Bioénergie

La bioénergie est une forme d'énergie qui peut être utilisée universellement à partir de la biomasse en la convertissant en énergie électrique , en chaleur ou en carburant . Il utilise des carburants biogéniques (ou biocarburants en abrégé ), c'est-à-dire des carburants d' origine biologique-organique. Les biocarburants emmagasinent dans leurs liaisons chimiques l'énergie rayonnante solaire qui a été fixée par les plantes en tant que producteurs primaires grâce à la photosynthèse . Par oxydation de ces carburants, principalement par combustion , cette énergie peut être libérée à nouveau.

Le bois , matière première renouvelable, a traditionnellement été d' une grande importance en tant que source d'énergie . De plus, des matières premières agricoles produites en agriculture et des résidus organiques provenant de différentes régions sont utilisés. La production et l'utilisation de sources de bioénergie se développent dans le monde entier. Les raisons importantes sont, d'une part, la hausse des prix des combustibles fossiles à long terme , notamment en raison de leur disponibilité décroissante. D'autre part, une réduction de la dépendance vis-à-vis des sources d'énergie individuelles telles que le pétrole et le gaz naturel devrait être atteinte. De plus en plus, les mesures de la politique de protection du climat gagnent en importance, qui sont le changement climatiquedevrait contrecarrer. Cela passe avant tout par des efforts de réduction des émissions de gaz à effet de serre . De plus, la bioénergie peut jouer un rôle de puits de CO ₂ grâce au captage et au stockage du CO ₂ dans le contexte de la crise climatique . En Allemagne, l'expansion de la bioénergie est encouragée, par exemple avec la loi sur les sources d'énergie renouvelables (EEG).

Le débat sur la bioénergie comprend des questions technologiques , éthiques et culturelles . Les effets sur l' environnement , tels que le sol, l'eau, l'air, la biodiversité , le climat et les autres êtres humains sont pris en compte. Les aspects culturels concernent les paysages culturels ou l'utilisation traditionnelle de certaines espèces végétales comme aliments de base . Le grain a un contenu symbolique élevé dans de nombreuses cultures. Par conséquent, l'utilisation du blé pour l'énergie est parfois perçue comme dépassant les frontières éthiques et est donc souvent tabou . ^[1]

Extraction de combustibles biogéniques

Presque tous les types de biomasse peuvent être développés pour être utilisés comme combustible biogénique. Le combustible peut représenter le produit principal ou un sous-produit ou être un co- produit . Selon le type de biomasse, différentes étapes de traitement sont nécessaires. Des processus tels que la fermentation méthanique ( biogaz ), la fermentation alcoolique ( éthanol ), la pyrolyse ou l'extraction d'huile ( huile végétale ) avec transestérification ultérieure ( biodiesel) peut être nécessaire, ou il peut également être utilisé directement, comme pour le bois. Il est principalement utilisé dans les systèmes qui fonctionnent sous une forme identique ou similaire avec des combustibles fossiles, par ex. B. Allumage avec chaudière à vapeur , moteur à combustion interne , turbine à gaz .

production forestière non ciblée

L'une des formes les plus importantes d'utilisation des combustibles biogéniques est l'utilisation du bois de chauffage pour la cuisine et le chauffage. Celle-ci n'est généralement pas générée de manière ciblée, mais collectée dans des forêts primaires ou secondaires ou d'une autre manière.

production forestière

Le bois (bois d'œuvre, placage , etc.) est principalement produit dans les forêts commerciales . Il en résulte également du bois mort et faible ainsi que du bois de qualité inférieure qui peut être utilisé comme bois de chauffage ou pour la production de granulés de bois ou de copeaux de bois .

sous-produits forestiers

Par exemple, de grandes quantités de sciure et de bois résiduel provenant de l' industrie du bois , qui sont utilisées directement thermiquement ou transformées en granulés . Dans l' industrie papetière , de grandes quantités de lignine sont produites lors de l'extraction de la pâte à papier à partir de bois (constituée principalement de lignocellulose ) . Cela peut être brûlé. Dans de nombreux processus de fabrication, des résidus organiques sont produits qui peuvent être utilisés par incinération ou fermentation pour produire du biogaz.

