Énergie de la biomasse
Dans le domaine de l'énergie, le terme de biomasse regroupe l'ensemble des énergies provenant de la dégradation de la matière organique.
Sommaire
Les énergies
En écologie, la biomasse est la masse totale (quantité de matière) de toutes les espèces vivantes présentes en un milieu naturel donné.
Le terme énergie de la biomasse désigne donc l'énergie solaire transformée par les plantes chlorophylliennes utilisées soit directement (bois de chauffage), soit après de nouvelles transformations chimiques (biogaz, agrocarburant).
Le bois
L'énergie du bois est libérée par combustion sous forme de chaleur et de gaz de bois, utilisée directement ou pour produire de l'électricité. Le bois comme source de chauffage est utilisé à toute échelle, il existe trois types de combustible bois pour les particuliers : la bûche traditionnelle, le granulé (recomposition de la sciure et de copeaux) et le bois déchiqueté propre en petits morceaux ou plaquettes. Équivalence combustible : Fioul 900 litres = 10m3 de MAP plaquettes (MAP : mètre cube apparent) = 4m3 de granulé.
Les inconvénients sont essentiellement liés à l'émission de particules fines, les coûts d'installations (deux fois plus élevé que le fioul) et le manque de filières locales de préparation des combustibles granulé et plaquettes.
Les avantages sont liés à l'amélioration des performances des nouvelles chaudières étrangères (80 à 93%) Les anciennes pollutions générées par les gaz de bois sont évitées car ces chaudières les brûlent également (foyer double combustion) ce qui a permis l'évolution de la technologie.
Mais la combustion complète du bois émet encore des quantités relativement importantes de particules fines, formées principalement à partir de minéraux contenus dans les cendres, et d'oxydes d'azote (NOx) produits essentiellement par l'oxydation des amines et des protéines contenues naturellement dans le bois[1]. Par exemple, une chaudière bois à chargement automatique (chaudière à granulés ou chaudière à plaquettes) émet « bien davantage » de particules fines et de NOx qu'une chaudière à mazout[2]. À noter que les particules minérales émises sont moins nocives que la suie, mais ne sont pas sans risque pour la santé car elles peuvent pénétrer profondément dans les poumons.
Il conviendrait de comparer les émissions polluantes du bois énergie à celles engendrées par d'autres modes de chauffage à base de combustion (notamment le fioul domestique, le gaz naturel et le charbon), voire par d'autres sources de pollution. Les données disponibles actuellement montrent la nécessité de maîtriser la pollution générée par le bois énergie :
1- Émissions de NOx
Le bois étant plus émetteur d'oxydes d'azote que les combustibles fossiles de type gaz naturel ou fioul, son développement jouera un rôle important dans l'évolution des émissions de NOx[3].
Comparaison des émissions de NOx du chauffage au bois [4] avec celles du chauffage au charbon,
au fuel et au gaz naturel [5]Houille Fioul domestique Gaz naturel Bois NOx (g/GJ sortant) 72 60 58 126
- Les facteurs d’émission (FE) des appareils sont exprimés en grammes par gigajoule (g/GJ).
2- Émissions dans l'atmosphère comparées de quelques combustibles et des transports (routier et autres), pour l'année 2010 en France métropolitaine, en % des émissions totales (selon les estimations du CITEPA, qui assure la réalisation technique des inventaires de la pollution atmosphérique dans notre pays) :
COVNM = Composés Organiques Volatils Non Méthaniques (COV hors méthane) ;
CO = monoxyde de carbone ;
PM2,5 = particules fines (de taille inférieure à 2,5 micromètres) - PM1,0 = particules très fines ;
HAP = Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (certains sont reconnus très cancérigènes) ;
PCDD/F = PCCD (Dioxines) et PCDF (Furan(n)es) ;
| Contribution à la consommation énergétique totale |
COVNM | CO | PM2,5 | PM1,0 | HAP[7] | PCDD/F | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Bois énergie | 3 % | 22,1 | 35,0 | 37,1 | 62,0 | 69,3 | 18,3 |
| Fioul domestique (FOD) | ? | 2,49 | 2,03 | 5,08 | 8,67 | 4,46 | 0,41 |
| Gaz naturel | 21 % | 1,78 | 1,05 | 0,59 | 0,93 | 0,15 | 0,81 |
| Transports | 31 % | 18,3 | 22,0 | 20,8 | 19,5 | 25,7 | 2,14 |
Benzène : pour les émissions de ce composé cancérigène, le CITEPA ne fournit pas de donnée spécifique au bois énergie, mais précise que : « Le principal secteur émetteur de benzène est le résidentiel/tertiaire (80,7%) en particulier du fait de la combustion du bois, suivi du transport routier avec 7,5%. ».
On remarque une très forte disproportion entre l'importance secondaire du bois sur le marché de l'énergie (il représente 3 % seulement de la consommation énergétique totale en France métropolitaine) et sa contribution très importante aux émissions de certains polluants majeurs. Cette disproportion est avant tout le fait du chauffage au bois résidentiel (85 % du bois énergie est utilisé en chauffage individuel).
