I feltet av energi , biomasse er organisk materiale av plante ( mikroalger inkludert), animalsk , bakteriell eller sopp (sopp) opprinnelse , kan anvendes som en energikilde (bioenergi). Denne energien kan utvinnes ved forbrenning direkte (f.eks. Tre energi ), forbrenning eller etter en prosess for omdanning av råstoffet, for eksempel metan ( biogass , eller den versjon renses den biogass ) eller andre transformasjoner kjemiske (inkludert pyrolyse , hydrotermisk karbonise og metoder for å produsere biodrivstoff eller "agrobrensel"). Det er tre måter å bruke (co) biomasse på: termisk, kjemisk og biokjemisk.
Biomasse er igjen av interesse for rike land, møtt med klimaendringer og utsiktene til en krise i fossile hydrokarbon- eller uranressurser .
Under visse forhold svarer den på utfordringene med bærekraftig utvikling og sirkulær økonomi ; ved å erstatte fossile brennstoffer for å redusere de totale utslipp av klimagasser , noen ganger også ved å gjenopprette visse mengder karbon (semi-naturlige i tilfelle av skog og hekker utnyttes). I løpet av noen tiår har nye sektorer dukket opp: drivstoff, trepellets , industriell metanisering, noe som skaper spenninger i visse ressurser, med nye risikoer for overutnyttelse av ressursen og erstatning av matavlinger med energiavlinger. I Frankrike tar en nasjonal strategi for mobilisering av biomasse (2018) sikte på å øke mengden innsamlet biomasse, samtidig som det skaper minst mulig negative sikkerhetseffekter på biologisk mangfold, landskap og andre sektorer avhengig av samme ressurs.
I 2018, ifølge International Energy Agency , ga biomasse 1327 Mtoe energi, eller omtrent 9,3% av den primære energien som forbrukes i verden, 518,5 TWh elektrisitet, eller 1, 9% av den globale elektrisitetsproduksjonen, og rundt 4% av veidrivstoff. Biomasse gir rundt 80% av den totale fornybare energien som produseres i EU, og 8% av energiforbruket. I følge en rapport fra EU-kommisjonen kan bioenergi dekke opptil 13% av EUs energibehov.
I Europa definerer et direktiv fra 2001 biomasse som "den biologisk nedbrytbare fraksjonen av produkter, avfall og rester fra landbruket (inkludert vegetabilske og animalske stoffer), skogbruk og tilhørende næringer, samt den biologisk nedbrytbare fraksjonen av industrielt og kommunalt avfall (... ) definisjonen av biomasse som brukes i dette direktiv berører bruk av en annen definisjon på nasjonale lovgivning, for andre formål enn de som er fastsatt i dette direktiv formål” .
I 2009 er det "den biologisk nedbrytbare fraksjonen av produkter, avfall og rester av biologisk opprinnelse som stammer fra jordbruk (inkludert plante- og dyrestoffer), skogbruk og relaterte næringer, inkludert fiske og havbruk, så vel som den biologisk nedbrytbare fraksjonen av industri- og kommunalt avfall ” .
I 2010 ble denne definisjonen avklart av et annet direktiv som sier at denne biomassen inkluderer “produkter sammensatt av et landbruks- eller skogplantemateriale som kan brukes som drivstoff for å kunne bruke energiinnholdet; følgende avfall: landbruks- og skogbruksavfall; vegetabilsk avfall fra industriell næringsmiddelindustri, hvis produsert varme blir gjenvunnet; fibrøst vegetabilsk avfall fra produksjon av jomfru masse og produksjon av papir fra masse, hvis det samforbrennes på produksjonsstedet og hvis den produserte varmen gjenvinnes; korkavfall; treavfall, med unntak av treavfall som sannsynligvis vil inneholde halogenerte organiske forbindelser eller tungmetaller som et resultat av behandling med trebeskyttelsesmidler eller plassering av et belegg, inkludert spesielt avfall av denne typen fra bygge- eller rivningsavfall ” .
