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Dérivée d'organismes vivants ou récemment vivants, ou de biomasse, la composition de base des biocarburants est plus complexe que celle des combustibles fossiles. Alors que les carburants fossiles sont constitués uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène, ou d'hydrocarbures, les biocarburants contiennent des atomes d'oxygène et leur composition chimique peut inclure des acides, des alcools et des esters.
Biobutanol
Le biobutanol est dérivé de la biomasse ou produit par fermentation à l'aide d'organismes présents dans les ruminants et les sols. La composition de base du butanol est constituée de C (carbone), H (hydrogène) et O (oxygène). La formule chimique de la molécule de butanol est C4H10O. Le biobutanol fournit plus d'énergie que l'éthanol et peut être mélangé à de l'essence pour aider à réduire les gaz à effet de serre. Toute voiture fonctionnant à l'essence peut fonctionner avec un mélange de biobutanol.
Biodiesel
Dérivées d'huiles végétales et de graisses animales, les molécules de biodiesel sont des esters d'acides gras à longue chaîne contenant des chaînes simples de 12 à 24 atomes de carbone. Les esters contiennent un alcool et un acide carboxylique. L'acide carboxylique contient COOH (carboxyle) et l'alcool contient OH (hydroxyde). Le biodiesel a une combustion plus propre que le diesel traditionnel, produisant moins de soufre et moins de particules. Le biodiesel fournit toutefois un peu moins d'énergie que le diesel à base de pétrole et est plus corrosif pour les pièces de moteur.
Éthanol
À base de maïs, de betterave à sucre et de canne à sucre, d'autres sources de production d'éthanol, telles que les tiges de maïs et le panic raide, sont en cours de développement. Contenant du carbone, de l'hydrogène et un groupe hydroxyde, la formule chimique de la molécule d'éthanol est C2H5OH. Tous les véhicules vendus aux États-Unis peuvent fonctionner avec du E10, un mélange d'éthanol à 10% et d'essence sans plomb à 90%. Fournissant environ 50% de l'énergie de l'essence, la combustion de l'éthanol est plus propre et produit moins de monoxyde de carbone mais produit plus de smog.
Méthanol
Le plus simple des alcools, le méthanol peut être dérivé de n'importe quel matériau végétal, ainsi que des gaz de décharge, des émissions de centrales électriques et du dioxyde de carbone atmosphérique. La composition de base du méthanol est constituée de carbone, d'hydrogène et d'hydroxyde. La formule chimique de la molécule d'éthanol est CH3OH. La combustion du méthanol produit un volume de toxines inférieur à celui de l'essence, moins de particules et moins de smog. Le méthanol coûte moins cher que l’essence ou l’éthanol, et le coût de la modification d’un véhicule pour qu’il fonctionne avec des mélanges de méthanol est faible.