În domeniul energiei , biomasa este materie organică de origine vegetală ( microalgă inclusă), animală , bacteriană sau fungică (ciuperci), utilizabilă ca sursă de energie (bioenergie). Această energie poate fi extrasă prin combustie directă (de exemplu, energia lemnului ), prin combustie sau după un proces de transformare a materiei prime, de exemplu metan ( biogaz sau versiunea purificată de biogaz ) sau alte transformări chimice (inclusiv piroliză , carbonizare hidrotermală) și metode de producere a biocombustibililor sau „agrocombustibililor”). Există trei moduri de utilizare a (co) biomasei: termică, chimică și biochimică.
Biomasa este din nou de interes pentru țările bogate, confruntată cu schimbările climatice și cu perspectiva unei crize a resurselor de hidrocarburi fosile sau de uraniu .
În anumite condiții, acesta răspunde la provocările de dezvoltare durabilă și economia circulară ; prin înlocuirea combustibililor fosili pentru a reduce emisiile globale de gaze cu efect de seră , uneori și prin refacerea anumitor chiuvete de carbon (semi-naturale în cazul pădurilor și gardurilor vii exploatate). În câteva decenii au apărut noi sectoare: agrocarburanți, pelete de lemn , metanizare industrială, creând tensiuni asupra anumitor resurse, cu noi riscuri de supraexploatare a resursei și înlocuirea culturilor alimentare cu culturi energetice. În Franța, o strategie națională pentru mobilizarea biomasei (2018) vizează creșterea cantității de biomasă colectată, creând în același timp cele mai puține efecte colaterale negative asupra biodiversității, peisajelor și altor sectoare dependente de aceeași resursă.
În 2018, potrivit Agenției Internaționale pentru Energie , biomasa a furnizat 1.327 Mtoe de energie, sau aproximativ 9,3% din energia primară consumată în lume, 518,5 TWh de electricitate sau 1, 9% din producția globală de energie electrică și aproximativ 4% din combustibili rutieri. Biomasa furnizează aproximativ 80% din energia totală regenerabilă produsă în UE și 8% din energia consumată. Potrivit unui raport al Comisiei Europene , bioenergia ar putea acoperi până la 13% din cererea de energie a UE.
În Europa , o directivă din 2001 definește biomasa ca „fracțiunea biodegradabilă de produse, deșeuri și reziduuri din agricultură (inclusiv substanțe vegetale și animale), silvicultură și industrii conexe, precum și fracția biodegradabilă a deșeurilor industriale și municipale (... ) definiția biomasei utilizată în prezenta directivă nu aduce atingere utilizării unei definiții diferite în legislația națională, în alte scopuri decât cele prevăzute în prezenta directivă ” .
În 2009 , este „fracțiunea biodegradabilă de produse, deșeuri și reziduuri de origine biologică provenind din agricultură (inclusiv substanțe vegetale și animale), silvicultură și industrii conexe, inclusiv pescuit și acvacultură, precum și fracțiunea biodegradabilă a deșeurilor industriale și municipale ” .
În 2010 , această definiție a fost clarificată printr-o altă directivă care spune că această biomasă include „produse compuse dintr-un material vegetal agricol sau forestier capabil să fie utilizat ca combustibil pentru a-și utiliza conținutul de energie; următoarele deșeuri: deșeuri de plante agricole și forestiere; deșeuri vegetale din sectorul industrial de prelucrare a alimentelor, dacă se recuperează căldura produsă; deșeuri vegetale fibroase din producția de celuloză virgină și producția de hârtie din celuloză, dacă sunt coincinerate la locul de producție și dacă căldura produsă este recuperată; deșeuri de plută; deșeuri lemnoase, cu excepția deșeurilor lemnoase care pot conține compuși organici halogenați sau metale grele ca urmare a tratamentului cu conservanți ai lemnului sau a plasării unui strat de acoperire, inclusiv în special deșeuri lemnoase de acest tip din deșeuri de construcții sau demolări ” .
