Les énergies renouvelables. Partie 6. Énergie biomasse.

mercredi 12 août 2020.
 

La biomasse couvre environ 10 % des besoins énergétiques et 2 % de la consommation électrique dans le monde.

Nous ne l’avons pas classée comme les autres énergies renouvelables par analogie avec les quatre éléments feu, terre, eau, air car car le qualificatif renouvelable pour ce type d’énergie dans le cadre d’une économie capitaliste ou plus généralement productiviste et très discutable. En outre, cette énergie peut être très polluante.

Les énergies renouvelables : partie 1. Approche globale Hervé Debonrivage

Les énergies renouvelables. Partie 2. Énergie solaire et thermonucléaire Hervé Debonrivage

Les énergies renouvelables. Partie 3 : la géothermie Hervé Debonrivage

Les énergies renouvelables. Partie 4. L’énergie hydraulique Hervé Debonrivage

Les énergies renouvelables. Partie 5. L’énergie éolienne

Définitions

1) Biomasse en écologie : masse des êtres vivants sur Terre

C’est l’objet d’un article de Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/Bioma...)#Articles_connexes

2) À ne pas confondre avec la biomasse–énergie ou bioénergie qui est l’objet d’un autre article de Wikipédia.

On trouve dans cet autre article différentes définitions de la biomasse énergie. D’autre part, il peut être utile de se poser la question :

La biomasse–énergie est-elle vraiment une énergie renouvelable ?

Voici une réponse pertinente : « La biomasse n’est considérée comme une source d’énergie renouvelable que si sa régénération est au moins égale à sa consommation. Ainsi, par exemple, l’utilisation du bois ne doit pas conduire à une diminution du nombre d’arbres. »

(Source : connaissance des énergies. Org https://www.connaissancedesenergies... )

Voici quelques exposés sur la biomasse (énergie).

Article 1ticle 1 : qu’est-ce que la biomasse ?

Source : https://www.edf.fr/groupe-edf/espac...

L’énergie issue de la biomasse est une source d’énergie renouvelable qui dépend du cycle de la matière vivante végétale et animale.

L’énergie biomasse est la forme d’énergie la plus ancienne utilisée par l’homme depuis la découverte du feu à la préhistoire. Cette énergie permet de fabriquer de l’électricité grâce à la chaleur dégagée par la combustion de ces matières (bois, végétaux, déchets agricoles, ordures ménagères organiques) ou du biogaz issu de la fermentation de ces matières, dans des centrales biomasse.

La biomasse par combustion

Les déchets sont directement brûlés en produisant de la chaleur, de l’électricité ou les deux (cogénération). Cela concerne le bois, les déchets des industries de transformation du bois et les déchets végétaux agricoles (paille, canne à sucre, arachide, noix de coco...).

par exemple, l’usine de l’incinération des déchets urbains Dalkia Wastenergy (filiale de Dalkia, elle-même filiale d’EDF) d’Ivry-sur Seine (Val-de-Marne) traite les déchets ménagers de plus de 5 millions d’habitants (soit plus de 690 000 t par an).

En France, 10 % de la production d’électricité d’origine biomasse provient de la combustion du biogaz.

La biomasse par méthanisation

Les déchets sont d’abord transformés en un biogaz, par fermentation grâce à des micro-organismes (bactéries). Le biogaz est ensuite brûlé. Ce biogaz est proche du gaz naturel et majoritairement composé de méthane. Cela concerne les déchets ménagers, le fumier et lisier d’animaux, les boues de stations d’épuration, les papiers et cartons…

Les centrales biomasse

En France, plusieurs centrales produisent de l’électricité grâce à la biomasse, essentiellement du bois. Elles sont le plus souvent installées au plus près des lieux mêmes de stockage des déchets. Le bois est également utilisé pour le chauffage collectif et industriel.

L’énergie biomasse n’émet presque pas de polluants et n’a pas d’impact sur l’effet de serre. La quantité de CO2, un gaz à effet de serre, qu’elle rejette, correspond à la quantité absorbée par les végétaux pendant leur croissance.