culture agricole

Grâce à la production agricole de plantes annuelles, les carburants biogéniques et les matières premières nécessaires à leur production sont le principal produit. Des exemples en sont les plantes oléagineuses pour l'huile végétale et le biodiesel, les plantes amidonnières et sucrières pour la production de bioéthanol ou les plantes dites énergétiques comme substrat pour la production de biogaz dans les usines de biogaz . Les sous-produits agricoles qui peuvent être utilisés comme déchets pour produire de l'énergie sont, par exemple, la paille de céréales (voir aussi les granulés de paille) et des feuilles de betterave à sucre. À l'avenir, de la paille de maïs grain, de colza et d'autres cultures, qui n'a pour la plupart pas été utilisée jusqu'à présent, sera ajoutée (voir granulés de valeur résiduelle ).

production agricole de cultures pérennes

Les zones utilisées séparément jouent ici un rôle important, par exemple les plantations de palmiers à huile et de fruits à huile. Même les plantes à croissance rapide, comme le Miscanthus , peuvent être cultivées en vivaces. La récolte pour cela a lieu chaque année. Les espèces d'arbres à croissance rapide, telles que certaines espèces de saules et de peupliers , peuvent être cultivées sur la même superficie pendant de nombreuses années et sont récoltées selon un cycle de plusieurs années. La possibilité de germer évite aux plantes d'avoir à être replantées. Les sous-produits de la transformation sont utilisés directement comme combustible ou sont utilisés pour produire des granulés de combustible, par exemple à partir de noyaux d' olive et de grignons d'olive pressés, ^{[2] [3]} coques de noix de coco et amandes de palmier à huile. ^[4] L'extraction du sucre de la canne à sucre laisse de la bagasse qui peut être utilisée pour l'énergie .

déchets organiques

Les résidus de l'industrie et des ménages peuvent réduire ou compenser les coûts d'élimination grâce à une utilisation énergétique. Les biodéchets peuvent être traités par compostage , mais ils peuvent aussi être valorisés énergétiquement par fermentation pour produire du biogaz . Les boues d'épuration contiennent généralement une forte proportion de composés organiques et sont déjà utilisées pour l'énergie par incinération, également pour réduire le volume de boues d'épuration à enfouir. Il en va de même pour les ordures ménagères qui, en plus des composants d'origine fossile, contiennent également une proportion de substances organiques qui sont utilisées par incinération. Si les ordures ménagères sont enfouies,décomposition anaérobie , un gaz de décharge riche en énergie est produit à partir des composants organiques . En fin de compte, les matériaux d'entretien du paysage, depuis les arbres et l'herbe coupés par la combustion ou la fermentation jusqu'au biogaz (ici principalement par fermentation sèche ), peuvent également être considérés comme des combustibles biogéniques.

déchets de bois collectés séparément

Les déchets de bois provenant des déchets de bois industriels , des déchets de construction , de la transformation artisanale et de la collecte des déchets servent également de combustible biogénique.

Divers

La tourbe est utilisée comme combustible non transformée ou pressée en granulés. Les farines trans et animales servent également de carburant biogénique.

Catégories de carburants biogéniques

Les combustibles biogéniques sont classés selon leur état d'agrégation .

Combustibles solides biogéniques

De nombreux combustibles solides biogéniques , tels que le bois ( bûches fendues , copeaux de bois ), la paille ou la bagasse , peuvent être utilisés sans transformation complexe (uniquement séchage , broyage) . Dans certains cas, cependant, ces matières premières sont également transformées de manière complexe afin d'obtenir des produits aux propriétés plus précisément définies (dimensions, teneur énergétique, teneur en cendres), comme les granulés de bois et de paille. Les combustibles solides sont importants pour fournir de la chaleur pour la cuisson dans de nombreux pays. En Allemagne, les combustibles solides sont principalement utilisés dans les petites installations pour fournir de la chaleur et dans les grandes installations pour produire de la chaleur et de l'électricité combinées .

Avec la conversion des combustibles solides biogéniques en biomasse liquide (BtL), huile de biopyrolyse , gaz naturel synthétique (SNG), bioéthanol , biogaz et autres produits, il est possible de les convertir en d'autres états agrégés. Des méthodes thermiques, biochimiques ou autres sont utilisées. Les huiles végétales peuvent être obtenues à partir de graines de plantes (colza, soja, tournesol) par pressage ou extraction .

