Énergie de la biomasse

Biomasse, énergie de la
L'énergie de la biomasse, ou bioénergie, est l'ÉNERGIE qui est extraite des matières organiques non fossiles comme le bois, la paille, les huiles et les déchets végétaux des secteurs forestier, agricole et industriel. Tout comme l'énergie des combustibles fossiles, la bioénergie provient de l'ÉNERGIE SOLAIRE emmagasinée dans les plantes par la photosynthèse. La principale différence entre les deux formes d'énergie tient au fait que les combustibles fossiles ne sont transformables en énergie utilisable qu'après des milliers d'années, alors que l'énergie de la biomasse bien gérée est renouvelable et peut être utilisée de façon continue.

Après l'énergie solaire directe et l'hydroélectricité, la biomasse est l'une des sources d'énergie renouvelable les plus importantes (la combustion du bois et du fumier constitue près de 14 p. 100 des sources énergétiques mondiales) et, au Canada, son utilisation combine les technologies de l'énergie les plus anciennes et les plus récentes.

Au Canada, l'énergie de la biomasse représente 540 PJ (pétajoules) de la consommation d'énergie. Elle dépasse déjà l'énergie produite par le charbon (pour les applications de génération non électrique) et par l'énergie nucléaire. Elle représente 5 p. 100 de la consommation d'énergie secondaire du secteur résidentiel et 17 p. 100 de celle du secteur industriel, surtout dans les industries forestières. Si on inclut le bois d'oeuvre et les pâtes et papiers, la foresterie absorbe 35 p. 100 de la consommation totale d'énergie au Canada; elle répond elle-même à la moitié de cette demande en exploitant ses propres déchets de biomasse. Les industries forestières augmentent de plus en plus leur consommation de déchets de bois, auparavant brûlés ou enterrés, surtout pour chauffer les chaudières des usines de pâtes et papiers et produire la chaleur industrielle et l'énergie nécessaires au séchage du bois.

Dans quelques provinces (Colombie-Britannique, Ontario, Québec, Île-du-Prince-Édouard et Nouveau-Brunswick), les industries forestières fournissent des résidus de bois, des copeaux et des granulats à des consommateurs industriels et résidentiels situés à proximité et à des générateurs utilisés pour des fins autres que la production d'électricité. Le bois est aussi le combustible principal utilisé pour le chauffage dans plus de 100 000 foyers canadiens. Dans plusieurs millions d'autres foyers, c'est un combustible de chauffage complémentaire, même s'il a surtout une fonction décorative. La plupart des évaluations officielles sous-estiment la consommation résidentielle de bois de chauffage parce qu'une grande partie est récoltée et utilisée localement et qu'elle ne figure pas dans les dossiers fiscaux ni dans les statistiques gouvernementales.

L'agriculture, les déchets de l'industrie alimentaire, les déchets industriels, les eaux usées et les déchets domestiques sont d'autres sources importantes de biomasse. Les projets de production d'énergie à partir des déchets comprennent la production de vapeur à des fins commerciales ou industrielles, et la production d'électricité dans de grands centres urbains canadiens.

La biomasse se présente sous forme solide, liquide ou gazeuse et peut servir à de nombreuses applications. À l'heure actuelle, l'énergie de la biomasse provient en très grande partie des solides (copeaux, sciure, granulats, charbon, ordures ménagères) et des liquides (lessives de cuisson) provenant de la cuisson du bois dans l'industrie papetière.

Le gaz d'enfouissement (méthane) produit par la digestion anaérobie des déchets municipaux solides dans les décharges est de plus en plus utilisé et fournit aujourd'hui 100 MW. La recherche se concentre actuellement sur la conversion de la biomasse en alcool qui pourrait servir de carburant pour suppléer ou remplacer l'essence et le carburant diesel. La production d'alcool à partir de cellulose est présentement effectuée en deux étapes : la transformation de la cellulose en sucres, puis la transformation des sucres en alcool par la fermentation. Grâce à de nouvelles souches de bactéries génétiquement modifiées, il est maintenant possible d'envisager la combinaison de ces deux transformations pour produire de l'alcool à partir de la cellulose en une seule étape.

Les autres formes liquides d'énergie de la biomasse comprennent le méthanol (alcool de bois), l'éthanol et les huiles végétales. La combinaison du méthanol ou de l'éthanol à l'essence donne un produit appelé « alco-essence ». Produit de la distillation du bois et des déchets forestiers, le méthanol peut être considéré comme un carburant de remplacement pour le transport et l'industrie, à des prix pouvant concurrencer ceux des combustibles qui proviennent du bitume et de la liquéfaction du charbon. L'éthanol est aussi un combustible valable, mais ses coûts de production sont plus élevés lorsque des ressources alimentaires comme le maïs et le blé sont utilisés. Par contre, lorsque l'éthanol est produit à partir de déchets alimentaires et agricoles, ses coûts de production peuvent concurrencer ceux du méthanol et de l'essence.

Le terme biogaz désigne la forme gazeuse de la biomasse contenant de l'énergie. Ce gaz à faible pouvoir calorifique contenant principalement du méthane provient de la digestion anaérobie (sans oxygène) de matières organiques comme les eaux usées ou le fumier.

Biomasse forestière
Afin d'augmenter le rôle de la bioénergie dans l'utilisation des sources d'énergie primaire du Canada (d'ici l'an 2000), un programme de développement en trois étapes de la biomasse forestière est préconisé. La première étape assurerait l'utilisation de tous les résidus de coupe et d'usinage du bois produits par l'industrie forestière. Ces matériaux servent de plus en plus de substituts aux combustibles fossiles. Les aspects économiques sont généralement favorables parce que les matériaux sont concentrés et que les frais de manutention et de transport font partie de l'exploitation du produit forestier principal dont ils proviennent. La deuxième étape prévoit l'utilisation des débris ligneux et des résidus qui sont actuellement inutilisés par l'exploitation forestière.

