La biomasse-énergie : verte ou polluante ?

Publié le par Physicsworld via M.E. (traduction)

La conversion à l'énergie de la biomasse a joué un rôle clé dans la réduction de notre dépendance aux combustibles fossiles. Mais cette source d'énergie renouvelable est-elle vraiment aussi verte que nous le pensions ? Kate Ravilious a enquêté.

En mai 2019, le Royaume-Uni a passé une quinzaine de jours sans utiliser de charbon pour produire de l'électricité. La dernière fois que cela s'est produit, la reine Victoria était sur le trône. D'avoir eu sa première journée sans charbon à l'été 2017 jusqu'à l'enregistrement de sa première semaine sans charbon en mai 2019, le Royaume-Uni a fait un travail impressionnant pour se sevrer du combustible fossile le plus sale. Mais alors que les écologistes applaudissent la bonne nouvelle et que les décideurs se donnent une tape dans le dos, une terrible vérité est apparue : les centrales à biomasse - une source d'énergie renouvelable clé et l'un des principaux remplaçants de l'énergie au charbon - sont plus émettrices de dioxyde de carbone de leurs cheminées que les centrales au charbon qu'ils ont remplacées. Dans sa hâte de se débarrasser du charbon, le Royaume-Uni a peut-être accidentellement aggravé le réchauffement climatique.

La logique derrière l'énergie de la biomasse est simple. Les arbres et les plantes absorbent le dioxyde de carbone de l'air, utilisent la photosynthèse pour isoler le carbone, puis l'utilisent pour construire des troncs d'arbres, des écorces et des feuilles. Mais lorsque la plante meurt, elle pourrit et une grande partie du carbone est rejetée dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. «Lorsque nous utilisons la biomasse comme source d'énergie, nous interceptons ce cycle du carbone, en utilisant cette énergie stockée de manière productive plutôt que de la libérer simplement dans la nature», explique Samuel Stevenson, analyste des politiques à la Renewable Energy Association à Londres.

Maintenant, comme nous le savons tous, la combustion de combustibles fossiles libère du carbone des réservoirs géologiques, qui serait resté enfermé pendant des millions d'années s'il n'avait pas été touché. Le passage des combustibles fossiles à l'énergie de la biomasse semblait donc un moyen évident pour les pays de l'Union européenne (UE) de respecter leurs obligations en vertu de l'accord de Paris sur le climat (signé en 2016). En 2009, l'UE s'était engagée à 20% d'énergie renouvelable d'ici 2020 et a inclus la biomasse sur la liste des sources d'énergie renouvelable, la classant comme «neutre en carbone». Plusieurs pays ont adopté la bioénergie et ont commencé à subventionner l'industrie de la biomasse.

Actuellement, près de la moitié des énergies renouvelables de l'UE sont basées sur la biomasse - un chiffre qui devrait augmenter. «L'avantage de la biomasse est qu'elle peut être mise en œuvre rapidement et utilise l'infrastructure énergétique actuelle», explique Niclas Scott Bentsen, un expert des systèmes énergétiques basé à l'Université de Copenhague au Danemark.

Au Royaume-Uni, le groupe Drax a ouvert la voie avec cette révolution énergétique verte et feuillue. Au cours de la dernière décennie, la centrale au charbon de Drax, dans le Yorkshire du Nord, qui produit environ 5% de l'électricité britannique, a vu quatre de ses six unités de production converties pour fonctionner à la biomasse. Aujourd'hui, Drax génère environ 12% de l'électricité renouvelable du Royaume-Uni - assez pour quatre millions de foyers.

