Pour aller plus loin. Comparons deux carburants sur le critère du CO₂…

Exercice supplémentaire · niveau 3 (difficile) · chimie (première), chapitre 8 — Chimie organique : structures, synthèses, combustions · Chimie, énergie et société

Énoncé

Pour aller plus loin. Comparons deux carburants sur le critère du $CO X_{2}$ émis par unité d'énergie fournie.

Éthanol : $C X_{2} H X_{6} O + 3 O X_{2} 2 CO X_{2} + 3 H X_{2} O$ , $1266 kJ / mol$ libérés ;
octane : $2 C X_{8} H X_{18} + 25 O X_{2} 16 CO X_{2} + 18 H X_{2} O$ , $5100 kJ$ par mole d'octane.

$M (CO X_{2}) = 44, 0 g / mol$ .

Calculer, pour chacun, la masse de $CO X_{2}$ émise par mégajoule fourni.
Le résultat est surprenant : commenter.
En quel sens dit-on alors que le bioéthanol est « neutre en carbone » ? Quelles réserves faut-il émettre ?

Corrigé

1. Éthanol. Une mole brûlée libère $1266 kJ = 1, 266$ MJ et produit $2$ mol de $CO X_{2}$ , soit $88, 0$ g :

$\frac{88 , 0}{1 , 266} = 69, 5 g / MJ .$

Octane. Une mole libère $5, 100$ MJ et produit $8$ mol de $CO X_{2}$ , soit $352$ g :

$\frac{352}{5 , 100} = 69, 0 g / MJ .$

2. Les deux valeurs sont pratiquement identiques ( $0, 7 %$ d'écart). À énergie utile égale, brûler de l'éthanol émet autant de $CO X_{2}$ que brûler de l'essence. Ce n'est pas un hasard : dans les deux cas, l'énergie vient de l'oxydation d'atomes de carbone et d'hydrogène, et le $CO X_{2}$ est le déchet obligatoire du carbone. L'éthanol libère moins d'énergie par kilogramme, mais il émet aussi moins de $CO X_{2}$ par kilogramme — le rapport, lui, ne bouge presque pas.

3. L'avantage climatique du bioéthanol ne se situe donc pas au moment de la combustion mais en amont. Le carbone rejeté par le pot d'échappement a été prélevé dans l'atmosphère par la betterave ou la canne quelques mois plus tôt, par photosynthèse : le cycle est court et, en première approximation, fermé. Le carbone de l'essence, lui, dormait sous terre depuis des dizaines de millions d'années : le brûler ajoute du carbone au cycle rapide.

Réserves. La neutralité est en pratique très partielle : il faut décompter le carbone émis pour cultiver (engrais azotés, mécanisation), récolter, fermenter, distiller (la distillation est très énergivore) et transporter ; il faut aussi tenir compte des changements d'usage des sols (une forêt convertie en champ libère un stock de carbone) et de la concurrence avec les cultures alimentaires. Les bilans complets donnent typiquement une réduction de $50$ à $70 %$ , pas $100 %$ .

Contrôle : le calcul du 1. suffit à réfuter l'idée fausse « le bioéthanol émet moins de $CO X_{2}$ ». Il en émet autant : c'est son origine, pas sa quantité, qui fait la différence. Poser le bon indicateur — le gramme par mégajoule, pas le gramme par kilogramme — était l'essentiel de l'exercice.

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