3- Quelques valeurs typiques d'émissions de polluants par des appareils de chauffage récents (source : Impact sur la Qualité de l'air des émissions dues à la combustion du bois - ministère de l'écologie - 2 mars 2006)
Combustibles : Bois - Fioul Domestique (FOD) - Gaz naturel - Charbon. COV = Composés Organiques Volatils
| Rendement (%) | PM10 (g/GJ) | HAP (mg/GJ) | COV (g/GJ) | Benzène (g/GJ) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Bois (poêle) | 60 | 411,7 | 1003,3 | 666,7 | 100,00 |
| Bois (chaudière) | 70 | 135,7 | 78,6 | 428,6 | 64,3 |
| FOD (chaudière) | 83 | 14,6 | 1,2 | 3,6 | 0,2 |
| Gaz (chaudière) | 86 | 0,0 | 0,0 | 2,9 | 0,3 |
| Charbon (chaudière) | 70 | 101,4 | 0,0 | 21,4 | 0,9 |
Les émissions spécifiques des appareils sont exprimées en unité de masse (g ou mg) par unité d'énergie sortante (gigajoule (GJ)).
Le rapport complet (au format PPT - requiert la Visionneuse PowerPoint) est disponible sur une page de la DRIRE (Direction Régionale de l'Industrie, de la Recherche et de l'Environnement) du Limousin, au contenu évocateur : Le bois énergie pour les chaufferies collectives. Les conclusions de ce rapport sont les suivantes :
- Combustion du bois : importance des émissions de polluants atmosphériques
- La réglementation actuelle et en projet impose de réduire les émissions dues au bois-énergie
- Les actions engagées (« flamme verte », crédit d’impôt) apparaissent insuffisantes au regard des enjeux
- Le développement du bois-énergie doit être envisagé dans des installations d’une taille suffisante (chaudières de collectivité ou industrielles) pour permettre la mise en place de dispositifs de dépollution performants
Force est de constater que, en ce qui concerne la propreté des émissions, même une chaudière domestique à bois récente ne peut encore rivaliser avec une chaudière similaire au fioul ou au gaz.
Les émissions polluantes sont encore beaucoup plus importantes avec les chauffages au bois d'une puissance supérieure à 70 kW, si l'on en croit les autorités fédérales de la Confédération suisse dans le document suivant : Plan d'action contre les poussières fines : « 40% du bois d'énergie suisse sont aujourd'hui brûlés dans quelque 5000 chaudières à bois d'une puissance calorifique supérieure à 70 kW, la plupart à chargement automatique. Ce type d'installation devrait se multiplier dans les prochaines années avec la promotion du bois énergie. Or, même bien exploités, ces chauffages émettent au moins 300 fois plus de poussières fines qu'un chauffage similaire alimenté à l'huile ou au gaz. ». (l'huile est ici l'huile de chauffage, c'est-à-dire le mazout).
Le Plan Particules, intégré dans la deuxième version du Plan National Santé Environnement (PNSE 2), porte un attention toute particulière au bois énergie. Le développement de celui-ci, dans le cadre de la promotion des énergies renouvelables, fait en effet craindre une aggravation de la pollution par les particules.
Ce Plan présente un certain nombre de mesures à prendre pour réduire les émissions de polluants :
a) imputables au chauffage au bois dans le secteur domestique (émissions de particules et de benzène notamment).
Quelques propositions :
- privilégier le renouvellement des appareils anciens, les plus polluants, et non l'installation de nouveaux équipements;
- réviser le crédit d'impôt et les aides;
- promouvoir l'amélioration des appareils;
- réorienter les actions de communication de l'ADEME;
- faire évoluer les critères d'attribution du label Flamme Verte.
b) imputables aux installations utilisant la biomasse dans l'industrie et le résidentiel tertiaire (émissions de particules notamment).
Voir à ce sujet le Plan particules complet (format PDF, pages 9 à 12 et page 14). On remarquera que les mesures proposées corroborent les conclusions du rapport précédent.
Il est donc important de ne pas confondre énergie renouvelable et énergie propre.
Sur le modèle des systèmes de dépollution existants qui devraient équiper la totalité des chaufferies collectives et industrielles (notamment les filtres à manches et les électrofiltres), des solutions techniques qui permettent de réduire les rejets de polluants par les appareils de chauffage domestique au bois commencent à voir le jour. De tels systèmes de filtration sont déjà disponibles en Suisse : Filtres à particules (format PDF). Dans certains cantons suisses, les poêles à bois ne sont pas autorisés à fonctionner s'ils ne sont pas équipés de filtre à particules.