În legislația franceză, energia biomasei este definită ca „fracțiunea biodegradabilă de produse, deșeuri și reziduuri din agricultură , inclusiv substanțe vegetale și animale din pământ și mare, silvicultură și industrii conexe, precum și fracția biodegradabilă a deșeurilor industriale și menajere ” .
O definiție (fără valoare oficială) dată în 2013 printr-un raport parlamentar (Adunarea Națională) privind biomasa pentru dezvoltare durabilă era „toată materia organică care poate elibera energie prin combustie directă sau în urma unei transformări pas cu pas. Prin urmare, biomasa reprezintă atât fracțiunea biodegradabilă a deșeurilor industriale sau agricole, cât și lemnul obținut direct din pădure ” .
Biomasa recuperată pentru energie poate fi sălbatică și / sau cultivată (CIVE, agrocombustibili, agrocombustibili) și poate proveni din așa-numitele zăcăminte „fatale” (de exemplu: deșeuri industriale, nămoluri de canalizare etc. ).
În funcție de origine, producția, transportul și arderea acestuia au costuri de mediu mai mari sau mai mici, dar utilizarea sa pentru a produce căldură și electricitate poate crea sau menține locuri de muncă locale și de durată, de la amonte (aprovizionare) la aval. Din sector (exploatarea energiei) . Mai ușor pentru a stoca energia de biomasă de energie intermitentă contribuie la securizarea rețelei de alimentare ( în funcție de energia multi - anual de programare se va baza în Franța , pe mai multe scenarii de necesarul de energie, precum și pentru 2 la perioada de „obiective stabilite , inclusiv de mare și opțiuni de mici, pentru a ține seama de incertitudini ” ), și cu condiția de a avea stocuri suficiente, deoarece producția sa rămâne foarte sezonieră și dependentă de constrângerile meteorologice).
Principalele sectoare sunt structurate în două categorii (energia lemnului / digestie anaerobă ) și după originile biomasei:
Energia biomasei a fost utilizată încă din preistorie ( controlul focului ). Rămâne prima energie regenerabilă utilizată în lume, pentru încălzirea și gătitul vaselor, dar în principal în țările mai puțin industrializate.
Potrivit Agenției Internaționale pentru Energie , în 2018, „biomasă și deșeuri” au reprezentat 1.327 Mtoe (milioane de tone echivalent petrol ), sau 9,3% din consumul global de energie primară . Din acest total, 10,2% este utilizat pentru producția de energie electrică, 4,9% pentru producția combinată de electricitate și căldură ( cogenerare ), 0,9% pentru camerele de cazan din rețelele de termoficare și 76,3% pentru consumul final direct, în special 50,8 % în sectorul rezidențial (încălzire individuală, gătit), 15,4% în industrie și 6,8% în transport (agrocombustibili).
Sursă | 1990 | merge% | 2000 | merge% | 2010 | merge% | 2015 | 2018 |
cota% 2018 |
var. 2018/1990 |
India | 133,5 | 43,7% | 148,8 | 33,8% | 178.3 | 25,7% | 179,7 | 185.1 | 20,1% | + 39% |