I fransk lov er biomasse energi definert som "den biologisk nedbrytbare fraksjonen av produkter, avfall og rester fra landbruket , inkludert plante- og dyrestoffer fra land og sjø, skogbruk og relaterte næringer, så vel. Enn den biologisk nedbrytbare fraksjonen av industri- og husholdningsavfall. ” .
En definisjon (uten offisiell verdi) gitt i 2013 av en parlamentarisk rapport (National Assembly) om biomasse for bærekraftig utvikling var "alt organisk materiale som kan frigjøre energi ved direkte forbrenning eller etter en trinntransformasjon. Biomasse representerer derfor både den biologisk nedbrytbare fraksjonen av industri- eller jordbruksavfall og tre hentet direkte fra skogen .
Biomasse utvunnet for energi kan være vill og / eller dyrket (CIVEs, agrofuels, agrofuels), og muligens komme fra såkalte "fatale" avleiringer (f.eks: industriavfall, kloakkslam osv. ).
Avhengig av opprinnelse har produksjon, transport og forbrenning høyere eller lavere miljøkostnader, men bruken av den til å produsere varme og elektrisitet kan skape eller opprettholde lokale og varige arbeidsplasser, fra oppstrøms (forsyning) til nedstrøms. Av sektoren (energiutnyttelse) . Enklere å lagre den intermitterende energibiomasseenergien bidrar til å sikre kraftnettet (i henhold til flerårig energiprogrammering vil det være basert i Frankrike på flere scenarier av energibehov, og i 2 til period "sette mål inkludert høye og lave alternativer, for å ta hensyn til usikkerhet ” ), og på betingelse av å ha tilstrekkelige lagre, fordi produksjonen forblir veldig sesongmessig og avhengig av meteorologiske begrensninger).
Hovedsektorene er strukturert i to kategorier (treenergi / anaerob fordøyelse ) og etter opprinnelsen til biomassen:
Biomasseenergi har blitt brukt siden forhistorisk tid ( brannkontroll ). Det er fortsatt den første fornybare energien som brukes i verden, til oppvarming og tilberedning av retter, men hovedsakelig i mindre industrialiserte land.
I følge International Energy Agency utgjorde "biomasse og avfall" i 2018 1327 Mtoe (millioner tonn oljeekvivalenter ), eller 9,3% av det globale primærenergiforbruket . Av disse er 10,2% brukes til produksjon av elektrisk kraft, 4,9% for den kombinerte produksjon av elektrisitet og varme ( kraftvarme ), 0,9% for de kjeler av fjernvarmenett og 76,3% for direkte konsum, spesielt 50,8 % av boligsektoren (individuell oppvarming, matlaging), 15,4% etter næring og 6,8% etter transport (agrobrensel).