De plus, la valorisation du biogaz en électricité évite l’émission de méthane, un autre gaz à effet de serre, dans l’atmosphère. Il représente un potentiel énergétique très important, en provenance principalement des décharges, mais aussi des boues d’épuration et des déchets urbains et agricoles.

Aujourd’hui seulement 1/4 de ce potentiel est réellement utilisé pour la production d’électricité et/ou de chaleur.

Article 2 : énergie biomasse. Wikipédia

https://fr.wikipedia.org/wiki/Bioma...

Cet article est très documenté. Nous en citons ici quelques extraits.

Dans le domaine de l’énergie, la biomasse est la matière organique d’origine végétale (microalgues incluses), animale, bactérienne ou fongique (champignons), utilisable comme source d’énergie (bioénergies). Cette énergie peut en être extraite par combustion directe (ex : bois énergie), ou par combustion après un processus de transformation de la matière première, par exemple la méthanisation (biogaz, ou sa version épurée le biométhane) ou d’autres transformations chimiques (dont la pyrolyse, la carbonisation hydrothermale et les méthodes de production de biocarburants ou « agrocarburants »). Trois modes de valorisations de la biomasse (co)existent : thermique, chimique et biochimique.

La biomasse intéresse à nouveau les pays riches, confrontés au changement climatique et à la perspective d’une crise des ressources en hydrocarbures fossiles ou uranium.

Sous certaines conditions, elle répond à des enjeux de développement durable et d’économie circulaire ; en se substituant aux énergies fossiles pour réduire les émissions globales de gaz à effet de serre, en restaurant aussi parfois certains puits de carbone (semi-naturels dans le cas des boisements et haies exploités). En quelques décennies des filières nouvelles sont apparues agrocarburants (granulés de bois, méthanisation industrielle), générant des tensions sur certaines ressources, avec de nouveaux risques de surexploitation de la ressource et/ou de substitution de cultures vivrières par des cultures énergétiques. En France, une stratégie nationale de mobilisation de la biomasse (2018) vise à augmenter la quantité de biomasse collectée, en générant le moins d’effets collatéraux négatifs possibles sur la biodiversité, les paysages et d’autres filières dépendantes de la même ressource.

En 2017, selon l’Agence internationale de l’énergie, la biomasse fournissait 1 329 Mtep d’énergie, soit 9,5 % environ de l’énergie primaire consommée dans le monde, 481,5 TWh d’électricité, soit 1,9 % de la production mondiale d’électricité, et 4 % environ des carburants routiers. En Europe, c’est 80 % environ du total des énergies renouvelables produites dans l’UE, et 8 % de l’énergie consommée. La Commission européenne a estimé que (si le changement climatique n’affecte pas négativement cette ressource) la bioénergie pourrait couvrir jusqu’à environ 13 % de la demande énergétique de l’UE (telle qu’elle était en 2018).

Le lecteur intéressé peut continuer la lecture de cet article complet sur la bioénergie en utilisant le lien précédent.

[On peut être relativement perplexe sur le caractère non polluant de ce type d’énergie en lisant l’extrait suivant de cet article :]

L’énergie issue de la biomasse n’est renouvelable et durable qu’à certaines conditions :

- pas de surexploitation de la ressource ;

- pas de mise en péril de la fertilité des milieux qui la produisent (sol, zones humides, océans) ;

- pas d’impacts excessifs sur la biodiversité ;

- pas d’émissions de gaz à effet de serre ou destructrices de la couche d’ozone qui ne soient compensées.

À ces conditions, elle présente des avantages pour le développement local (ex : emplois non délocalisables pour les usages en filières locales, valorisation locale de déchets, etc.).

Mais elle peut aussi être polluante (CO, fumées, goudrons) si mal utilisée ou si la biomasse utilisée est polluée par des métaux lourds, métalloïdes toxiques, radionucléides, etc. (sachant que les ressources fossiles, en particulier profondes, sont également naturellement contaminées par des métaux (mercure notamment19) et radionucléides, souvent plus que le bois). La biomasse énergie est notamment la première source de pollution de l’air par les particules fines en France. La production de bois peut aussi entrer en concurrence avec d’autres activités pour l’usage des ressources (terres arables, eau, etc.).