Une opération massive

Debout à côté de la voie ferrée à Drax en septembre 2019, j'ai vu 25 wagons de granules de bois lentement dégorgés dans l'un des quatre dômes de stockage de la taille d'Albert Hall. Mon guide m'a dit que la plupart des granulés sont fabriqués à partir des résidus de scierie et des déchets provenant de l'exploitation forestière aux États-Unis et au Canada. Il peut s'agir de cimes et de branches d'arbres, d'arbres difformes et malades qui ne conviennent pas à un autre usage, et de petits arbres enlevés pour maximiser la croissance de la forêt. Presque tous les jours, des expéditions arrivent dans les ports d'Immingham, de Hull, de Newcastle ou de Liverpool, chacune transportant environ 62 000 tonnes de granulés de bois - assez pour faire fonctionner les chaudières pendant deux jours et demi. Le déchargement du navire prend trois jours et nécessite 37 trajets en train de marchandises.

Vous pourriez penser que les émissions de gaz à effet de serre associées au transport des pellets sur une aussi grande distance doivent être énormes, mais on me dit qu'elles représentent une proportion étonnamment faible des émissions de la chaîne d'approvisionnement. "Tant que les combustibles ligneux sont transportés par bateau, la distance n'a pas trop d'importance", explique Scott Bentsen.

La dimension de l'opération à Drax est absolument stupéfiante. En un peu moins de deux heures, tout un train de marchandises en granules de bois part en fumée. Bien que je sache que les granulés sont fabriqués à partir de sciure de bois et d’éclaircies de forêt, je suis toujours frappé de voir à quel point la demande de bois doit être colossale pour produire des restes à cette échelle. Cependant, Drax dit qu'en créant un marché pour les déchets de bois, il contribue à prévenir la déforestation. «L'utilisation du matériau de faible qualité pour les granulés de bois fournit aux propriétaires fonciers un revenu supplémentaire, rendant leurs terres plus rentables et les incitant à entretenir et à améliorer les forêts, plutôt que d'utiliser les terres pour autre chose», explique un porte-parole de Drax.

Selon Drax, la décision de passer du charbon à la biomasse a réduit les émissions de CO2 de l'usine de plus de 80% depuis 2012. «Pendant cette période, nous sommes passés du statut de plus grand pollueur d'Europe occidentale à celui du plus grand projet de décarbonisation d'Europe, »Écrit Will Gardiner, PDG de Drax Group, sur le site Internet de l'entreprise.

Cependant, ces économies calculées reposent sur quelques hypothèses clés: premièrement, que le carbone libéré lors de la combustion des granules de bois est récupéré instantanément par une nouvelle croissance; deuxièmement, que la biomasse brûlée est un déchet qui aurait naturellement libéré du dioxyde de carbone lors de sa pourriture. Mais ces hypothèses sont-elles exactes ?

 

Les partisans de l'énergie de la biomasse affirment que lorsque les forêts sont récoltées de manière durable et que les éclaircies de l'industrie du bois sont utilisées comme combustible, les émissions des cheminées sont annulées par le carbone absorbé par la repousse des forêts. Cependant, certains scientifiques disent que cette comptabilité du carbone ne correspond tout simplement pas. «La bioénergie du bois ne peut que réduire progressivement le CO2 atmosphérique au fil du temps, et seulement si la récolte du bois pour fournir le biocarburant induit une croissance supplémentaire des forêts qui ne se serait pas produite autrement», explique John Sterman, expert des systèmes complexes au Massachusetts Institute of Technology. (MIT) aux États-Unis. Le temps nécessaire à la repousse pour éponger le CO2 supplémentaire est connu sous le nom de «délai de remboursement de la dette carbone», et c'est ce qui est vivement contesté.

Grands espoirs

John Sterman - qui tient à souligner que sa recherche sur la bioénergie est indépendante, financée ni par l'industrie forestière ou bioénergétique, ni par des groupes environnementaux - dit qu'il était initialement optimiste quant à l'énergie de la biomasse. «La crise climatique est si grave que lorsque nous avons commencé notre travail, j'espérais sincèrement que le bois ferait partie de la solution», dit-il. Mais plus il y réfléchissait, plus il s'inquiétait.