Kilde | 1990 | gå% | 2000 | gå% | 2010 | gå% | 2015 | 2018 |
andel% 2018 |
var. 2018/1990 |
India | 133,5 | 43,7% | 148,8 | 33,8% | 178.3 | 25,7% | 179,7 | 185.1 | 20,1% | + 39% |
Nigeria | 52.4 | 78,9% | 69,7 | 81,0% | 97,8 | 81,5% | 111,5 | 120,0 | 75,0% | + 129% |
Kina | 200,5 | 22,7% | 198.2 | 17,5% | 133.3 | 5,3% | 113,8 | 116,8 | 3,6% | −42% |
forente stater | 62.3 | 3,3% | 73.2 | 3,2% | 89.3 | 4,0% | 101.4 | 107.4 | 4,8% | + 72% |
Brasil | 47.8 | 34,1% | 46.6 | 24,9% | 81,6 | 30,7% | 86,5 | 90,0 | 31,4% | + 88% |
Etiopia | 16.9 | 94,9% | 23.4 | 95,0% | 31.0 | 93,0% | 35.4 | 38.1 | 88,1% | + 125% |
Pakistan | 18.8 | 43,6% | 24.0 | 37,5% | 30.4 | 35,6% | 34.0 | 36.4 | 32,7% | + 94% |
Indonesia | 43,5 | 44,1% | 50,0 | 32,1% | 46,0 | 22,8% | 37.2 | 33.5 | 14,5% | -23% |
Thailand | 14.9 | 35,4% | 14.6 | 20,2% | 22.6 | 19,2% | 25.3 | 25.7 | 18,9% | + 72% |
... | ||||||||||
Frankrike | 11.0 | 4,9% | 10.8 | 4,3% | 16.1 | 6,1% | 16.5 | 17.75 | 7,2% | + 62% |
Total | 904.2 | 10,3% | 1022.2 | 10,2% | 1 221,8 | 9,5% | 1.271,2 | 1327.1 | 9,3% | + 47% |
Datakilde: International Energy Agency andel% = andel biomasse i innenlandsk forbruk av primærenergi. |
Biomasse (unntatt avfall) gir 1,9% av verdens elektrisitetsproduksjon i 2018. Med 17,5% av verdens totalt er Kina den ledende produsenten av elektrisitet fra biomasse foran USA. (11,5%), Brasil (10,4%), Tyskland (8,6%) og India (8,5%). Andelen biomasse i elektrisitetsproduksjon er fortsatt beskjeden: 9,6% i Storbritannia, 1,3% i USA, 1,3% i Kina, 1,1% i Frankrike.
Land | 1990 | 2000 | 2010 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | % 2018 | % landsmiks |
Kina | - | 2.4 | 24.8 | 52.7 | 64,7 | 79.5 | 90,6 | 17,5% | 1,3% |
forente stater | 71.0 | 47.8 | 52.4 | 61,6 | 60.5 | 60,7 | 59,5 | 11,5% | 1,3% |
Brasil | 3.9 | 7.8 | 31.5 | 49.4 | 50.9 | 52.5 | 53.9 | 10,4% | 9,0% |
Tyskland | 0,4 | 2.5 | 29.2 | 44.6 | 45,0 | 45,0 | 44.7 | 8,6% | 7,0% |
India | - | 1.3 | 14.2 | 25.4 | 41,9 | 42,0 | 43.9 | 8,5% | 2,8% |
Storbritannia | 0,5 | 3.1 | 10.7 | 27.4 | 28.0 | 29.1 | 31.9 | 6,2% | 9,6% |
Japan | 8.7 | 9.8 | 15.2 | 18.6 | 15.1 | 20.0 | 21.5 | 4,1% | 2,0% |
Italia | 0,01 | 1.0 | 7.4 | 17.1 | 17.1 | 17.0 | 16.8 | 3,2% | 5,8% |
... | |||||||||
Frankrike | 1.2 | 1.4 | 2.5 | 4.5 | 5.4 | 5.6 | 6.1 | 1,2% | 1,1% |
Verden | 105.4 | 113,8 | 277,7 | 415,6 | 460,2 | 485,0 | 518,5 | 100% | 1,9% |
kilde: International Energy Agency % landmiks = andel biomasse i landets elektrisitetsproduksjon. |
I følge International International Agency , burde biomasse i 2060 dekke nesten 17% av det endelige energiforbruket mot 4,5% i 2015. I 2016 dekket agrobrensel omtrent 4% av energibehovet.
Med 60% i 2013 er biomasse-energi den ledende kilden til fornybar energi foran hydraulisk energi (17%).
Den europeiske kommisjonen har anslått at (dersom klimaendringene ikke negativt påvirke denne ressursen) bioenergi kan dekke opp til rundt 13% av EUs energibehov (som det var i 2018).
