L’énergie de la biomasse comme ressource énergétique renouvelable
Une autre source intéressante d’énergie alternative qui peut également être classée comme une « ressource énergétique renouvelable » est le développement de l’énergie de la biomasse et de la bioénergie.
L’énergie de la biomasse est un terme utilisé pour désigner tout type de combustible non fossile qui est classé comme étant organique, biologique ou composé de matières végétales, et qui peut être converti en une source d’énergie utilisable. La biomasse est considérée comme une ressource vitale sur la Terre, au point d’être appelée « Ressource Biorenouvelable ».
Pourquoi l’énergie de la biomasse est-elle renouvelable
Différentes technologies liées à la biomasse sont en cours de développement, permettant de convertir des matières végétales vivantes, telles que les cultures agricoles, les graines, les herbes, les plantes sauvages, les arbres et les buissons, ainsi que des déchets organiques sous forme de matériaux biodégradables, de déchets, de compost, de fumier animal et d’autres produits de déchets en énergie utilisable. Mais qu’est-ce que la biomasse ?
La biomasse prend plusieurs formes, mais un bon exemple d’« énergie de la biomasse » est la combustion ouverte de bois mort, de brindilles ou de paille sur un feu de camp pour le chauffage et la cuisson. Cependant, l’incinération de ce type de matériaux ligneux n’est pas très efficace, car la majeure partie de la chaleur produite s’échappe avec la fumée.
Par le biais du processus de photosynthèse, les plantes vivantes ont la capacité de capturer et d’utiliser l’immense énergie dérivée du soleil, ainsi que du carbone provenant de l’atmosphère terrestre et des nutriments absorbés du sol pour générer de la biomasse. On peut alors définir la biomasse comme étant tout matériau organique ou biologique contenant de la lumière solaire stockée sous forme d’énergie chimique.
La transformation de substances organiques et biologiques qui, autrement, se retrouveraient dans des décharges, en chaleur et en électricité est un domaine passionnant qui a un grand potentiel pour produire de l’énergie à partir de sources auparavant inexploitées sans polluer directement l’environnement.
Les matériaux de biomasse produits à partir du traitement de matières végétales, de cultures, de déchets forestiers ou de déchets fécaux peuvent être sous forme solide ou, grâce à une large gamme de procédés de conversion et de raffinage, transformés en liquides ou en gaz pouvant ensuite être utilisés pour produire de l’électricité, de la chaleur ou des carburants. En plus de fournir des solides, des carburants et des gaz, la biomasse peut également être utilisée dans la majorité des matériaux fabriqués par l’homme, y compris les tissus, les médicaments, les produits chimiques et les matériaux de construction.
La biomasse est de la matière organique tout comme les combustibles fossiles (charbon, pétrole ou gaz naturel), la différence étant que les combustibles fossiles se sont formés dans la Terre à partir de restes de plantes et/ou d’animaux pendant des millions d’années, tandis que la biomasse, quant à elle, est créée plus récemment et est renouvelable sur une échelle de temps beaucoup plus petite, car les plantes poussent en continu, les animaux produisent constamment du fumier et les gens jettent des déchets chaque jour.
De plus, l’utilisation de biomatériaux comme carburant ne tarit pas leur approvisionnement, car ils sont constamment cultivés, ce qui fait des biomatériaux une ressource énergétique renouvelable. Pour cette raison, beaucoup de personnes croient que les « produits d’origine biologique », y compris la bioénergie et les biocarburants, constitueront une source majeure d’énergie renouvelable pour l’avenir.
L’énergie de la biomasse comme carburant
Jusqu’à environ 400 ans, lorsque l’homme a commencé à extraire le charbon du sol, le monde dépendait presque exclusivement de la biomasse et de produits similaires comme principale source d’énergie. La biomasse demeure une source majeure d’énergie aujourd’hui, et ces dernières années, l’énergie de la biomasse a gagné du terrain en tant que carburant commercial acheté sous forme de charbon de bois pour la cuisson, de bois de chauffage pour le chauffage, et de cultures cultivées spécifiquement pour leur contenu énergétique. Lorsqu’ils sont utilisés de cette manière, ces matériaux sont communément appelés « matières premières ».
La biomasse est disponible sous les trois formes de matière de base : solide, liquide et gaz, elles-mêmes pouvant être subdivisées en produits primaires (produits par l’utilisation directe de l’énergie solaire à travers la photosynthèse) et produits secondaires (générés par la décomposition ou la conversion de substances organiques). Les biocarburants dérivés de ces trois états sont définis comme suit :
Solides – également connus sous le nom de « matières premières », qui sont des morceaux solides ou compressés de matière organique sous forme de granulés libérant leur énergie stockée par combustion. Les matériaux solides de biomasse ou matières premières comprennent :
- Bois et résidus de bois tels que les arbres, les buissons, les sciures, les granulés, les copeaux et les déchets de bois.