Nigeria | 52.4 | 78,9% | 69,7 | 81,0% | 97,8 | 81,5% | 111,5 | 120,0 | 75,0% | + 129% |
China | 200,5 | 22,7% | 198.2 | 17,5% | 133.3 | 5,3% | 113,8 | 116,8 | 3,6% | −42% |
Statele Unite | 62.3 | 3,3% | 73.2 | 3,2% | 89.3 | 4,0% | 101.4 | 107.4 | 4,8% | + 72% |
Brazilia | 47,8 | 34,1% | 46.6 | 24,9% | 81.6 | 30,7% | 86,5 | 90,0 | 31,4% | + 88% |
Etiopia | 16.9 | 94,9% | 23.4 | 95,0% | 31.0 | 93,0% | 35.4 | 38.1 | 88,1% | + 125% |
Pakistan | 18.8 | 43,6% | 24.0 | 37,5% | 30.4 | 35,6% | 34,0 | 36.4 | 32,7% | + 94% |
Indonezia | 43,5 | 44,1% | 50,0 | 32,1% | 46.0 | 22,8% | 37.2 | 33,5 | 14,5% | -23% |
Tailanda | 14.9 | 35,4% | 14.6 | 20,2% | 22.6 | 19,2% | 25.3 | 25.7 | 18,9% | + 72% |
... | ||||||||||
Franţa | 11.0 | 4,9% | 10.8 | 4,3% | 16.1 | 6,1% | 16.5 | 17.75 | 7,2% | + 62% |
Total | 904.2 | 10,3% | 1022.2 | 10,2% | 1 221,8 | 9,5% | 1.271,2 | 1327.1 | 9,3% | + 47% |
Sursa datelor: cota Agenției Internaționale pentru Energie % = ponderea biomasei în consumul intern de energie primară. |
Biomasa (cu excepția deșeurilor) furnizează 1,9% din producția mondială de electricitate în 2018. Cu 17,5% din totalul mondial, China este primul producător de energie electrică din biomasă, înaintea Statelor Unite. (11,5%), Brazilia (10,4%), Germania (8,6%) și India (8,5%). Ponderea biomasei în producția de energie electrică rămâne modestă: 9,6% în Regatul Unit, 1,3% în Statele Unite, 1,3% în China, 1,1% în Franța.
Țară | 1990 | 2000 | 2010 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | % 2018 | % mix de țări |
China | - | 2.4 | 24.8 | 52.7 | 64,7 | 79,5 | 90,6 | 17,5% | 1,3% |
Statele Unite | 71.0 | 47,8 | 52.4 | 61.6 | 60,5 | 60,7 | 59,5 | 11,5% | 1,3% |
Brazilia | 3.9 | 7.8 | 31,5 | 49.4 | 50,9 | 52,5 | 53,9 | 10,4% | 9,0% |
Germania | 0,4 | 2.5 | 29.2 | 44,6 | 45,0 | 45,0 | 44,7 | 8,6% | 7,0% |
India | - | 1.3 | 14.2 | 25.4 | 41,9 | 42.0 | 43,9 | 8,5% | 2,8% |
Regatul Unit | 0,5 | 3.1 | 10.7 | 27.4 | 28.0 | 29.1 | 31.9 | 6,2% | 9,6% |
Japonia | 8.7 | 9.8 | 15.2 | 18.6 | 15.1 | 20.0 | 21.5 | 4,1% | 2,0% |
Italia | 0,01 | 1.0 | 7.4 | 17.1 | 17.1 | 17.0 | 16.8 | 3,2% | 5,8% |
... | |||||||||
Franţa | 1.2 | 1.4 | 2.5 | 4.5 | 5.4 | 5.6 | 6.1 | 1,2% | 1,1% |
Lume | 105.4 | 113,8 | 277,7 | 415.6 | 460.2 | 485,0 | 518,5 | 100% | 1,9% |
sursă: Agenția Internațională pentru Energie % mix de țară = ponderea biomasei în producția de electricitate a țării. |
Potrivit Agenției Internaționale pentru Energie , în 2060, biomasa ar trebui să acopere aproape 17% din consumul final de energie față de 4,5% în 2015. În 2016, agrocombustibilii au acoperit aproximativ 4% din necesarul de energie.
Cu 60% în 2013, biomasa-energie este principala sursă de energie regenerabilă, înaintea energiei hidraulice (17%).
Comisia Europeană a estimat că ( în cazul în care schimbările climatice nu afectează în mod negativ această resursă) bioenergie ar putea acoperi până la aproximativ 13% din cererea de energie a UE (așa cum a fost în 2018).