À l'aide d'un modèle d'analyse du cycle de vie, John Sterman et ses collègues ont calculé le temps de récupération pour les forêts de l'est des États-Unis - qui fournissent une grande partie des granulés utilisés au Royaume-Uni - et ont comparé ce chiffre aux émissions provenant de la combustion du charbon. Dans le meilleur des cas, lorsque toutes les terres récoltées peuvent repousser sous forme de forêt, les chercheurs ont constaté que la combustion de granulés de bois crée une dette de carbone, avec un temps de récupération compris entre 44 et 104 ans (Environ. Res. Lett. 13 015007). «Parce que les rendements de combustion et de traitement du bois sont inférieurs à ceux du charbon, l'impact immédiat du remplacement du bois par du charbon est une augmentation du CO2 atmosphérique par rapport au charbon», explique John Sterman. «Cela signifie que chaque mégawattheure d'électricité produite à partir du bois produit plus de CO2 que si la centrale était restée alimentée au charbon

John Sterman souligne qu'il ne préconise pas un retour à la combustion du charbon. «Le charbon et les autres combustibles fossiles doivent diminuer le plus tôt et le plus rapidement possible pour éviter les pires conséquences du changement climatique. [Mais] il y a plusieurs façons de le faire, l'amélioration de l'efficacité énergétique étant l'une des moins chères et des plus rapides. »

Cependant, les défenseurs de l'énergie de la biomasse disent que la dette de carbone de John Sterman est une erreur, créée en évaluant la forêt au stand by stand (se référant à un groupe d'arbres plantés en même temps puis récoltés quelques décennies plus tard) plutôt que de la visualiser au niveau du paysage. «Ce qui se passe réellement, c'est qu'une partie de la forêt est récoltée (généralement 3 à 4%) tandis que le reste croît (la croissance nette après récolte est généralement d'environ 0,7 à 1% par an), soutenue par une gestion forestière active», explique Samuel Stevenson à Londres.

Mais John Sterman soutient que le contraire est en réalité vrai. «La récolte d'une partie d'une forêt en croissance ne fait pas pousser les arbres à des kilomètres de distance encore plus rapidement», dit-il. «Les arbres récoltés pour la bioénergie auraient continué de croître, éliminant ainsi davantage de CO2 de l'atmosphère. Plus une forêt croît rapidement, plus le futur stockage de carbone est important. »

On avait supposé que les jeunes arbres absorbent plus de carbone que les anciens parce qu'ils poussent rapidement, mais des études récentes ont révélé que les forêts anciennes qui poussent dans les régions tempérées absorbent plus de CO2 que les jeunes plantations. En effet, dans certains cas, la croissance s'accélère avec l'âge et l'absorption de CO2 est à peu près équivalente à la biomasse (Nature, vol. 507, 6 March 2014). «Loin de plafonner en termes de séquestration du carbone à un âge relativement jeune comme on le croyait depuis longtemps, les forêts plus anciennes (par exemple plus de 200 ans sans intervention) contiennent une variété d'habitats, continuent généralement à séquestrer du carbone supplémentaire pendant de nombreuses décennies, voire des siècles et séquestrer beaucoup plus de carbone que les peuplements plus jeunes et aménagés», écrivent des chercheurs dans la revue Frontiers in Forests and Global Change (11 January 2019).

De la croissance à la décomposition

Mais même si les vieux arbres continuent de consommer du CO2, que se passe-t-il lorsqu'un arbre meurt? La comptabilité actuelle du carbone suppose que tout le carbone du bois mort est à nouveau rejeté dans l'atmosphère. Il est donc préférable de retirer les éclaircies des forêts et de les brûler pour produire de l'énergie que de les laisser se décomposer sur le sol de la forêt. En effet, "Biomass in a Low-carbon Economy" - un rapport produit en novembre 2018 par le UK Committee on Climate Change - déclare que «non récoltés, le maintien de ces stocks de carbone à perpétuité est essentiel pour garantir que le carbone séquestré ne rentre pas l'atmosphère."