- Résidus agricoles comme la paille, les herbes, les graines, les racines, les plantes séchées, les coques de noix et les enveloppes.
- Cultures énergétiques à partir de charbon de bois, de litière de tourbe et de mousse.
- Déchets traités tels que les déchets de la plante de bagasse.
- Déchets animaux tels que la boue séchée et le fumier.
- Déchets solides municipaux provenant des ordures ménagères.
Liquides – également connus sous le nom de « biocarburants », sont tout type de fluide ou de liquide produit à partir de matière solide qui est encore en croissance ou a été vivant à un moment donné et peut être traité pour produire un type de carburant. Les fluides de biomasse liquide ou les biocarburants incluent :
- Huiles végétales pures provenant de tournesols et de colza, ou huiles végétales recyclées.
- Méthanol, éthanol et carburants à base d’alcool fermentés à partir de maïs, de céréales et d’autres matières végétales.
- Biodiesel distillé à partir d’huiles végétales et de graisses animales.
- Carburants de la série P, qui mélangent divers matériaux solides et liquides pour produire un carburant.
Gaz – également connu sous le nom de « biogaz », est tout type de gaz naturel formé par la décomposition de plantes, de déchets en décomposition, d’animaux en décomposition, de boue et de fumier qui peut être utilisé comme un type de carburant. La biomasse liquide ou le biogaz comprennent :
- Méthane provenant de plantes en décomposition, d’animaux et de fumier.
- Biogaz généré à partir de déchets en décomposition dans des décharges.
- Hydrogène pour batteries et piles à hydrogène.
- Gaz de synthèse mélangé de monoxyde de carbone et d’hydrogène.
- Gaz naturel provenant de combustibles fossiles.
Énergie de la biomasse
Il existe quatre façons principales dont les cultures organiques et les matériaux peuvent être utilisés directement comme biomasse ou comme biocarburant faisant partie d’une ressource énergétique renouvelable.
Combustion thermique – la combustion de matériaux ligneux solides, également appelée incinération, dans l’air est l’utilisation la plus courante des combustibles de biomasse aujourd’hui. La bioénergie libérée par ce processus est utilisée directement pour le chauffage de l’espace et de l’eau, ainsi que pour la cuisson et le lavage.
La combustion thermique domestique de matériaux solides de biomasse pour la cuisson et le chauffage de l’espace peut représenter une alternative attrayante aux combustibles fossiles conventionnels, en particulier lorsque les biocarburants sont disponibles à des prix économiques ou, en particulier dans les zones isolées ou rurales, lorsque le biocarburant peut être collecté par le consommateur localement.
Une utilisation à petite échelle, comme pour la cuisine à domicile et la combustion dans des cheminées ouvertes, est généralement très inefficace, car la majeure partie de l’énergie de la biomasse de bois s’échappe par la cheminée sous forme de chaleur perdue. Des poêles à cuisson à haute efficacité, des poêles de chauffage et des systèmes de cheminée ont été développés spécialement pour la combustion d’énergie de biomasse et sont maintenant largement disponibles.
De plus grandes chaudières et fournaises ont également été conçues pour brûler divers types de matériaux solides de biomasse, tels que des déchets de bois, des copeaux de bois, des bûches, de la sciure et des coques de noix, avec ou sans une forte teneur en humidité. Les unités plus grandes peuvent être très efficaces sur une large gamme de tailles de particules et de compositions, presque en égalité de performances avec les fournaises à fioul ou à gaz traditionnelles.
Génération électrique à partir de la biomasse – la biopower, ou l’énergie de la biomasse, utilise la chaleur et/ou la vapeur produites par la combustion de matières premières pour générer de l’électricité. La plupart des centrales électriques et des centrales conventionnelles utilisent des combustibles fossiles sous forme de charbon comme principale source de combustible. Les prévisions actuelles indiquent que l’utilisation de charbon à vapeur pour la production d’électricité dans le monde augmentera considérablement au cours des prochaines décennies, ce qui signifie que la demande du marché pour des centrales de production d’électricité à haute efficacité et propres est élevée.
Par le biais d’un pré-mélange de charbon avec des matières premières de biomasse solides, un nouveau type de carburant peut être produit pour être brûlé dans des chaudières à charbon existantes. Le carburant mélangé peut toujours être traité à travers les mêmes systèmes de gestion, de fraisage et de tirage de charbon qu’auparavant. L’avantage est que la co-combustion de biomasse solide réduit la dépendance des centrales de production sur les combustibles fossiles uniquement, réduisant son contenu en cendres résiduelles et ses émissions de soufre et de CO2.