I følge en studie fra materialøkonomikonsulenten som ble publisert i juni 2021, stoler EU for mye på sine skoger og plantevekster for å produsere grønn energi og oppnå karbonnøytralitet i 2050. For å oppnå målene satt av Brussel, mellom 350 000 og 400 000 km 2 ekstra land bør vies til produksjon av biomasse av vegetabilsk opprinnelse gjennom energiavlinger, dvs. et område som tilsvarer hele Tyskland; I tillegg må rundt 340 millioner tonn tre fjernes fra skog per år, eller mer enn tre fjerdedeler av den årlige veksten av alle europeiske skoger. Biomasse er mye mer nyttig for materialbruk (konstruksjon, tekstiler og kjemikalier) enn når den blir brent; bruken av energi fra biomasse må være "ekstremt selektiv" og "konsentrert om noen få nisjer": industriell oppvarming, luftfart og sjøtransport.
Det er i Europa:
I årene 2000-2010 forble biomasse den ledende fornybare energikilden (54,2% i 2014), foran vannkraft (24,3%), og den var en av de raskt utviklende sektorene (se diagram). Motsatt), med risiko for se spenninger vises på ressursen.
I 2009 leverte den omtrent 9,6 Mtoe (unntatt biodrivstoff og forbrenning av byavfall ), hovedsakelig i form av drivved ( 9,1 Mtoe i drivved, inkludert 6,6 Mtoe i "husholdningsved"), biogass teller ikke. Det for omtrent 0,5 Mtep .
For å bedre organisere denne biomasse-energisektoren og begrense risikoen for overutnyttelse eller avledning av ressurser , ble det i samsvar med loven om energiomgang for grønn vekst 17. august 2015 lansert en nasjonal strategi for mobilisering av biomasse i 2016-2017, som må rulles ut i hver region, sammen med staten, av en regional biomasseordning (SRB), spesielt for å bidra til å øke andelen fornybar og utvunnet energi i det endelige energiforbruket til 32% .
Energi fra biomasse er fornybar og bærekraftig bare under visse betingelser:
Under disse forholdene har det fordeler for lokal utvikling (f.eks: jobber som ikke kan flyttes for bruk i lokale sektorer, lokal gjenvinning av avfall osv. ).
Men det kan også være forurensende (CO, røyk , tjære ) hvis det blir misbrukt eller hvis den anvendte biomassen er forurenset av tungmetaller , giftige metalloider , radionuklider , etc. (vel vitende om at fossile ressurser, spesielt dype, også er naturlig forurenset av metaller ( spesielt kvikksølv ) og radionuklider, ofte mer enn tre). Biomasseenergi er spesielt den ledende kilden til luftforurensning av fine partikler i Frankrike. Treproduksjon kan også konkurrere med andre aktiviteter for ressursbruk (dyrkbar mark, vann osv. ).
Som med fossile ressurser , er det en form for lagring av solenergi via karbon , som opprinnelig kommer fra CO 2.fanget av planter eller planteplankton .
Ved forbrenning frigjør den denne CO 2, som kull, gass eller olje, men med en viktig forskjell: dette karbonet har nylig blitt ekstrahert fra atmosfæren via fotosyntese , og det kan - teoretisk sett - tas opp igjen av planter, mens denne prosessen har skjedd for millioner av år siden for fossile drivstoff. Imidlertid er marine planter og alger ikke lenger tilstrekkelige for å absorbere karbon fra fossile hydrokarboner . I absolutte forhold, den kvantitative CO 2 -balansenav en installasjon er null når all energien som har blitt brukt for å utvinne drivstoff fra biomasse også kommer fra biomasse. Under etablerte industrielle forhold er det mulig å bruke biomasse til drift av installasjonen, og pass på å ikke frigjøre andre klimagasser, for eksempel metan (CH 4) spesielt som har en oppvarmingseffekt som er omtrent 21 ganger større enn CO 2på kort sikt, men som forsvinner raskere enn denne. En betydelig lekkasje i en anaerob fordøyelsesinstallasjon vil gjøre GHG-balansen veldig negativ.