Potrivit unui studiu al consultanței în materie de economie materială publicat în iunie 2021, Uniunea Europeană se bazează prea mult pe pădurile și plantele sale pentru a produce energie verde și pentru a atinge neutralitatea carbonului în 2050. Pentru a atinge obiectivele stabilite de Bruxelles, între 350.000 și 400.000 km 2 din terenuri suplimentare ar trebui să fie alocate producției de biomasă de origine vegetală prin culturi energetice, adică o suprafață echivalentă cu întreaga Germanie; În plus, aproximativ 340 de milioane de tone de lemn ar trebui scoase din păduri pe an, sau mai mult de trei sferturi din creșterea anuală a tuturor pădurilor europene. Biomasa este mult mai utilă pentru utilizări materiale (construcții, textile și produse chimice) decât atunci când este arsă; utilizarea energiei din biomasă trebuie să fie „extrem de selectivă” și „concentrată pe câteva nișe”: încălzire industrială, aviație și transport maritim.
Există în Europa:
În anii 2000-2010, biomasa a rămas principala sursă de energie regenerabilă (54,2% în 2014), înaintea hidroenergiei (24,3%) și a fost unul dintre sectoarele în dezvoltare rapidă (a se vedea diagrama). Opus), cu riscul văzând tensiunile apar pe resursă.
În anul 2009, a furnizat aproximativ 9,6 Mtep ( cu excepția biocombustibililor și arderea deșeurilor urbane ), în principal sub formă de lemne de foc ( 9,1 Mtep în lemnului de foc, inclusiv 6,6 Mtep în lemn „intern“), biogaz nu de numărare. Că , pentru aproximativ 0,5 Mtep .
Pentru a organiza mai bine acest sector biomasă-energie și a limita riscurile de supraexploatare sau diversiune a resurselor , în aplicarea legii privind tranziția energetică pentru creșterea ecologică din 17 august 2015, a fost lansată o strategie națională de mobilizare a biomasei în 2016-2017, care trebuie să fie lansat în fiecare regiune, împreună cu statul, printr-un sistem regional de biomasă (SRB), în special pentru a contribui la creșterea ponderii energiilor regenerabile și recuperate în consumul final de energie la 32% .
Energia din biomasă este regenerabilă și durabilă numai în anumite condiții:
În aceste condiții, are avantaje pentru dezvoltarea locală (de exemplu: locuri de muncă care nu pot fi relocate pentru utilizări în sectoarele locale, recuperarea deșeurilor locale etc. ).
Dar poate fi , de asemenea , poluante (CO, fum , gudroane ) , în cazul în care sunt utilizate necorespunzător sau în cazul în care biomasa folosită este poluat cu metale grele , toxice metaloizii , radionuclizi , etc. (știind că resursele fosile, în special cele adânci, sunt, de asemenea, contaminate în mod natural de metale ( mercur în special) și radionuclizi, adesea mai mult decât lemnul). Energia din biomasă este în special principala sursă de poluare a aerului de către particulele fine din Franța. Producția de lemn poate concura și cu alte activități pentru utilizarea resurselor (teren arabil, apă etc. ).
Ca și în cazul resurselor fosile , este o formă de stocare a energiei solare prin carbon , provenind inițial din CO 2.captate de plante sau fitoplancton .
La ardere, eliberează acest CO 2, cum ar fi cărbunele, gazul sau petrolul, dar cu o diferență importantă: acest carbon a fost recent extras din atmosferă prin fotosinteză și poate - teoretic - să fie preluat din nou de plante, în timp ce acest proces a avut loc cu milioane de ani în urmă pentru fosile combustibili. Cu toate acestea, plantele marine și algele nu mai sunt suficiente pentru a absorbi carbonul din hidrocarburile fosile. În termeni absoluți, soldul cantitativ al CO 2a unei instalații este zero atunci când toată energia care a trebuit să fie cheltuită pentru a extrage combustibilul din biomasă provine și din biomasă. În condiții industriale stabilite, este posibilă utilizarea biomasei pentru funcționarea instalației, având grijă să nu se elibereze alte gaze cu efect de seră, cum ar fi metanul (CH 4) în special care are o putere de încălzire de aproximativ 21 ori mai mare decât CO 2pe termen scurt, dar care dispare mai repede decât acesta. O scurgere semnificativă într-o instalație de digestie anaerobă ar face ca soldul său de GES să fie foarte negativ.