Les débris ligneux sont les composants de l'arbre qui sont abandonnés après le retrait des parties à valeur commerciale (bois de sciage, bois de pâte). Les résidus sont les arbres qui n'ont aucune valeur commerciale et ceux qui sont inutilisables parce qu'ils sont imparfaits, malades ou morts. De cette matière et pour ses propres besoins, l'industrie forestière pourrait produire sur place de l'électricité à partir de la vapeur. L'électricité excédentaire serait répartie sur le réseau. Enfin, la troisième étape serait d'envisager sérieusement l'établissement de plantations d'herbes et d'espèces hybrides à croissance rapide et propices à la production d'énergie.

L'énergie associée à la biomasse forestière pourrait être très profitable aux nouvelles industries, car toute la matière cellulosique abandonnée aujourd'hui (branches, écorce, troncs, souches, bois tordu, malade, infesté, endommagé par le feu ou mort) serait transformée en produits énergétiques à valeur ajoutée. L'utilisation de la biomasse forestière à des fins énergétiques offre également l'occasion de se débarrasser des peuplements de qualité inférieure et de les remplacer par des peuplements productifs constitués à partir d'espèces plus intéressantes. Selon les estimations, on trouve dans certaines régions (comme la Colombie-Britannique) assez de déchets forestiers pour produire des combustibles solides et liquides qui pourraient remplacer une bonne partie de la consommation actuelle de pétrole, une fois que les technologies de conversion énergétique se seront révélées rentables.

Dans d'autres régions du Canada, comme les Prairies et l'Est du pays, il faudra établir des plantations énergétiques si on veut obtenir la biomasse nécessaire pour remplacer le pétrole de façon significative. Les terres agricoles peu productives, impropres à la culture et non agricoles (comme les marécages) serviraient à une culture forestière intensive avec des périodes de rotation de coupe de moins de 10 ans (voir SYLVICULTURE). Présentement, les espèces d'arbres mises à l'essai sont surtout des hybrides du peuplier, mais aussi le mélèze, le frêne vert, le saule, l'aulne et l'érable argenté. Grâce à la sélection des espèces, de la provenance et du phénotype, et grâce au clonage, il est possible d'augmenter considérablement le rendement ainsi que la résistance aux maladies et au gel.

Biomasse agricole
La biomasse agricole comprend le fumier, les résidus cellulosiques des récoltes, les résidus des fruits et des légumes, et les eaux résiduaires de l'industrie alimentaire. Les variétés à haut rendement et à forte teneur en hydrates de carbone, dont le panic dressé, celles qui produisent des huiles végétales (colza et tournesol) et les plantes à hydrocarbures (asclépiade et herbe à gomme) sont des cultures à potentiel énergétique. Au Canada, le potentiel de la biomasse agricole est beaucoup plus limité que celui de la biomasse forestière. La plupart des résidus agricoles servent de fourrage ou de conditionneurs de sol et possèdent un potentiel énergétique beaucoup moins élevé que celui du bois (1 m³ de bois fournit autant d'énergie que 5 à 10 m³ de résidus agricoles compactés).

De plus, la biomasse agricole n'est habituellement disponible qu'une fois par année, alors que le bois peut être coupé pendant toute l'année. Le rendement annuel du territoire forestier est évalué à environ 20 fois celui du territoire agricole. Malgré tout, la biomasse agricole trouve place dans les exploitations agricoles ou locales. Le biogaz provenant du fumier peut chauffer les bâtiments; purifié et comprimé, il peut alimenter les machines agricoles. L'utilisation des déchets animaux ou de l'industrie alimentaire peut diminuer la pollution, minimiser le problème d'élimination des ordures et fournir de l'énergie. La combustion de la paille dans un four spécialement conçu peut servir à assécher le grain et à chauffer les bâtiments de ferme. L'utilisation de l'huile de colza dans les moteurs diesel des machines agricoles fait l'objet de continuelles améliorations.

Avenir
Diverses agences ministérielles fédérales ainsi que des organismes de recherche provinciaux et fédéraux ont étudié des propositions sur le développement du potentiel énergétique de la biomasse. Par exemple, le Programme de l'énergie forestière du gouvernement fédéral, ENFOR, a reçu de solides appuis, et le programme de conversion de la biomasse est géré par le ministère des Ressources naturelles.

Les principaux problèmes du développement de l'énergie de la biomasse tiennent aux coûts passablement élevés des nouvelles installations et à la nécessité de rendre l'industrie entièrement renouvelable. Une politique gouvernementale et une augmentation des prix des sources d'énergie traditionnelles pourraient résoudre le problème des coûts. Il ne faut cependant pas négliger les problèmes liés au reboisement, à l'utilisation des terres et de l'eau, à la qualité des sols, à l'érosion et à la pollution. La production d'énergie, ajoutée à celle du bois et du papier, peut mettre en danger le renouvellement des ressources forestières, déjà compromis par les pratiques passées de l'industrie. L'énergie de la biomasse doit être un produit cultivé et non extrait. Sinon, elle risque de joindre les rangs du charbon, du pétrole et du gaz naturel pour devenir une autre source d'énergie non renouvelable.

Auteur W.H. CRUICKSHANK, J.E. ROBERT et C.R. SILVERSIDES