Comme dans le cas des ressources fossiles, il s’agit d’une forme de stockage de l’énergie solaire par l’intermédiaire du carbone, provenant originellement du CO2 capté par les plantes ou le phytoplancton.

En brûlant, elle libère ce CO2, comme le charbon, le gaz ou le pétrole, mais avec une différence importante : ce carbone a récemment été extrait de l’atmosphère via la photosynthèse, et il peut - théoriquement - être à nouveau capté par des plantes, alors que ce processus a eu lieu il y a des millions d’années pour les ressources fossiles. Les plantes et algues marines ne suffisent cependant plus à absorber le carbone issu des hydrocarbures fossiles. Dans l’absolu, le bilan quantitatif CO2 d’une installation est nul quand toute l’énergie qu’il a fallu dépenser pour extraire du combustible de la biomasse provient elle aussi de la biomasse. En régime industriel établi, il est possible d’utiliser de la biomasse pour le fonctionnement de l’installation, en veillant à ne pas libérer d’autres gaz à effet de serre, comme le méthane (CH4) notamment qui a un pouvoir réchauffant environ 21 fois plus important que le CO2 à court terme, mais qui disparaît plus vite que celui-ci. Une fuite conséquente dans une installation de méthanisation rendrait son bilan GES très négatif.

Quatre chercheurs américains du National Center for Atmospheric Research, et de la Société Max-Planck, rappellent en 1979 dans la revue Nature que la combustion de biomasse est rarement neutre : elle est une source importante de CO2, et d’autres gaz polluants (plus ou moins selon la quantité et le type de biomasse, et selon le type de combustion) : CO, N2O, NO, CH3Cl et COS20.

La culture et la combustion d’une quantité excessive de biomasse peuvent à la fois affecter la biodiversité, les émissions de gaz à effet de serre et la couche d’ozone21 et émettre de nombreux autres polluants potentiels si le bois ou la biomasse brûlée étaient pollués par exemple par du sel, des pesticides, des métaux ou métalloïdes. Brûler de la biomasse (ou le bio gaz ou biocarburant qui en est extrait) peut « largement contribuer aux budgets de plusieurs gaz importants dans la chimie atmosphérique. Dans plusieurs cas, l’émission est comparable à la source technologique. La plupart des incendies ont lieu sous les tropiques à la saison sèche et sont causés par les activités de l’homme ».

Un autre extrait de ce bon article accroît encore notre perplexité :

Menaces et inconvénients : Les coûts et impacts du transport pour amener le bois là où la ressource manque,

Les risques de surexploitation et déforestation induites ou d’accaparement des terres pour y délocaliser une production de biocarburant pour les pays riches (en Afrique, en 2010, 4,5 millions d’hectares de terres, l’équivalent du Danemark étaient en cours d’acquisition par des investisseurs étrangers pour y cultiver des agrocarburants, au détriment des cultures vivrières locales ou de la forêt.

Ce problème concerne aussi la combustion du bois dans les centrales électriques ; ainsi, la conversion de la centrale électrique de Drax (Royaume-Uni) à la biomasse est révélatrice de ce problème : son approvisionnement nécessite chaque année 13 millions de tonnes de bois soit, à elle seule, 120 % de la production totale de bois du Royaume-Uni. En quelques années, le Royaume-Uni a ainsi massivement augmenté ses importations de bois, notamment en provenance des États-Unis, alimentant une forte destruction des forêts naturelles de la côte Est.

Les problèmes de pollution atmosphérique induits par la combustion mal maîtrisée du bois, combustible solide (concerne notamment les anciens systèmes de chauffage non automatiques, particulièrement en zone d’habitat rapproché). L’utilisation de bois ou de charbon de bois dans des foyers mal conçus ou mal ventilés peut entraîner des problèmes de santé pour les habitants et riverains.

« Dans le contexte international de forte dépendance aux énergies quelles que soient leurs origines, comme le charbon, le pétrole et le nucléaire, l’énergie biomasse prend une place de plus en plus importante […] Bien que les énergies dites vertes soient une excellente solution parce qu’elles sont neutres dans le cycle du carbone, la biomasse engendre des problèmes d’émissions de particules. Les bioénergies sont donc vertes en CO2 mais peuvent être polluantes en dégradant la qualité de l’air ».