Patru cercetători americani de la Centrul Național pentru Cercetări Atmosferice și de la Societatea Max-Planck , au reamintit în 1979 în revista Nature că arderea biomasei este rareori neutră: este o sursă importantă de CO 2.și alte gaze poluante (mai mult sau mai puțin în funcție de cantitatea și tipul de biomasă și în funcție de tipul de combustie): CO, N 2 O, NO, CH 3 Cl și COS.
Creșterea și arderea unei cantități excesive de biomasă pot afecta atât biodiversitatea, emisiile de gaze cu efect de seră, cât și stratul de ozon și pot emite mulți alți potențiali poluanți dacă lemnul sau biomasa arsă au fost poluate, de exemplu de sare, pesticide, metale sau metaloizi. Arderea biomasei (sau a biogazului sau a biocombustibilului extras din aceasta) poate „contribui foarte mult la bugetele mai multor gaze importante din chimia atmosferică. În multe cazuri, emisia este comparabilă cu sursa tehnologică. Majoritatea incendiilor au loc la tropice în timpul sezonului uscat și sunt cauzate de activitățile umane ” .
Prin foc Omul a folosit mai întâi energia biomasei, pentru gătit și încălzire sau pentru iluminat (torță, lampă cu ulei) de câteva zeci de mii de ani.
Începând cu secolul al XVIII- lea, motoarele cu aburi și aeronavele sunt alimentate cu lemn. La sfârșitul XIX - lea secol, Rudolf Diesel , inginer termic, proiectat un motor alimentat de ulei vegetal (nu ulei ) pentru a înlocui motorul cu aburi.
Crizele recente au relansat interesul pentru biomasă; de gazeificatoare care gazifică lemnul au echipat numeroase vehicule atunci când s-a încălcat petrolul în timpul celor două războaie mondiale . Ultimele două mari crize petroliere au reînviat utilizarea lemnului de foc , chiar și a turbei (în Irlanda de exemplu). De la Summitul Pământului de la Rio , obiectivul dezvoltării durabile, apoi alături de Kyoto, cel al combaterii schimbărilor climatice, au menținut sau au reînnoit acest interes. În 2015, potrivit FAO, 53% din lemnul tăiat în lume era pentru încălzire și gătit. Mai detaliat, această rată a fost de 8% în America de Nord, 21% în Europa, 53% în America de Sud, 77% în Asia și 90% în Africa.
Biomasa este uneori utilizată în „co-combustie” (de exemplu: deșeuri de la fabricile de uleiuri amestecate cu cărbune bituminos).
Prospectiv : INRA a anunțat în octombrie 2014 că a dezvoltat și brevetat un „proces uscat” pentru preparare prin fracționarea biomasei lignocelulozice, cum ar fi paiul de grâu și paiul de orez . Materialul este măcinat fin și apoi o sortare electrostatică îl pregătește pentru a-l face mai accesibil enzimelor sau pentru a-l valorifica sub formă de lignină-hemiceluloză și / sau minerale. Metoda este aplicabilă subproduselor lemnoase / lemnoase și agricole, culturilor lignocelulozice dedicate, care ar putea fi utilizate pentru producerea de combustibili agricoli, molecule și materiale bio-bazate. Această invenție a fost prezentată în două reviste științifice și tehnice ( Biotehnologie pentru biocombustibili și Chimie verde ). Această metodă ar putea reduce pretratările chimice poluante, consumatorii de apă și generatorii de efluenți. Cu toate acestea, exportul acestor paie privește solul agricol de protecție naturală și o sursă de carbon.
Există trei principale, cărora le corespund procese specifice de recuperare :
Biomasa lignocelulozică, celuloza și lignina , este alcătuită din:
Recuperarea se face mai degrabă prin proces uscat, numit conversii termochimice .
Biomasa carbohidraților , bogată în substanțe glucidice ușor hidrolizabile :
Evaluarea se face mai degrabă prin fermentare sau prin distilare cunoscută sub numele de conversii biologice .
Biomasă oleaginoasă , bogată în lipide :
Poate fi folosit ca combustibil . Există două familii de biocombustibili : esteri de uleiuri vegetale ( rapiță ) și etanol , produs din grâu și sfeclă, care pot fi încorporați în super fără plumb sub formă de eter terț-butil eter ( ETBE , vezi bioetanol. ).