Fire amerikanske forskere fra National Center for Atmospheric Research , og Max-Planck Society , minnet i 1979 i tidsskriftet Nature at forbrenningen av biomasse sjelden er nøytral: den er en viktig kilde til CO 2.og andre forurensende gasser (mer eller mindre avhengig av mengde og type biomasse, og avhengig av forbrenningstype): CO, N 2 O, NO, CH 3 Cl og COS.
Økende og brenn en overdreven mengde av biomasse både kan påvirke det biologiske mangfoldet av klimagasser og ozonlaget og avgir mange andre potensielle forurensende stoffer hvis veden eller biomasse brent var forurenset. For eksempel ved salt, pesticider, metaller eller metalloider. Brenning av biomasse (eller biogass eller biodrivstoff utvunnet fra den) kan "i stor grad bidra til budsjettene til flere viktige gasser i atmosfærisk kjemi. I mange tilfeller er utslippene sammenlignbare med den teknologiske kilden. De fleste branner foregår i tropene i den tørre årstiden og er forårsaket av menneskelige aktiviteter ” .
Det er gjennom ild at mennesket først har brukt biomasseenergi, til matlaging og oppvarming eller til belysning (fakkel, oljelampe) i flere titusenvis av år.
Siden XVIII th århundre, dampmaskiner og luftskip er drevet av tre. Ved slutten av den XIX th århundre, Rudolf Diesel , termisk ingeniør, utformet en drevet motor vegetabilsk olje (ikke olje ) for å erstatte den dampmaskin.
Nyere kriser har gjenopplivet interessen for biomasse; av forgassere som har forgasset tre har utstyrt mange kjøretøy når oljen brøt under de to verdenskrigene . De to siste store oljekrisene har gjenopplivet bruken av ved , til og med torv ( for eksempel i Irland ). Siden Rio Earth Summit har målet om bærekraftig utvikling, deretter med Kyoto, å bekjempe klimaendringer, opprettholdt eller fornyet denne interessen. I 2015, ifølge FAO, var 53% av tresnittet i verden til oppvarming og matlaging. Mer detaljert var denne satsen 8% i Nord-Amerika, 21% i Europa, 53% i Sør-Amerika, 77% i Asia og 90% i Afrika.
Biomasse brukes noen ganger i ”samforbrenning” (f.eks. Avfall fra oljefabrikker blandet med bituminøst kull).
Prospective : INRA annonsert i oktober 2014 at det hadde utviklet og patentert en “tørr prosess” for utarbeidelse av fraksjonering av lignocellulose biomasse som hvete halm og ris strå . Materialet blir finmalt og deretter forbereder en elektrostatisk sortering det for å gjøre det mer tilgjengelig for enzymer eller for å valorisere det i form av lignin-hemicelluloser og / eller mineraler. Metoden kan brukes på tre / ligneous og landbruksbiprodukter, dedikerte lignocellulosic avlinger, som kan brukes til å produsere agrofuels, bio-baserte molekyler og materialer. Denne oppfinnelsen er presentert i to vitenskapelige og tekniske tidsskrifter ( Biotechnology for Biofuels and Green Chemistry ). Denne metoden kan redusere forurensende kjemiske forbehandlinger, vannforbrukere og avløpsgeneratorer. Eksporten av disse sugerørene frarøver imidlertid jordbruksjord naturlig beskyttelse og en kilde til karbon.
Det er tre hovedpunkter som tilsvarer spesifikke gjenopprettingsprosesser :
Lignocellulosebiomasse, cellulose og lignin , består av:
Gjenopprettingen blir heller gjort ved tørr prosess, kalt termokjemiske konverteringer .
Karbohydrat biomasse , rik på lett hydrolyserbart karbohydrat stoff :
Verdsettelsen gjøres snarere ved gjæring eller ved destillasjon kjent som biologiske omdannelser .
Oljefrø biomasse , rik på lipider :
Den kan brukes som drivstoff . Det er to familier av biodrivstoff : estere av vegetabilske oljer ( rapsfrø ) og etanol , produsert av hvete og bete, som kan innlemmes i den blyfrie super i form av etyl-tert-butyleter ( ETBE , se bioetanol. ).
