabriquer de l'éthanol à petite échelle pour moins que le coût de l'essence aujourd'hui n'est pas la seule question. Vous savez également que vous utilisez un carburant à combustion propre et produit de manière durable, et que peu importe l'augmentation des prix de l'essence à l'avenir, vous pourrez fabriquer le vôtre à un prix raisonnable.

Initialement publié sous le titre "Make Your Own Gas! Alcohol Fuel Basics" dans le numéro d'avril/mai 2010 de MOTHER EARTH NEWS.

Richard Freudenberger a dirigé les installations de recherche de MOTHER EARTH NEWS de 1980 à 1990 et a coordonné notre programme Alcohol Fuel pendant cette période. Il vit à Hendersonville, en Caroline du Nord, et est l'éditeur et le rédacteur technique de BackHome Magazine. Il est également l'auteur de Alcohol Fuel: Making and Using Ethanol as a Renewable Fuel.