18.6 : Biocarburants (énergie issue de la biomasse)
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Les biocarburants (énergie de la biomasse) contiennent de l'énergie produite par des organismes tels que les déchets animaux, les plantes ou les algues. Il s'agit d'une autre forme indirecte d'énergie solaire. Les biocarburants ont de nombreuses utilisations. Ils sont brûlés directement ou convertis d'abord en éthanol (souvent à l'aide de bactéries et de champignons) pour produire de l'électricité. La chaleur dégagée par la combustion produit de la vapeur et fait tourner une turbine pour alimenter un générateur. Le biodiesel offre une alternative aux produits pétrochimiques pour le ravitaillement des véhicules. Les biocarburants ont même été utilisés pour propulser de petits avions (figure\(\PageIndex{a}\)). De plus, brûler du bois ou de la paille permet de chauffer.
Contrairement aux combustibles fossiles, les biocarburants sont neutres en carbone (figure\(\PageIndex{b}\)). Les combustibles fossiles stockent du carbone capté par les organismes il y a des millions d'années. Lorsque nous les brûlons, le dioxyde de carbone est libéré beaucoup plus rapidement qu'il n'a été éliminé. Les biocarburants ont éliminé le dioxyde de carbone de l'atmosphère plus récemment, et ils se forment sur des périodes plus courtes. Lorsque les biocarburants sont brûlés, le dioxyde de carbone récemment éliminé est rejeté dans l'atmosphère.
Un autre avantage des biocarburants est qu'ils peuvent être produits localement et cultivés dans de nombreux endroits différents. D'autre part, ils occupent de l'espace qui pourrait autrement être utilisé pour la production alimentaire. Pour compliquer encore les choses, les caractéristiques qui rendent une espèce végétale idéale pour les biocarburants (telles que sa résistance aux ravageurs et sa croissance rapide) sont également des caractéristiques qui aident les espèces envahissantes à prospérer. Il faut prendre soin de contenir ces espèces si elles sont cultivées en dehors de leur aire de répartition naturelle.
La combustion de déchets urbains solides (voir ci-dessous) ou de déchets animaux en tant que biocarburants permet de réduire les déchets et de produire de l'électricité simultanément. Contrairement à la plupart des formes d'énergie renouvelable, la combustion de biocarburants pollue l'air. (Le dioxyde de carbone libéré ne pose aucun problème puisque les biocarburants sont neutres en carbone, mais d'autres polluants atmosphériques sont également rejetés.) En fait, la pollution de l'air intérieur due aux feux utilisés pour cuisiner à l'intérieur des maisons est l'une des principales causes de décès dans les pays en développement.
Chaque type de biomasse doit être évalué pour son impact environnemental et social afin de déterminer s'il contribue réellement à la durabilité et à la réduction des impacts environnementaux. Par exemple, abattre de vastes étendues de forêts uniquement pour la production d'énergie n'est pas une option durable, car nos besoins énergétiques sont si importants que nous pourrions rapidement déboiser le monde et détruire des habitats critiques. Pour que la biomasse soit une option durable, elle doit généralement provenir de déchets, tels que de la sciure de bois d'œuvre, des boues de papeterie, des déchets de jardin ou des coques d'avoine provenant d'une usine de transformation de farine d'avoine, du fumier de bétail ou des déchets. Sinon, ces matériaux s'accumuleraient ou se décomposeraient. Plusieurs exemples d'utilisation de biocarburants sont abordés plus en détail ci-dessous, y compris les avantages et les inconvénients spécifiques du type d'utilisation.
Bois brûlant
L'utilisation du bois et du charbon de bois fabriqué à partir de bois pour le chauffage et la cuisson peut remplacer les combustibles fossiles et réduire les émissions de dioxyde de carbone. Si le bois est récolté dans des forêts ou des parcelles boisées qui doivent être éclaircies ou sur des arbres urbains qui tombent ou ont dû être abattus de toute façon, son utilisation pour la biomasse n'a aucun impact sur ces écosystèmes. Cependant, la fumée de bois contient des polluants nocifs tels que le monoxyde de carbone et les particules (voir Pollution de l'air).
Pour le chauffage domestique, il est plus efficace et moins polluant d'utiliser un poêle à bois moderne ou un insert de cheminée conçu pour libérer de petites quantités de particules. Cependant, dans les régions où le bois et le charbon de bois sont les principaux combustibles de cuisson et de chauffage, comme dans les pays en développement, le bois peut être récolté plus rapidement que les arbres ne peuvent pousser, ce qui entraîne la déforestation (figure\(\PageIndex{c}\)). La majeure partie de l'utilisation des biocarburants provient de la biomasse traditionnelle, principalement du bois de chauffage récolté pour la cuisine et le chauffage domestiques, souvent sans égard à un remplacement durable.