Combustibles liquides biogéniques

Les carburants liquides biogéniques les plus importants sont les biocarburants tels que le bioéthanol, l'huile végétale et le biodiesel. Ceux-ci sont principalement utilisés dans les moteurs de véhicules et doivent répondre à certaines propriétés normalisées. Il existe également d'autres combustibles liquides biogéniques moins précisément définis tels que l'huile de pyrolyse , qui est obtenue à partir de la biomasse solide.

Gaz combustibles biogéniques

Les gaz combustibles biogéniques comprennent les gaz de digestion (biogaz, gaz d'épuration, gaz de décharge), le biométhane, le SNG ( gaz naturel synthétique ) et le biohydrogène. Ces deux derniers n'ont jusqu'à présent eu aucune signification économique en Allemagne. Les gaz combustibles biogéniques sont principalement utilisés pour la fourniture combinée d'électricité et de chaleur dans des centrales de production combinée de chaleur et d'électricité (CHP), principalement sur le site de production de gaz : usines de biogaz, décharges, stations d'épuration. Après ce que l'on appelle le traitement du biogaz (en particulier la séparation du dioxyde de carbone), le biométhane peut également être injecté dans le réseau de gaz naturel. Le gaz du digesteur est obtenu par la fermentation de matières organiques (ex. lisier, ensilage, fractions organiques dans les eaux usées et les ordures ménagères). Le SNG et le biohydrogène peuvent être produits par gazéification de la biomasse en gaz de synthèse et procédés ultérieurs pour augmenter la teneur en méthane (CH ₄ - dans la production de SNG) ou la teneur en hydrogène (H ₂ - dans la production de biohydrogène).

utilisation de la bioénergie

Production biogénique de chaleur et d'électricité

Divers principes de conversion d'énergie sont utilisés dans les centrales électriques pour l'utilisation de la biomasse. Pour les installations de plus grande taille, la production combinée au moyen de la production combinée de chaleur et d'électricité (CHP) est courante, ce qui permet d'obtenir une efficacité exergétique plus élevée qu'avec la production de chaleur ou d'électricité seule. Des exemples de centrales de production combinée de chaleur et d'électricité sont les centrales de chauffage à la biomasse (combustion de biocombustibles solides), les installations de biogaz avec des centrales de production combinée de chaleur et d'électricité (CHP) et les gazéifieurs de biomasse avec CHP (wood gas CHP).

• Les centrales électriques à biomasse sont des installations de combustion de biomasse fonctionnant toute l'année qui produisent de l'électricité via des turbines à vapeur . Le rendement électrique est de 30 à 35 %. Le bois usagé ( bois de récupération ) et d'autres segments de bois peu coûteux ( bois résiduel ) sont principalement utilisés. La puissance électrique typique est de 20 MW.
• Les centrales de cogénération biomasse utilisent la biomasse toute l'année pour produire de la chaleur et de l'électricité. Les turbines à vapeur et les turbines ORC sont généralement utilisées pour cela. Outre le bois forestier (résidus forestiers ) et les résidus industriels comme principal combustible, des produits agricoles tels que le bois de plantations à rotation courte et la paille peuvent également être utilisés. En Scandinavie (surtout en Finlande ), la tourbe est aussi souvent utiliséetiré comme cela est obtenu localement. L'efficacité électrique est de 15 à 25 %, l'efficacité thermique d'environ 60 %. La puissance électrique typique est comprise entre 0,5 et 50 MW.
• Les chaufferies à biomasse ou les chaudières à granulés génèrent de la chaleur utile. Les grandes installations de chauffage utilisent généralement des copeaux de bois moins chers, tandis que les petites installations utilisent des pellets, qui ont des propriétés mieux définies comme combustible et sont donc moins exigeants en termes de technologie de convoyage et nécessitent moins d'entretien. L'utilisation dans de petits systèmes (cheminées, poêles, chaudières) dans des bâtiments résidentiels est possible, par exemple dans des systèmes de chauffage à granulés ou des chaudières à bois . Les systèmes de chauffage aux copeaux de bois sont utilisés pour les besoins de chaleur plus élevés (résidences multiples, bâtiments commerciaux, industrie) .
• Les gazogènes à biomasse CHP (wood gas CHP) sont actuellement encore en cours de développement et de lancement. Ils sont basés sur la combustion des gaz de procédé qui se dégagent lors de la gazéification de la biomasse . Différents assortiments de bois, de biomasse semblable à de la paille et de nombreuses autres matières premières peuvent être utilisés. L'efficacité électrique est de 10 à 30 %, l'efficacité thermique d'environ 40 à 50 %. La puissance électrique typique est de 30 à 250 kW.
• Le soi-disant biogaz est produit par la fermentation de fumier liquide , d'ensilage de plantes et d'autres biomasses ( substrat ) dans des usines de biogaz . Dans la plupart des cas, le gaz est d'abord légèrement traité, puis l'électricité et la chaleur utile sont générées dans une centrale de production combinée de chaleur et d'électricité à proximité de l'usine de biogaz. En Allemagne, selon l' ordonnance sur l'accès au réseau gazier (GasnetzZugVO), il est également possible de l'injecter dans le réseau de gaz naturel par un traitement supplémentaire plus complexe ( traitement du biogaz ) pour produire du biométhane . En convertissant le biométhane en électricité dans une source froide adaptéeune meilleure utilisation de la chaleur résiduelle peut être possible. Le biométhane peut également être utilisé comme carburant dans les véhicules fonctionnant au gaz naturel .
• Une autre option peut être la production de gaz naturel de synthèse (SNG, gaz naturel de synthèse) à partir de la biomasse par pyrolyse et méthanisation ultérieure . Comme pour la transformation du biogaz en biométhane en qualité gaz naturel, ce produit d'un processus de méthanisation peut également être transformé en qualité gaz naturel et injecté dans le réseau de gaz naturel. Comme le gaz naturel, il peut également être utilisé pour produire de l'électricité et de la chaleur ainsi que du carburant. Jusqu'à présent, la génération de SNG n'a eu qu'une importance mineure. La production d' hydrogène à partir de la biomassesemble plus prometteuse, puisque le processus de fabrication thermochimique n'est pas plus complexe, mais l'avantage climatique est plus élevé en raison de la séparation précoce du carbone. Ce dernier cas est particulièrement vrai lorsque le biochar est produit et enfoui dans les champs pour améliorer la fertilité des sols.