Cependant, John Sterman fait valoir que cela ne tient pas compte de l'ensemble du système. «Nous devons également tenir compte du carbone stocké dans le sol. L'élimination et la combustion des «déchets» de bois abaissent la source de carbone des sols forestiers. Cela permet aux sols de devenir des sources nettes de carbone dans l'atmosphère alors que la respiration bactérienne et fongique continue de libérer du carbone du sol dans l'atmosphère », dit-il.

Mary Booth, écologiste des écosystèmes et directrice du Partnership for Policy Integrity à Pelham, Massachusetts, partage les préoccupations de John Sterman. En 2017, elle a utilisé un modèle pour calculer l'impact net des émissions - la différence entre les émissions de combustion et les émissions de décomposition, divisée par les émissions de combustion - lorsque les résidus forestiers sont brûlés pour l'énergie. «C'est le pourcentage des émissions de combustion que vous devez considérer comme étant« supplémentaire» au CO2 que l'atmosphère «verrait » si les résidus venaient à se décomposer», explique-t-elle. Ses calculs ont révélé que même si les granulés sont fabriqués à partir de résidus forestiers plutôt que d'arbres entiers, la combustion produit un impact net des émissions de 55 à 79% après 10 ans (Environ. Res. Lett. 13 035001).

Même après 40 ans, son modèle montre que les émissions nettes sont toujours de 25 à 50% supérieures aux émissions directes. Comme John Sterman, Mary Booth conclut qu'il faut plusieurs décennies pour rembourser la dette carbone, et elle conclut que l'énergie de la biomasse ne peut pas être considérée comme neutre en carbone dans un délai significatif pour l'atténuation du changement climatique.

Mary Booth était tellement préoccupée par ce qu'elle a découvert qu'elle a coordonné un procès contre l'UE en mars 2019 (eubiomasscase.org), contestant son traitement de la biomasse forestière en tant que carburant renouvelable respectueux du climat. «Notre position est que les politiques devraient tenir compte des émissions de carbone biogénique et que la combustion de bois forestier comme combustible ne devrait pas être éligible aux subventions pour les énergies renouvelables», explique Mary Booth. Elle attend actuellement d'entendre si le tribunal acceptera l'affaire.

Méthodes danoises

Mais même si l'énergie de la biomasse n'est pas neutre à 100% en carbone, il peut toujours y avoir une place dans le mix énergétique. Actuellement, environ les deux tiers des énergies renouvelables au Danemark sont fournies par la biomasse, et elle joue un rôle essentiel dans le fonctionnement des systèmes de chauffage urbain, en particulier lorsque le vent ne souffle pas.

En 2018, Scott Bentsen à Copenhague a calculé la dette carbone et le délai de récupération d'une centrale de production combinée de chaleur et d'électricité au Danemark. Ses résultats suggèrent que la dette de carbone a été remboursée après seulement un an et qu'après 12 ans, les émissions de gaz à effet de serre ont été divisées par deux par rapport à la poursuite de la combustion du charbon (Energies vol.11, issue 4, 2018). Ces chiffres sont très différents des plus de 40 ans de temps de récupération estimés par John Sterman, alors qu'est-ce qui différencie l'énergie de la biomasse danoise du type de processus observé à Drax?

Scott Bentsen explique qu'il existe un certain nombre de différences clés. Dans cette étude danoise, l'usine brûle des copeaux de bois plutôt que des granulés, ce qui réduit l'énergie de traitement. En outre, le bois provient localement de forêts mixtes dans une région tempérée froide, qui ont des caractéristiques de croissance différentes des arbres dans une région tempérée chaude. Et l'énergie qu'elle produit est maximisée, produisant à la fois de la chaleur pour les maisons locales et de l'électricité. «Évidemment, nous ne devrions pas abattre toutes les forêts uniquement pour les brûler à des fins énergétiques, mais tant que nous pouvons récolter de la biomasse d'une manière qui ne met pas en péril de façon permanente le stockage du carbone de la forêt et sa capacité à croître, alors cela rend scientifique et sens climatique d'utiliser la biomasse pour déplacer les ressources en combustibles fossiles», explique Scott Bentsen. Il estime que le calcul du temps de récupération du carbone pour une chaîne d'approvisionnement spécifique peut jouer un rôle important en aidant à affiner les pratiques de gestion et à minimiser les émissions des centrales énergétiques à biomasse individuelles (Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol.73 june 2017).