Article 3 : Biomasse. Connaissance des énergies. org. Fichiers pédagogiques sur la biomasse.

https://www.connaissancedesenergies...

[Cet article est à la fois relativement précis et complet, sans longueur excessive]

Définition

La biomasse désigne l’ensemble des matières organiques pouvant se transformer en énergie. On entend par matière organique aussi bien les matières d’origine végétale (résidus alimentaires, bois, feuilles) que celles d’origine animale (cadavres d’animaux, êtres vivants du sol).

Il existe trois formes de biomasse présentant des caractéristiques physiques très variées :

• les solides (ex : paille, copeaux, bûches) ;

• les liquides (ex : huiles végétales, bioalcools) ;

• les gazeux (ex : biogaz).

La biomasse est une réserve d’énergie considérable née de l’action du soleil grâce à la photosynthèse. Elle existe sous forme de carbone organique. Sa valorisation se fait par des procédés spécifiques selon le type de constituant.

La biomasse n’est considérée comme une source d’énergie renouvelable que si sa régénération est au moins égale à sa consommation. Ainsi, par exemple, l’utilisation du bois ne doit pas conduire à une diminution du nombre d’arbres.

Fonctionnement technique ou scientifique

La valorisation énergétique de la biomasse peut produire trois formes d’énergie utile, en fonction du type de biomasse et des techniques mises en œuvre :

• de la chaleur ;

• de l’électricité ;

• une force motrice de déplacement.

On distingue trois procédés de valorisation de la biomasse : la voie sèche, la voie humide et la production de biocarburants.

La voie sèche

La voie sèche est principalement constituée par la filière thermochimique, qui regroupe les technologies de la combustion, de la gazéification et de la pyrolyse :

•la combustion produit de la chaleur par l’oxydation complète du combustible, en général en présence d’un excès d’air. L’eau chaude ou la vapeur ainsi obtenues sont utilisées dans les procédés industriels ou dans les réseaux de chauffage urbain. La vapeur peut également être envoyée dans une turbine ou un moteur à vapeur pour la production d’énergie mécanique ou, surtout, d’électricité. La production combinée de chaleur et d’électricité est appelée cogénération ;

•la gazéification de la biomasse solide est réalisée dans un réacteur spécifique, le gazogène. Elle consiste en une réaction entre le carbone issu de la biomasse et des gaz réactants (la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone). Le résultat est la transformation complète de la matière solide, hormis les cendres, en un gaz combustible composé d’hydrogène et d’oxyde de carbone. Ce gaz, après épuration et filtration, est brûlé dans un moteur à combustion pour la production d’énergie mécanique ou d’électricité. La cogénération est également possible avec la technique de gazéification ;

•la pyrolyse est la décomposition de la matière carbonée sous l’action de la chaleur. Elle conduit à la production d’un solide, le charbon de bois ou le charbon végétal, d’un liquide, l’huile pyrolytique, et d’un gaz combustible. Une variante de la pyrolyse, la thermolyse, est développée actuellement pour le traitement des déchets organiques ménagers ou des biomasses contaminées.

La voie humide

La principale filière de cette voie est la méthanisation. Il s’agit d’un procédé basé sur la dégradation par des micro-organismes de la matière organique. Elle s’opère dans un digesteur chauffé et sans oxygène (réaction en milieu anaérobie). Ce procédé permet de produire :

•le biogaz qui est le produit de la digestion anaérobie des matériaux organiques ;

•le digestat qui est le produit résidu de la méthanisation, composé de matière organique non biodégradable.

La production de biocarburants

Les biocarburants sont des carburants liquides ou gazeux créés à partir d’une réaction : •entre l’huile (colza, tournesol) et l’alcool dans le cas du biodiesel ; •à partir d’un mélange de sucre fermenté et d’essence dans le cas du bioéthanol .

Il existe 3 générations de biocarburants : •1ère génération : biocarburants créés à partir des graines ; •2e génération : biocarburants créés à partir des résidus non alimentaires des cultures (paille, tiges, bois) ; •3e génération : biocarburants créés à partir d’hydrogène produit par des micro-organismes ou à partir d’huile produite par des microalgues.