biocarburants

Les biocarburants sont utilisés dans les moteurs à combustion interne , tels que les moteurs à combustion interne ou les turbines à gaz .

Ils sont souvent divisés en première, deuxième et troisième génération. Cependant, cette classification est problématique, car il n'y a ni démarcations claires ni définitions généralement acceptées de la génération respective.

Les biocarburants de première génération

Les biocarburants conventionnels tels que le bioéthanol issu des céréales et le biodiesel issu du colza utilisent uniquement le fruit de la plante et sont souvent qualifiés de « première génération ».

• Le bioéthanol est obtenu par la fermentation de sucres ( de betterave à sucre , de canne à sucre ) et de polymères de sucre tels que l'amidon (de maïs , de céréales , de pomme de terre ).
• Les huiles végétales sont obtenues par pressage ou extraction à partir de composants végétaux oléagineux (fruits de colza , de soja , de tournesol ).
• Le biodiesel est produit à partir d'huiles végétales par transestérification pour améliorer ses propriétés en tant que carburant .

Biocarburants de deuxième génération

Les biocarburants de deuxième génération - tels que l'éthanol cellulosique ou le biodiesel synthétique - permettent l'utilisation de la plante entière et présentent ainsi de plus grands avantages en matière de durabilité. De plus, ils peuvent utiliser de la paille et des résidus végétaux et, contrairement aux biocarburants de première génération, n'interfèrent pas avec la chaîne alimentaire. En particulier , les composants cellulosiques et lignocellulosiques des plantes et du bois sont considérés comme ayant un potentiel élevé. Cependant, le procédé de fabrication étant nettement plus complexe avec l'état actuel de la technique qu'avec les carburants de première génération, il n'y a pas encore eu de mise en œuvre à grande échelle commerciale.

• Les combustibles BtL ( biomasse to liquid ) peuvent être produits à partir de presque tout type de biomasse ( paille , miscanthus , bois à courte rotation , bois résiduel de forêt , déchets de bois). Celui-ci est d'abord décomposé en composants de faible poids moléculaire par gazéification puis, après purification des gaz par synthèse Fischer-Tropsch , converti en un mélange d' hydrocarbures . Les procédures sont encore en cours d'élaboration.
• Le biométhane issu du biogaz peut également être utilisé comme carburant.
• La production de bioéthanol à partir de cellulose ( éthanol de cellulose ) est également encore en développement.