En revanche, si les surfaces dévolues aux forêts restent constantes, voire progressent, son utilisation n'aggrave pas l'effet de serre. Bien au contraire, le bois est une énergie renouvelable (à condition de gérer la ressource). En effet, le bois, avant d'être bois, était un arbre qui a stocké du dioxyde de carbone durant toute sa croissance (diminuant ainsi le taux de gaz à effet de serre qu'est le CO2, dans l'atmosphère).
Pour ce qui est de la gestion de la ressource, une partie du bois-énergie est directement issu des décharge où le bois allait être enfoui. On donne donc une nouvelle utilisation au bois, et on réduit du même coup l'accumulation des déchets. Le reste du bois-énergie est souvent tiré des débris et particules ligneuses des usines de transformation, qui trouvent par ce secteur énergétique un nouveau débouché pour leurs activités, et une façon de ne plus gâcher la ressource. Il est à noter que ceci génère du travail et des emplois locaux, ce qui diminue d'autant les pollutions dues à l'acheminement du pétrole, permet à la France d'augmenter son autonomie énergétique et crée un tissu économique (non industriel, c'est là le problème.
Enfin, certaine communauté et collectivité, envisage de créer des plantations d'arbre, pour en faire une forêt-énergie, qui approvisionnerait leur chaufferie centrale[8].
Le biogaz
On appelle biogaz les effluents gazeux, méthane essentiellement, issus de la fermentation de matières organiques contenues dans les décharges, les stations d'épuration, etc. Le méthane est un puissant gaz à effet de serre et sa captation est de toute façon hautement souhaitable. Il peut être considéré comme une ressource énergétique, souvent via sa combustion pour produire de la vapeur et de l'électricité; son utilisation directe dans des moteurs à gaz pauvres peut aussi être envisagée.
Une solution aux inconvénients du bois énergie
Une autre piste de valorisation du bois énergie, qui optimise son utilisation et son impact sur l'environnement, commence à être exploitée. Celle-ci transforme le bois en gaz de façon semblable à celle des installations de biogaz. Mais le bois ne peut pas être converti en biogaz de la même manière que les déchets fermentescibles : il est gazéifié à haute température (800 - 900°C) avec de la vapeur d'eau, puis il subit une méthanation (transformation catalytique en méthane)[9].
Le gaz naturel de synthèse (GNS) produit est beaucoup moins polluant que la substance solide et peut se substituer ou se mélanger au gaz naturel fossile. Il peut être utilisé aussi bien pour le chauffage que comme carburant ou comme source d'électricité.
Le principe de cette production industrielle de méthane a été élaboré en Suisse par l’Institut Paul Scherrer (PSI). Dans le district autrichien de Güssing (Autriche), un groupe helvético-autrichien teste une installation de démonstration pour la production de ce GNS [10]. Le gaz obtenu est constitué à 98% de méthane.
Fin juin 2009, la commune de Güssing a inauguré la première centrale de production de gaz naturel de synthèse à partir du bois. Cette solution innovante suscite l'intérêt des géants européens de l'énergie (une centrale de puissance 20 à 25 fois supérieure à celle de Güssing est en projet en Suède). L'événement a été relaté dans les médias[11].
Les biocarburants
Les agrocarburants (aussi appelés biocarburants) sont composés de plusieurs filières: biodiesel, éthanol. La technologie du moteur diesel permet en effet d'utiliser un grand nombre de carburants. Ils sont issus de la transformation de différentes cultures : canne à sucre, maïs, colza, tournesol, palmiers à huile, sorg(h)o, manioc, algues. Ils sont surtout utilisés pour le transport mais peuvent avoir d'autres usages. L'impact des cultures nécessaires et des produits de combustion doivent faire l'objet d'études attentives.
Voir aussi
Liens internes
Liens externes
- Webotheèque.net Webothèque.net | BIOMASSE, La biomasse dans l'actualité.
Références
- ↑ Épuration des polluants issus de la combustion domestique du bois doc; du Centre scientifique et technique du bâtiment.
- ↑ Chaudière - Pompe à chaleur Services cantonaux suisses de l'énergie et de l'environnement.
- ↑ Chauffage automatique au bois.
- ↑ Ensemble du parc actuel des appareils de chauffage au bois.
- ↑ (pdf) Le Bois énergie et la qualité de l’air (synthèse 2009) Ministère de l’écologie, cf. page 11.
- ↑ (PDF compressé au format RAR) Format SECTEN, voir les articles « Analyse selon les différentes énergies » p. 215 et suivantes, et « Spéciation des COVNM (dont benzène) » p. 245.
- ↑ Somme des HAP tels que définis par la Commission économique pour l'Europe (CEE-NU) : benzo(a)pyrène, benzo(b)fluoranthène, benzo(k)fluoranthène et indéno(1,2,3-cd)pyrène.
- ↑ http://www.ouje.ca/content/our-story/energy-fr.php
- ↑ Le bois - un agent énergétique multiforme
- ↑ Production de gaz naturel de synthèse à partir du bois (fichier PDF, 4 pages)
- ↑ Une centrale de production de gaz à partir de bois inaugurée en Autriche
Bibliographie
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