John Sterman accepte qu'il existe des arguments pour utiliser les déchets de l'industrie du bois comme biocarburant. «Il n'est pas faux d'utiliser des résidus de scierie pour l'énergie, mais ces sources sont déjà pleinement utilisées. Il n'y a pas suffisamment de déchets de l'industrie du bois pour permettre à l'industrie de la biomasse de se développer sans utiliser plus de bois rond», explique-t-il.

Tirer davantage parti de la biomasse

Simon McQueen Mason, un biologiste de l'Université de York, au Royaume-Uni, pense que le simple fait de brûler de la biomasse manque une astuce. «Le simple fait de l'utiliser pour produire de la chaleur et de l'électricité semble être le gaspillage d'une très bonne ressource», dit-il. Au lieu de cela, McQueen Mason étudie les moyens de produire du gaz et du carburant liquide à partir de la biomasse, en obligeant les micro-organismes et les bactéries à se frayer un chemin à travers les matériaux ligneux et en collectant le gaz et le liquide produits lors de la digestion de la biomasse par les insectes. Les usines pilotes utilisant des résidus de canne à sucre s'avèrent déjà prometteuses et pourraient apporter une solution au problème épineux de décarbonisation de l'industrie pétrochimique. «Nous avons fait du bon travail pour réduire les émissions de chaleur et d'électricité, mais nous avons à peine touché nos émissions provenant des transports» dit-il. «Les biocarburants sont probablement le seul moyen de décarboniser l'industrie aéronautique au cours des cent prochaines années

D'autres suggèrent que cette biomasse «résiduelle» pourrait avoir d'autres utilisations plus précieuses (voir l'encadré ci-dessus), mais à l'heure actuelle, la brûler fournit aux gouvernements un moyen rapide de réduire les émissions. Malgré la fumée évidente qui s'échappe de la cheminée de la chaudière à Drax, la classification de l'UE de la biomasse en tant que forme d'énergie renouvelable signifie que le gouvernement britannique peut ignorer le dioxyde de carbone produit ici et supposer qu'il sera épongé par les arbres de l'autre côté de l'océan. L'utilisation de cette forme de «prêt» de carbone a joué un rôle important dans la réduction des émissions déclarées dans l'UE, les chiffres suggérant que l'UE dépassera son objectif de réduction des émissions de gaz à effet de serre de 20% d'ici 2020.

Cette forme de comptabilisation du carbone est sapée par les orientations publiées en novembre 2018 par le UK Committee on Climate Change, qui a conclu qu'il existe un approvisionnement limité en biomasse durable et qu'«aucun soutien politique supplémentaire (au-delà des engagements actuels) ne devrait être accordé aux usines de biomasse à grande échelle qui ne sont pas déployées avec technologie de capture et de stockage du carbone ».

Mais même si les arbres vivants peuvent récupérer ces émissions de dioxyde de carbone relativement rapidement, il y a un danger à charger d'avance nos émissions de cette façon. «La repousse n'est pas certaine», explique John Sterman. «Les terres forestières peuvent être converties à d'autres usages tels que les pâturages, les terres agricoles ou le développement. Et même s'il reste sous forme de forêt, les incendies de forêt, les dommages causés par les insectes, les maladies et autres stress écologiques, y compris le changement climatique lui-même, peuvent limiter ou empêcher la repousse, de sorte que la dette de carbone engendrée par l'énergie de la biomasse n'est jamais remboursée

Source : https://physicsworld.com/a/biomass-energy-green-or-dirty/

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