Den kjemiske energien i tre frigjøres ved forbrenning i form av varme som brukes til oppvarming eller til å generere elektrisitet . Ved brukes i stor skala. Den pyrolyse og gassifisering er sjeldne, og hydrotermale karbonisering er mer. Plantenes masse gir et råmateriale som kan produsere kraftvarme samtidig varme og elektrisitet.
Annen bioenergi kommer direkte fra organisk avfall, for eksempel med avfall som brukes i sementfabrikker som alternative faste drivstoff (CSS) for å spare olje.
Trusler og ulemperFlere løsninger som unngår direkte forbrenning er:
Vi kaller biogass for gassformet avløp, hovedsakelig metan , som skyldes gjæring av organisk materiale som er påfallsdeponier , vannrensestasjoner eller fordøyere som er bygd for dette formålet. Metan er et kraftig gassdrivhus, og fangsten av den er svært ønskelig på noen måte. Det kan sees på som en energiressurs, ofte via forbrenning for å produsere damp og elektrisitet ; dens direkte bruk i magre gassmotorer kan også vurderes. Biogass er en brennbar gass som i gjennomsnitt består av metan (CH 4) ved 60% og CO 2 på 40%.
Det er to familier av biodrivstoff:
Evaluere forskjellige former for utvinning krever å sammenligne bruken, noe som betyr å sette opp metoder for vurdering og sporing av integrerte sektorer .
Implementeringen av sporbarhet i næringsmiddelindustrien er underlagt regler (spesielt i EU ). Det oppmuntres av standarder (ISO 22000).
Sporbarhet gjør det også mulig å redusere risiko , og dermed indirekte kostnader for samfunnet.
Verdien av et tonn karbon i 2006 er i størrelsesorden 100 euro. Markedsverdien av et tonn CO 2 -ekvivalenterer veldig ustabilt: det avhenger (blant annet) av oljeprisen, politiske avgjørelser i Brussel (antall kvoter, langsiktig energipolitikk fra EU) og spekulasjoner. Per 13. mars 2008 var tonn CO 2 ekvivalentvar verdt 22 euro. I 2014 var det verdt rundt 5 euro.
Se: Karbonavtrykk
For å gjøre disse evalueringene mer pålitelige er det ønskelig å:
Rundt om i verden støtter eller har mange programmer støttet biomasse energisektorer.
I Europa har EU, for å begrense klimaendringene, fremmet biomasse som en kilde til fornybar energi. Direktivet om fornybar energi (2009) krever at medlemsstatene skal ha minst 20% av det totale energiforbruket sitt fra fornybare kilder, før 2020. Siden 2009 har europeiske midler øremerket biomasseenergi mer enn doblet seg (fra 1,6 milliarder euro for 2007-2013. 3,4 milliarder for 2014-2020. Denne veksten, notater Revisjonsretten (i 2018), kan føre til en økning i satsene for visse forurensende stoffer i den europeiske miljøbyrå har også merket seg at klimapolitikken kan motsi de i favør av luftkvalitet, hvis biomasse blir brent i anlegg som forurenser luften, med skadelige effekter. skadelig for menneskers helse.
I Frankrike har en biodrivstoffplan støttet jordbruksdrivstoff siden 2000-2010 (biodiesel + bioetanol, spesielt basert på raps, solsikke, rødbeter og korn) og tømmerindustrien. Andre generasjons biodrivstoff og biodrivstoff 3 e generasjon som sliter, men fortsatt av: tørr (termokjemisk BTL) eller våt (etanol). En nasjonal biomasse-mobiliseringsstrategi (publisert 26. februar 2018) tar sikte på å øke mengden samlet biomasse, samtidig som det genererer færrest mulig negative bivirkninger på biologisk mangfold, landskap og andre sektorer avhengig av samme ressurs.