Biomasse

La biomasse, ou biocarburants, est essentiellement des combustibles propres en ce sens qu’elle ne contient pas de soufre et que leur combustion n’augmente pas les niveaux de dioxyde de carbone (CO2) à long terme dans l’atmosphère, puisqu’ils sont le produit d’une photosynthèse récente.

Il s’agit en aucun cas d’un attribut sans importance si l’on le considère dans le contexte de la prise de conscience croissante à travers le monde de la pollution et des problèmes environnementaux causés par les méthodes actuelles de production d’énergie et de la demande de technologies d’énergie renouvelable.

Utilisation de la biomasse

La biomasse peut être utilisée pour fournir de la chaleur, fabriquer des combustibles et produire de l’électricité. Les principales sources de biomasse sont les suivantes :

Quelques faits et chiffres pourraient aider à mettre en perspective les sources de biomasse terrestres. Les trois premiers de la liste ci-dessus produisent aux États-Unis environ l’équivalent de 4 millions de barils de pétrole par jour sous forme utilisable.

Si tous les résidus de culture étaient collectés et utilisés au maximum, près de 10 % de la consommation totale d’énergie des États-Unis pourrait être assurée. Bien que les autres sources terrestres de biomasse ne soient peut-être pas à la même échelle que celle-ci, la ressource combinée représente un énorme réservoir inexploité d’énergie potentielle.

Il est intéressant de noter que les pratiques actuelles en sylviculture et en cultures vivrières visent directement à optimiser la production de parties spécifiques d’une plante. Étant donné que la biomasse utilisée pour l’énergie utiliserait la plante entière, on pourrait obtenir un avantage significatif en cultivant des cultures spécialement adaptées conçues pour maximiser le taux de rendement énergétique. C’est de cette origine qu’est né le concept de ferme énergétique.

En plus de la biomasse terrestre, la biomasse aquatique présente un potentiel, et il existe diverses méthodes pour s’approcher de cette ressource. La première consiste à cultiver directement du méthane en tant que sous-produit de la photosynthèse chez les plantes marines. Un exemple de cela serait d’exploiter d’énormes lits de varech cultivés à grande profondeur au large des côtes dans des zones maritimes appropriées.

Il convient de noter que sur l’énergie solaire incidente à la surface de la terre, seulement 0,1 % est exploité par la photosynthèse. Étant donné qu’environ 2 1012 tonnes de matière végétale poussent dans le monde chaque année, il suffirait d’une légère augmentation du pourcentage d’énergie solaire utilisée dans les processus végétaux pour obtenir une forte augmentation du combustible de biomasse potentiel.

Conversion des déchets humains et animaux

La conversion des déchets humains et animaux en combustibles utiles est depuis longtemps une perspective intéressante. Une méthode pour y parvenir consiste à utiliser des processus microbiens. Il a été démontré qu’il est possible de mettre au point un système régénératif pratique dans lequel les déchets sont utilisés comme matière première pour la culture des algues. Le méthane peut être produit en faisant fermenter les algues et les déchets riches en nutriments restants peuvent être recyclés pour faire pousser d’autres algues.

Dans une ferme de biomasse, qui combine des éléments des deux techniques ci-dessus, les algues sont cultivées dans des étangs d’eau ouverts en présence de dioxyde de carbone et de nutriments inorganiques recyclés. Les pompes à gaz introduisent du CO2 dans le système et la croissance des algues.

Après une période d’incubation, les algues sont collectées dans une auge par des techniques d’agglutination, de sédimentation ou de flottation, puis déshydratées. La biomasse récoltée est déposée dans un réacteur biophotolytique où, dans un environnement soigneusement contrôlé, les cellules d’algues utilisent la lumière du soleil pour diviser les molécules d’eau, formant de l’hydrogène et de l’oxygène.

Procédés de production d’énergie

Les procédés de production d’énergie à partir de la biomasse peuvent être divisés en quatre domaines :

1. Digestion des matières végétales
2. Traitement thermique
3. Combustion de biocarburants
4. Digestion anaérobie des déchets animaux

La première, la digestion des matières végétales, dispose d’une ressource de 3 à 4 millions de tonnes équivalent charbon par an (Mtce par an). Les aspects économiques sont extrêmement sensibles tant en ce qui concerne les coûts de collecte que l’équipement du digesteur. La ressource se caractérise également par la nature saisonnière de la matière première.

Les matières végétales peuvent également être transformées directement en carburants liquides pour le transport. Les deux biocarburants les plus courants sont l’éthanol et le biodiesel. L’éthanol, un alcool, est fabriqué en faisant fermenter toute biomasse riche en glucides comme le maïs.

Il est principalement utilisé comme additif de carburant pour réduire les émissions de monoxyde de carbone et d’autres émissions responsables du smog. Le biodiesel, un ester, est fabriqué à partir d’huiles végétales, de graisses animales ou d’algues. Il peut être utilisé comme additif diesel ou comme carburant pur pour les automobiles.

Le deuxième domaine, peut-être plus prometteur que le premier, relève de la rubrique générale du traitement thermique. Cela comprend la gazéification, la liquéfaction directe et la pyrolyse (décomposition thermique en l’absence d’oxygène) de la biomasse à faible teneur en humidité.

Par ces moyens, environ 5 millions de tonnes par an de méthanol pourraient être produites au Royaume-Uni, soit 10 à 15 % des besoins énergétiques annuels actuels du Royaume-Uni. Il est peu probable que la ressource devienne économiquement viable à court terme, voire à moyen terme.

Les deux dernières technologies sont des perspectives nettement meilleures et ont effectivement démontré leur viabilité commerciale, même aux prix actuels du carburant.

La combustion des biocarburants est considérée comme une ressource énergétique potentielle importante, et la plupart des projets ayant une période de récupération de trois à cinq ans, elle se présente comme un investissement des plus attrayants. La deuxième de ces technologies plus attrayantes est la digestion anaérobie des déchets animaux.

La taille de cette ressource, bien qu’elle reste importante, n’est pas à la même échelle que la combustion des biocarburants, étant de l’ordre de 1 Mtce de potentiel économiquement viable. Bien que de nombreux travaux aient été menés sur cette ressource parmi les coopératives agricoles au Danemark, il existe un certain nombre d’incertitudes qui affectent considérablement le taux de développement de cette ressource.

Le produit de ce processus est le méthane, et il est fort probable que l’exploitation de la ressource se fasse à l’échelle locale, peut-être au niveau de l’exploitation. D’où la valeur marchande du méthane excédentaire ; c’est-à-dire que ce qui dépasse les besoins de l’agriculteur n’est pas certain.

Bien que la technologie de construction des digesteurs soit bien établie, les processus réels qui se produisent pendant le fonctionnement sont encore mal compris. Par conséquent, il existe des incertitudes quant aux performances de conception et à la flexibilité d’adaptation aux variations de carburant qui peuvent survenir.

Malgré ces inconvénients et l’inadaptation générale de la haute technologie à l’environnement agricole, les recherches se poursuivent selon un certain nombre de lignes prometteuses qui pourraient conduire à une plus grande contrôlabilité et à une réduction des coûts sur des combustibles moins économiques tels que les déchets de vaches laitières.

Bien que la fabrication de digesteurs pour les combustibles les plus attrayants tels que les déchets de porc et de volaille soit bien établie, il reste à voir à quelle vitesse la technologie sera adoptée et fonctionnera dans un environnement de travail.

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