Energia chimică din lemn este eliberată prin ardere sub formă de căldură care este utilizată pentru încălzire sau pentru a genera electricitate . Lemnul de foc este folosit pe scară largă. Piroliza și gazeificarea sunt rare, iar carbonizarea hidrotermale este mai mult. Pulpa plantelor furnizează o materie primă care poate produce cogenerare simultan căldură și electricitate.
Alte bioenergii provin direct din deșeurile organice, de exemplu, cu deșeurile utilizate în fabricile de ciment ca combustibili solizi alternativi (CSS) pentru a economisi petrol.
Amenințări și dezavantajeMai multe soluții care evită arderea directă sunt:
Noi numim biogaz efluenții gazoși, în principal metan , care rezultă din fermentarea a materiei organice conținute în depozitele de deșeuri , de purificare a apei stații sau Digestoare construite în acest scop. Metanul este o seră puternică de gaze și captarea acestuia este extrem de dorită în orice mod. Poate fi privit ca o resursă de energie, adesea prin arderea sa pentru a produce abur și electricitate ; poate fi luată în considerare și utilizarea sa directă în motoarele cu gaz slab. Biogazul este un gaz combustibil, compus în medie din metan (CH 4) la 60% și CO 2 la 40%.
Există două familii de biocombustibili:
Evaluarea diferitelor forme de recuperare necesită compararea utilizărilor, ceea ce înseamnă stabilirea metodelor de evaluare și urmărire a sectoarelor integrate .
Implementarea trasabilității în industria alimentară este supusă reglementărilor (în special în Uniunea Europeană ). Este încurajat de standarde (ISO 22000).
Trasabilitatea face posibilă și reducerea riscurilor și, prin urmare, a costurilor indirecte pentru comunitate.
Valoarea unei tone de carbon în 2006 este de ordinul mărimii de 100 de euro. Valoarea de piață a unei tone de CO 2 echivalenteste foarte volatil: depinde (printre altele) de prețul petrolului, de deciziile politice de la Bruxelles (numărul de cote, politica energetică pe termen lung a UE) și de speculații. Începând cu 13 martie 2008, tonă de CO 2 echivalentvalora 22 de euro. În 2014, a valorat în jur de 5 euro.
Vezi: Amprenta de carbon
Pentru a face aceste evaluări mai fiabile, este de dorit să:
În întreaga lume, multe programe susțin sau au susținut sectoarele energiei biomasei.
În Europa, UE, pentru a limita schimbările climatice, a promovat biomasa ca sursă de energie regenerabilă. Directiva privind energia regenerabilă (2009) impune statelor membre ca cel puțin 20% din consumul total de energie să provină din surse regenerabile, înainte de 2020. Din 2009, fondurile europene alocate pentru energie din biomasă au crescut mai mult decât s-au dublat (de la 1,6 miliarde de euro pentru 2007-2013 la 3,4 miliarde pentru 2014-2020. Această creștere, notează Curtea de Conturi Europeană (în 2018), poate duce la o creștere a ratelor anumitor poluanți din Agenția Europeană de Mediu a remarcat, de asemenea, că politicile climatice pot contrazice cele în favoarea calitatea aerului, dacă biomasa este arsă în instalații care poluează aerul, cu efecte adverse. dăunătoare sănătății umane.
În Franța, un plan pentru biocombustibili sprijină agrocarburanții din 2000-2010 (biodiesel + bioetanol, în special pe bază de rapiță, floarea-soarelui, sfeclă și cereale) și industria lemnului. A doua generație de biocombustibili și generația de biocombustibili 3 e care se luptă totuși încă oprită: uscată (BTL termochimică) sau umedă (etanol). O strategie națională de mobilizare a biomasei (publicată la 26 februarie 2018) are ca scop creșterea cantității de biomasă colectată, generând în același timp cele mai puține efecte secundare negative posibile asupra biodiversității, peisajelor și altor sectoare dependente de aceeași resursă.