Les biocarburants de 2e et 3e génération ont entre autres pour vertu de ne pas « occuper » un territoire agricole en compétition avec la production d’aliments pour l’homme. Leur maturité industrielle, tout particulièrement pour la 3e génération, reste à établir.

Ces biocarburants peuvent prendre différentes formes :

•des esters d’huiles végétales produits, par exemple, à partir du colza (biodiesel) ;

•de l’éthanol, produit à partir de blé et de betterave, incorporable dans le super sans plomb sous forme d’ETBE (éthyl tertio butyl ether). Cet ETBE favorise l’incorporation d’éthanol dans les essences (jusqu’à 15% du volume dans le SP95 et le SP98, jusqu’à 22% dans le cas du SP95-E10)(1).

La valorisation de la biomasse ne produit toutefois pas que des biocarburants.

Voies de valorisation de la biomasse

Enjeux par rapport à l’énergie

Une énergie naturelle et propre

La valorisation énergétique de la biomasse peut permettre d’augmenter la part des énergies renouvelables dans un mix énergétique et de réduire la dépendance au pétrole ou au gaz. La diversité des matières organiques constituant la biomasse permet à de nombreux pays d’avoir accès à cette ressource. Elle peut donc favoriser leur indépendance énergétique.

De plus, la biomasse participe à la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre dans la mesure où le CO2 dégagé par la combustion des bioénergies est compensé par le CO2 absorbé par les végétaux lors de leur croissance. La récupération du biogaz dans les décharges permet de capter le méthane issu de la biomasse (dont l’effet de serre est considéré comme 21 fois plus fort que le CO2).

Une énergie renouvelable si son utilisation est maîtrisée

L’utilisation de la biomasse peut dans certains cas engendrer des déséquilibres environnementaux. L’amalgame entre énergie propre et énergie renouvelable est fréquent. Il est important de préciser que la biomasse ne peut être considérée comme une énergie renouvelable que si elle est renouvelée.

Les biocarburants en débat

La concession de parcelles à l’industrie des biocarburants a réduit la taille des terres agricoles destinées à l’alimentation. Certains experts craignent que l’essor des biocarburants déclenche une crise alimentaire mondiale, en particulier dans le contexte d’une forte croissance démographique terrestre (plus de 100 millions d’individus en plus par an). Après en avoir fait l’éloge, certains médias et ONG ont opté pour des campagnes de dénigrement et de désinformation globale à l’égard des biocarburants en omettant de souligner les différences propres à chaque génération.

Acteurs majeurs

Les gestionnaires de déchets

Ils sont les leaders de la valorisation énergétiques des ordures ménagères mais aussi de la méthanisation car ils contrôlent les centres d’approvisionnement (centres de tri). Parmi ces gestionnaires de déchets on peut citer : Veolia Propreté, Sita-Novergie ou encore TIRU (filiale d’EDF).

Les acteurs de l’énergie

Les producteurs comme EDF, GDF Suez ou Séchilienne-Sidec mais aussi les exploitants de réseaux de chaleur comme Dalkia ou Cofely utilisent la biomasse solide (bois et ses sous-produits) afin de diversifier leurs bouquets énergétiques.

Les industriels du bois

Ils fournissent les acteurs de l’énergie en bois. Dans certains cas, à l’image de Tembec (Canada) ou d’UPM (Finlande), ils souhaitent valoriser eux-mêmes leurs chutes de production afin de réduire leur dépendance aux énergies fossiles.

Les collectivités locales

Elles décident des politiques locales de gestion des déchets mais aussi de l’installation d’infrastructures locales de production d’énergie (chauffage urbain, cogénération, etc.). Elles ont donc un rôle clé dans l’évolution de la biomasse, plus particulièrement en matière de valorisation des déchets.

Unités de mesure et chiffres clés

Pouvoir calorifique

Le pouvoir calorifique supérieur (PCS) désigne le dégagement maximal théorique de chaleur qu’on peut tirer d’un combustible lors de sa combustion.

Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) ne prend pas en compte la chaleur de condensation de la vapeur d’eau qui se dégage lors de la combustion. Ce PCI est souvent employé pour comparer l’intérêt calorifique de différents combustibles. Il peut être exprimé en mégajoules par kg (MJ/kg) ou en kWh/kg, sachant que 1 kWh = 3,6 MJ.

Pour produire de l’énergie, il faut de grandes quantités de biomasse car son PCI n’est globalement pas très élevé(2) :

•Paille : 14,3 MJ/kg ;

•Bois (dans la nature) : 10,8 MJ/kg

•Déchets urbains, bagasse (résidu fibreux de la canne à sucre) : 7,77 MJ/kg.

Notons que le pouvoir calorifique du bois est directement lié à son taux d’humidité. Des granulés de bois dont le taux d’humidité est très faible (5 à 10%) a un PCI bien meilleur, de l’ordre de 18 MJ/kg. A titre de comparaison, le PCI du fioul domestique avoisine 42 MJ/kg (26 MJ/kg pour la houille).

La biomasse couvre près de 10% des besoins mondiaux en énergie. Deux tiers de la consommation mondiale d’énergie issue de la biomasse sont consacrés à la cuisine et au chauffage dans les pays en voie de développement(3).

Zone de présence ou d’application

Hors consommation domestique, les principaux pays dans le monde ayant recours à la biomasse sont le Brésil, les États-Unis et l’Inde(4).

La biomasse et les déchets constituent 67,6 % de la production primaire d’énergie renouvelable dans l’Union européenne en 2010(5).

Le Passé

Années 1860 : le bois est encore le principal combustible utilisé dans les maisons et les entreprises pour le chauffage et la cuisson. Le bois est également utilisé pour produire de la vapeur destinée à des applications industrielles ainsi que pour propulser les trains et les bateaux.

1880 : Henry Ford utilise l’éthanol pour alimenter une de ses premières automobiles, le quadricycle.

Années 1920 - 1930 : aux États-Unis, l’éthanol est largement utilisé pour alimenter les voitures. Plus de 2 000 stations-service du Midwest américain offrent du « gasohol » (de l’éthanol produit à partir de maïs). Années 1970 : les deux chocs pétroliers (1973 et 1979) incitent les majors du pétrole à développer des biocarburants.

1975 : le Brésil lance le programme Proalcool qui a pour but de promouvoir l’éclosion des carburants « verts ». Aujourd’hui plus de la moitié du parc automobile brésilien roule au biocarburant.

1980 : les prix élevés de l’énergie stimulent l’intérêt envers l’énergie biomasse.

1990 : le réchauffement climatique et l’épuisement des ressources fossiles incitent les autorités à favoriser le développement des énergies renouvelables. La consommation d’énergie biomasse représente environ 6,7% de la consommation totale d’énergie à l’échelle mondiale.

2004 : d’après le bilan énergétique mondiale de l’AIE en 2004, la biomasse représentait 10,6% de la consommation énergétique mondiale (à noter que certaines utilisations directes du bois peuvent influer sur la précision des estimations du marché du bois).

Le Futur

Les biocarburants de 3e génération

Les biocarburants de troisième génération sont produits à partir de microalgues riches en lipides. Elles peuvent accumuler entre 60% et 80% de leur poids en acides gras, ce qui pourrait laisser présager une production annuelle d’une trentaine de tonnes d’huile par hectare. A titre de comparaison, le rendement du colza est 30 fois inférieur.

Mais les procédés de fabrication sont encore mal maîtrisés pour en extraire l’huile. La méthode actuelle (centrifugation, séchage et solvant organique) est très gourmande en énergie.

La valorisation du miscanthus

Cette plante originaire d’Asie produit beaucoup de biomasse et est économe en intrants. La productivité exceptionnelle du miscanthus s’explique par son métabolisme photosynthétique particulier comme le maïs, la canne à sucre ou le sorgho. Il lui permet d’être plus efficace dans la captation du gaz carbonique et dans la transformation de ce gaz carbonique en matière organique. En outre, le miscanthus est une plante pérenne qui nécessite une seule phase d’implantation pour plus d’une quinzaine d’années de culture.

Article 4 : la biomasse en chiffres (EDF)

https://www.edf.fr/groupe-edf/espac...

Hervé Debonrivage


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