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Biomasse

Définition et catégories

Par biomasse on 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 (paille, copeaux, bûches…);
  • les liquides (huiles végétales, bio alcool…);
  • les gazeux (biogaz…).

La biomasse est une réserve d'énergie considérable née de l’action du soleil grâce à la photosynthèse. Elle existe sous forme de carboné 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 équivaut à sa consommation. Ainsi, par exemple, l’utilisation du bois ne doit pas conduire à une diminution du nombre d’arbres.

 

 

Biomasse

Centrale à biomasse, France (© 2011)

 

Fonctionnement technique ou scientifique
 
 
 

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

 
  • chaleur;
  • électricité;
  • force motrice de déplacement.
 

Trois procédés de valorisation de la biomasse se distinguent: 

 

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 réactant (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 ( CO2 ). 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 la 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 (c'est à dire en l'absence d'oxygène);
  • 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:

  • pour le biodiesel entre l’huile (colza, tournesol) et l’alcool;
  • pour le bioéthanol à partir d’un mélange de sucre fermenté et d’essence.

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 produits par des  micro-organismes  ou à partir d’huile  produite par des micro-algues.

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 à partir du colza par exemple (biodiesel);
  • l'éthanol, produit à partir de blé et de betterave, incorporable dans le super sans plomb sous forme d'Ethyl Tertio Butyl Ether ETBE (bioéthanol).

Néanmoins la valorisation de la biomasse ne produit pas que des biocarburants.

 

Valorisation de la biomasse (d'après source: fréquence terre)

 

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 et ainsi de réduire la dépendance au pétrole ou au gaz. Par ailleurs la diversité des matières organiques constituant la biomasse permet également 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 21 fois plus fort que le CO2).

Une énergie renouvelable si son utilisation est maitrisée

L’utilisation de la biomasse peut dans certains cas engendrer des déséquilibres environnementaux. L’amalgame étant souvent établi entre énergie propre et énergie renouvelable, 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 se sont accordés pour dire que l’essor des biocarburants pourrait déclencher une crise alimentaire mondiale particulièrement dans le contexte d’une forte croissance démographique terrestre (plus de 100 millions d’individus par an). Après en avoir fait l’éloge, certains médias et ONG ont ensuite opté pour une campagne 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.

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-Kymmene (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

Pour produire de l’énergie, il faut de grandes quantités de biomasse car son pouvoir calorifique n’est globalement pas très élevé:

  • Bois sec: 21 MJ/kg;
  • Bagasse (résidu fibreux de la canne à sucre): 21,2 MJ/kg;
  • Paille: 15,2 MJ/kg;
  • Déchets ménagers: 13,1 MJ/kg;
  • Boues d’épuration: 4,7 MJ/kg.

La biomasse représentait en 2007, 5% de la consommation finale d’énergie en France contre près de 50% pour les produits pétroliers.

Zone de présence ou d'application

En 2010, 22,9% de l’électricité mondiale issue de la biomasse est produite par les Etats-Unis, devant l'Allemagne (12,8%) et le Brésil (9,4%%)(1).

Entre 2003 et 2008, environ 350 sites de production d’énergie à base de biomasse ont vu le jour en Europe, soit une puissance installée de plus de 2 000 MW. Près de 3 000 MW supplémentaires pourraient être ajoutés d’ici 2015.

 

Passé et présent

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 Mid West 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).

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 avec la centrifugation, séchage et solvant organique, est très gourmande en énergie. Par ailleurs il faut ensuite transformer cette huile en gazole.

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.

Le saviez-vous?

La fibre de canne après extraction du sucre, appelée «bagasse», est un résidu du procédé de traitement de la canne à sucre. L’exploitation des 250 millions de tonnes produites annuellement dans le monde pourrait économiser 50 millions de tonnes de pétrole soit environ 1,2 % de la consommation annuelle en 2003.

 
 
La biomasse n'est considérée comme une source d'énergie renouvelable que si sa régénération équivaut à sa consommation.
 
 La valorisation énergétique de la biomasse peut produire trois formes d'énergie utile: de la chaleur, de l'électricité ou une force motrice de déplacement.
 
Entre 2003 et 2008, environ 350 sites de production d'énergie à base de biomasse ont vu le jour en Europe.
 
Concrètement

10%: C'est le pourcentage des besoins énergétiques mondiaux que la biomasse pourait couvrir à moyen terme, selon une étude du Conseil sur les changements écologiques globaux, qui assiste le gouvernement allemand, parue début décembre 2008.

 



13/02/2013
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