Biocarburants de troisième génération

Parfois, les carburants à base d'algues sont mentionnés comme la troisième génération de biocarburants en raison de la forte productivité des algues par zone de culture. Cependant, aucune production commerciale n'est actuellement en cours et les experts ne s'attendent pas à ce qu'elle le soit dans un avenir prévisible en raison des coûts d'exploitation et d'investissement élevés. Cependant, il est prévu d'utiliser les algues de la mer pour l'énergie sous forme de biogaz ou de biocarburants . Un projet pilote en ce sens a démarré en 2013 sur les îles Fidji , dont les côtes sont souvent touchées par des efflorescences algales . L'enlèvement des algues échouées sur les plages a jusqu'à présent été associé à beaucoup d'efforts. ^[5]Selon une étude publiée en 2012, les plantations d'algues en mer pourraient à terme couvrir l'ensemble des besoins en énergie fossile de l'humanité et – en supposant l'utilisation du captage du dioxyde de carbone – réduire en même temps la teneur en CO ₂ de l'atmosphère terrestre . ^[6]

potentiel et besoins en espace

Le potentiel des bioénergies dépend avant tout de la disponibilité de terres cultivables sur lesquelles des matières premières renouvelables (NawaRos) peuvent être cultivées pour la production d'énergie. La quantité de résidus agricoles, forestiers et autres résidus organiques est également importante.

À l'échelle mondiale

Le potentiel énergétique de la bioénergie est controversé dans le monde entier. En 2006, l' Agence internationale de l'énergie est parvenue à la conclusion que, dans l'hypothèse d'un développement technologique très rapide, jusqu'à 700 exajoules (EJ) de bioénergie pourraient être utilisées dans le monde sans mettre en danger la production alimentaire, les forêts ou la biodiversité. Cela signifie que la bioénergie aurait le potentiel de couvrir environ 60 % des besoins estimés en énergie primaire en 2050. Des études plus récentes établissent le potentiel de manière plus conservatrice à 180 EJ, ​​ce qui correspond à environ 15 % de la demande énergétique attendue pour 2050. ^[sept]

Selon des enquêtes de l'Organisation des Nations Unies pour l' alimentation et l'agriculture (FAO), 3,5 milliards d'hectares de terres dégradées conviennent à la culture de cultures bioénergétiques. En revanche, la superficie cultivée pour les biocarburants en 2007 n'était que de 30 millions d'hectares dans le monde. ^{[8] En} conséquence, le potentiel disponible à l'échelle mondiale pour la bioénergie est encore largement inexploité, ce qui signifie qu'il n'y a pratiquement pas de concurrence avec la culture vivrière.

Selon un rapport du Conseil consultatif allemand sur le changement global (WBGU), le potentiel technique , compte tenu de critères de conservation de la nature très étendus, se situe entre 30 EJ et 120 EJ, ​​ce qui correspond à environ 6 à 25 pour cent de le principal besoin énergétique mondial . Avec les résidus biogéniques, la bioénergie peut donc fournir 80 à 170 EJ et donc 16 à 35 % des besoins énergétiques mondiaux. Cependant, en raison des restrictions économiques et politiques, seulement environ la moitié du potentiel est possible (8 à 17,5 % des besoins énergétiques mondiaux). ^[9]

D'autres études calculent des potentiels beaucoup plus élevés pouvant aller jusqu'à 1440 EJ (trois fois les besoins énergétiques mondiaux). Les bases sont en particulier des hypothèses plus élevées sur la quantité de rendement par unité de surface, en particulier sur les sols dégradés . Celles-ci ont été évaluées de manière prudente dans le rapport de la WBGU. Une étude commandée par l'Agence pour les énergies renouvelables arrive à la conclusion que si la moitié des zones dégradées du monde sont utilisées, plus de 40 % des besoins mondiaux actuels en énergie primaire peuvent être couverts par les cultures énergétiques. Avec les résidus biogéniques, la moitié des besoins énergétiques mondiaux peuvent être couverts à l'aide de la bioénergie sans avoir à concurrencer la conservation de la nature ou l'approvisionnement alimentaire.^[dix]