La biomasse peut être utilisée dans les petites centrales électriques. Par exemple, le Colgate College possède une chaudière à bois depuis le milieu des années 1980 (figure\(\PageIndex{d}\)). En un an, elle a traité environ 20 000 tonnes de copeaux de bois récoltés localement et de manière durable, soit l'équivalent de 1,17 million de gallons (4,43 millions de litres) de mazout, évitant 13 757 tonnes d'émissions et économisant à l'université plus de 1,8 million de dollars en frais de chauffage. L'installation de chauffage au bois à vapeur de l'université répond désormais à plus de 75 % des besoins en chauffage et en eau chaude sanitaire du campus.
Déchets solides municipaux
Les déchets solides municipaux (DSW) sont communément appelés déchets et peuvent produire de l'électricité en les brûlant directement ou en brûlant le méthane produit lors de sa désintégration. Les processus de valorisation énergétique des déchets suscitent un intérêt renouvelé car ils peuvent résoudre deux problèmes à la fois : l'élimination des déchets et la production d'énergie à partir d'une ressource renouvelable. Bon nombre des impacts environnementaux sont similaires à ceux d'une centrale au charbon : pollution de l'air, production de cendres, etc. Comme la source de combustible est moins standardisée que le charbon et que des matières dangereuses peuvent être présentes dans les déchets urbains solides, les incinérateurs et les centrales de valorisation énergétique des déchets doivent nettoyer les gaz des matières nocives. L'Agence de protection de l'environnement des États-Unis réglemente ces installations de manière très stricte et exige l'installation de dispositifs antipollution. De plus, lors de l'incinération à haute température, de nombreux produits chimiques toxiques peuvent se décomposer en composés moins nocifs. Les cendres de ces plantes peuvent contenir de fortes concentrations de divers métaux présents dans les déchets d'origine. Si les cendres sont suffisamment propres, elles peuvent être « recyclées » comme couverture de décharge de déchets urbains solides ou pour construire des routes, des blocs de ciment et des récifs artificiels (similaires aux récifs coralliens, mais construits par l'homme).
Gaz d'enfouissement (biogaz)
Le gaz de décharge (biogaz) est une sorte de gaz « biogénique » produit par l'homme, comme indiqué ci-dessus (figure\(\PageIndex{e}\)). Le méthane se forme à la suite de processus biologiques dans les usines de traitement des eaux usées, les décharges de déchets, le compostage anaérobie et les systèmes de gestion du fumier d'élevage. Ce gaz est capté et brûlé pour produire de la chaleur ou de l'électricité. L'électricité peut remplacer l'électricité produite par la combustion de combustibles fossiles, réduisant ainsi les émissions de dioxyde de carbone. Les seuls impacts environnementaux proviennent de la construction de la centrale elle-même, similaire à celle d'une usine au gaz naturel.
Bioéthanol et biodiesel
Le bioéthanol et le biodiesel sont des biocarburants liquides fabriqués à partir de plantes, généralement de cultures. Le bioéthanol peut être facilement fermenté à partir de jus de canne à sucre, comme c'est le cas au Brésil. De plus, il peut être fermenté à partir de fécule de maïs décomposée, comme c'est le cas principalement aux États-Unis.
Les effets économiques et sociaux de la culture de plantes destinées à la production de combustibles doivent être pris en compte, étant donné que les terres, les engrais et l'énergie utilisés pour les cultures de biocarburants pourraient être utilisés à la place de cultures vivrières. La concurrence entre la terre pour le combustible et la nourriture peut faire augmenter le prix des denrées alimentaires, ce qui a un effet négatif sur la société. Cela pourrait également réduire l'approvisionnement alimentaire, augmentant la malnutrition et la famine dans le monde entier. De plus, dans certaines régions du monde, de vastes zones de végétation naturelle et de forêts ont été abattues pour cultiver de la canne à sucre pour le bioéthanol, du soja et des palmiers à huile pour produire du biodiesel. Il ne s'agit pas d'une utilisation durable des terres Les biocarburants dérivés de parties de plantes non utilisées pour l'alimentation, telles que les tiges, réduisent leur impact environnemental. Le biodiesel peut être fabriqué à partir d'huile végétale usagée et a été produit sur une base très locale. Comparée au diesel, un produit pétrochimique dérivé du pétrole brut, la combustion du biodiesel produit moins d'oxydes de soufre, de particules, de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés et autres, mais elle produit plus d'oxyde d'azote (voir Pollution de l'air).
Les biocarburants liquides remplacent généralement le pétrole et sont utilisés pour alimenter les véhicules (figure\(\PageIndex{f}\)). Bien que les mélanges éthanol-essence brûlent moins que l'essence pure, ils sont également plus volatils et produisent donc des « émissions par évaporation » plus élevées provenant des réservoirs de carburant et des équipements de distribution. Ces émissions contribuent à la formation d'ozone troposphérique et de smog nocifs (voir Pollution atmosphérique). L'essence nécessite un traitement supplémentaire pour réduire les émissions par évaporation avant d'être mélangée à de l'éthanol.
Attribution
Modifié par Melissa Ha de Renewable Energy and Challenges and Impacts of Energy Use from Environmental Biology par Matthew R. Fisher (sous licence CC-BY)