Les centrales de production d’électricité dédiées à la biomasse et celles utilisant la co-combustion de biomasse sont utilisées dans la production d’électricité, la co-combustion de biomasse à grande échelle étant l’une des approches les plus efficaces et rentables pour générer de l’électricité à partir de sources renouvelables. L’avantage principal des centrales de co-combustion de biomasse est que la biomasse est beaucoup moins chère que le charbon, donc la co-combustion est moins coûteuse que la combustion du charbon seul.
Pratiquement toute la génération d’électricité actuelle à partir d’énergie de biomasse utilise des turbines à vapeur. Elle peut être co-combustionnée avec du charbon fossile pour générer la quantité nécessaire de vapeur pour faire fonctionner les turbines produites, et les gaz qui peuvent être capturés, nettoyés et utilisés comme un autre produit de bioénergie.
La co-combustion pour la production d’électricité peut également fournir à d’autres secteurs tels que la foresterie, les produits en bois, la pâte et le papier, l’agriculture et le traitement des aliments, etc., un moyen de vendre leurs grandes quantités de résidus de biomasse combustibles au lieu de les envoyer dans des décharges. Le coût de ces carburants traités peut être faible, surtout lorsque de grandes quantités de bois et de déchets agricoles sont disponibles.
Gazéification de la biomasse – une sous-catégorie de la biomasse est le biogaz, qui est un gaz produit naturellement à partir de sources biologiques telles que le fumier animal, les déchets en décomposition et les algues. La gazéification de la biomasse en un carburant qui peut alors être utilisé directement ou transporté par route ou pipeline vers le consommateur final pour le chauffage ou la production d’énergie est une autre forme utile de bioénergie.
Le biogaz est le produit de la digestion anaérobie (décomposition bactérienne sans oxygène) de matériaux de biomasse, produisant un mélange gazeux 60/40 de méthane (CH4) et de dioxyde de carbone (CO2). Si vous avez déjà vu des bulles s’élever d’une zone marécageuse ou d’un étang rempli d’algues, ce méthane est produit naturellement. Le méthane est séparé du dioxyde de carbone à l’aide de technologies conventionnelles pour fournir du gaz à un système de gaz naturel ou à d’autres consommateurs.
À l’instar du gaz dans les bouteilles de gaz de pétrole liquéfié (GPL), le biogaz peut être brûlé dans des fours, des cuisinières et des chaudières conventionnels pour la cuisson, le chauffage ou l’éclairage domestique. Il peut également être utilisé pour alimenter des moteurs à combustion interne pour conduire une voiture ou générer de l’électricité.
L’énergie du biogaz offre de nombreux avantages par rapport au gaz naturel conventionnel. Les centrales électriques alimentées au biogaz peuvent être construites rapidement, simplement et pour beaucoup moins d’argent par kilowatt que les centrales à charbon, à pétrole ou nucléaires. Contrairement aux combustibles fossiles, « le biogaz » est une ressource renouvelable.
Le méthane produit par la décomposition bactérienne de la matière organique continuera d’être produit naturellement dans les décharges et les terres agricoles, qu’il soit utilisé comme gaz ou non. Le méthane est également un gaz à effet de serre important et un contributeur majeur au problème du réchauffement climatique, donc la combustion de biogaz fournit une excellente source d’énergie bénéfique pour l’environnement. Enfin, le résidu provenant de la combustion de biogaz, appelé boue activée, peut être séché et utilisé comme fertilisant.
Conversion liquide de la biomasse – une autre forme d’énergie alternative passionnante est la production de carburants de biomasse appelés biocarburants. Le biocarburant est un carburant liquide fabriqué à partir de biomasse, généralement de matière végétale. Il existe de nombreux types de biocarburant, certains des plus courants étant le méthanol et l’éthanol, ainsi que l’essence synthétique, le biodiesel et les carburants pour l’aviation.
L’éthanol (alcool éthylique) biocarburant, récolté à partir de maïs, de canne à sucre et de soja, est désormais le biocarburant le plus courant dans le monde et est généralement considéré comme une « ressource énergétique renouvelable » parce qu’il est principalement le résultat de la conversion de l’énergie solaire en énergie utilisable.
Le transport nécessite également du carburant, et l’éthanol peut être utilisé pour faire fonctionner des voitures, remplaçant ou complétant l’essence en tant que source significative de carburant automobile. L’éthanol utilisé comme carburant brûle de manière plus propre que l’essence, produisant ainsi moins de polluants et d’émissions. Le biodiesel est un autre type de biocarburant liquide qui peut être utilisé comme alternative au diesel pétrolier pour les moteurs à combustion interne.
Le biodiesel est un biocarburant oxygéné à base d’esters généralement fabriqué à partir du traitement d’huiles végétales ou de graisses animales. Cependant, il est courant d’utiliser différents pourcentages de mélanges de biodiesel avec une variété d’huiles végétales telles que l’huile de palme et l’huile de colza pour augmenter l’efficacité et la durée de vie du moteur, produisant ainsi un carburant diesel ultra-propre. Le biodiesel présente de nombreux avantages en matière de diesel de transport et peut être utilisé dans tout type de moteur diesel, des voitures aux camions de grande taille, rendant la transition vers le biodiesel très facile.
Les biocarburants peuvent offrir de nombreux avantages par rapport aux huiles et combustibles à base de carbone conventionnels. Un grand avantage du biocarburant est qu’il est renouvelable. Le biocarburant représente une perspective excitante car il permettra aux agriculteurs de transformer les cultures excédentaires en carburant, mais l’ampleur de ces avantages dépend de la manière dont une culture de biocarburant est cultivée et convertie en un carburant utilisable. Le biocarburant réduit également la dépendance aux importations de pétrole, car une grande partie du carburant peut être produite à l’intérieur d’un pays.
Cependant, il existe aussi de nombreux inconvénients à la production de biocarburants. L’énergie des combustibles fossiles doit être utilisée pour produire du biocarburant, ce qui le rend moins efficace. De grandes quantités de terre sont nécessaires pour soutenir les cultures cultivées pour la production de biocarburant, diminuant ainsi la quantité de terre disponible pour la production agricole et alimentaire, ce qui pourrait entraîner d’autres problèmes tels qu’une augmentation des prix des aliments et une pénurie de certaines cultures alimentaires sur le marché mondial.
Résumé du tutoriel
Utiliser la biomasse pour produire de l’énergie renouvelable propre peut réduire notre dépendance aux combustibles fossiles, diminuer les émissions de gaz à effet de serre et réduire les problèmes de pollution et de gestion des déchets.
Grâce au processus de photosynthèse, les plantes ont la capacité de capturer et d’utiliser l’énergie dérivée du soleil, ainsi que du carbone provenant de l’atmosphère terrestre et des nutriments de nos sols pour générer de la biomasse qui peut ensuite être utilisée comme bioénergie via la combustion de matériaux organiques.
La biomasse présente de nombreux avantages en tant que carburant bioénergétique, réduisant les déchets et les émissions, tout en utilisant une variété de cultures différentes pour soutenir les agriculteurs, produisant de nouvelles alternatives propres et renouvelables au pétrole brut et aux combustibles fossiles conventionnels. Cependant, tout ce qui est associé à l’énergie de la biomasse n’est pas vert, car cela a aussi ses inconvénients.
Par exemple, la biomasse est renouvelable tant qu’elle n’est pas consommée plus rapidement qu’elle ne peut être remplacée. Les formes solides de combustible de biomasse ont une teneur énergétique bien inférieure à celle des combustibles fossiles. De plus, des combustibles fossiles sont consommés pour produire des combustibles bioénergétiques et de grandes quantités de terre sont nécessaires pour cultiver les arbres et les cultures, réduisant ainsi la surface de terre disponible pour l’agriculture et la production alimentaire.
« La biomasse » et « la bioénergie » existent sous les trois formes de base : solide, liquide ou gaz. La biomasse solide peut être utilisée telle quelle et brûlée pour générer de la chaleur pouvant être traduite en énergie, mais les combustibles solides ont une teneur énergétique bien inférieure à celle des combustibles fossiles. Les combustibles liquides sous forme de biocarburant constituent un carburant renouvelable propre fabriqué à partir d’huiles végétales usées, de graisses animales et de plantes. Les biocarburants les plus courants sont l’« éthanol » et le « biodiesel ». Ces deux produits peuvent être utilisés comme alternatives aux carburants de transport traditionnels.
Le biogaz est un mélange de gaz produit par la fermentation de matériaux de déchets dans des conditions anaérobies (sans air). Cela produit divers gaz, dont du méthane, du dioxyde de carbone, de l’azote et de l’hydrogène. Comme le biogaz contient beaucoup de méthane, il peut être utilisé comme source d’énergie alternative au gaz naturel pour la cuisson et le chauffage.
Pour mieux comprendre la « biomasse et la bioénergie », obtenir plus d’informations sur les divers systèmes d’énergie de la biomasse disponibles, ou explorer les avantages et inconvénients de la biomasse et de la bioénergie, alors Cliquez ici pour obtenir votre copie sur Amazon d’un des meilleurs « livres sur la biomasse » aujourd’hui pour en savoir plus sur la fabrication de granulés à base de bois à brûler chez vous pour économiser de l’argent et pour l’environnement.