Trois pour cent des terres agricoles mondiales sont utilisées pour la culture de la bioénergie ^[11] , soit six pour cent de la récolte mondiale de céréales. La proportion de terres arables nécessaires est restée constante ces dernières années, tandis que la production de biocarburants a augmenté dans le même temps. ^[12]

L'Europe 

En ce qui concerne le potentiel bioénergétique dans l'UE-27, les études indiquent une fourchette de 5 à 14 exajoules par an, dont 2 à 7 exajoules sont dus aux cultures énergétiques et 1 à 7 exajoules à la croissance des forêts. Cela correspond à 6 à 20 % de la consommation actuelle d'énergie primaire de l'UE. ^[13]

Actuellement, six pour cent de la récolte mondiale de céréales est utilisée pour produire de la bioénergie pour la production de carburant, d'électricité et de chaleur. 3,2 % de la récolte céréalière européenne est utilisée pour la bioénergie. La majorité (58 %) est utilisée pour l'alimentation animale. ^{[14] [15]}

Le projet de recherche européen pluriannuel "Biomass Futures" a déterminé que d'ici 2020, plus de 21 millions d'hectares pourraient être libérés pour la culture de cultures énergétiques dans l'UE. ^[16] Le projet de recherche 4FCrops calcule un résultat similaire avec environ 20 millions d'hectares de potentiel de surface, malgré l'utilisation d'hypothèses différentes. ^[17] Actuellement (début 2014), l'UE a un objectif d'expansion de 10 % de biocarburants d'ici 2020. Cet objectif peut être dépassé en fonction des terres disponibles dans l'UE.

Allemagne

Le potentiel de biomasse énergétiquement utilisable en Allemagne est estimé à environ 1200 PJ, ce qui correspond à environ 9 % des besoins allemands en énergie primaire en 2011. ^[18]

En 2009, les cultures énergétiques étaient cultivées sur 1,7 million d'hectares sur dix pour cent de la surface agricole. Selon une analyse des flux de matières présentée par le ministère fédéral de l'Environnement, cette superficie peut être plus que doublée (4 millions d'hectares) d'ici 2020 sans entrer en concurrence avec la production alimentaire . Les cultures énergétiques produites sur cette zone, ainsi que les résidus biogéniques, peuvent donc fournir environ 16 % des besoins allemands en électricité , 10 % des besoins en chaleur et 12 % des besoins en carburant. ^[19] Un atlas potentiel présenté en 2013 a déterminé le potentiel de biomasse des États fédéraux individuels. ^[20]

Selon l'Atlas du potentiel des énergies renouvelables présenté par l'Agence des énergies renouvelables en janvier 2010, la superficie requise pour la bioénergie passera d'environ 1,6 million d'hectares aujourd'hui à 3,7 millions d'hectares en 2020, avec 15 % de l'ensemble des besoins allemands en électricité, en chaleur et en carburant. peuvent être couverts par la bioénergie. A aucun moment l'approvisionnement en nourriture n'a été mis en danger. "Malgré la part croissante de la bioénergie, il y a chaque année d'importants excédents dans la récolte de céréales en Allemagne et dans l'UE", déclare Daniela Thrän du Centre allemand de recherche sur la biomasse (DBFZ) .. « La productivité de l'agriculture continue d'augmenter en moyenne. A cela s'ajoutent des résidus tels que la paille, le lisier ou le bois résiduel ainsi que des jachères - le potentiel de bioénergie est donc encore très important ». ^[21]

Selon les scientifiques, les biocarburants produits de manière durable peuvent jouer un rôle important dans le bouquet énergétique de demain. Dans des scénarios ambitieux de protection du climat, environ 20 % d'ici 2030 et environ 70 % d'ici 2050 des besoins en carburant considérablement réduits pour tous les modes de transport en Allemagne pourraient être couverts de manière durable et sans utilisations concurrentes ni importations supplémentaires. Cela signifie que les biocarburants proviennent soit de résidus, soit de production sur des surfaces devenues libres à long terme, n'ont pas d'impact négatif sur la biodiversité, ne réduisent pas le degré d'autosuffisance alimentaire de l'Allemagne et aucune prairie ou pâturage n'est converti. Dans le monde, la demande en biocarburant pourrait même être décuplée entre 2010 et 2050. ^[22]

importante en Allemagne

part de l'approvisionnement en énergie

Environ 70 % des énergies renouvelables utilisées en Allemagne en 2008 provenaient de bioénergies et donc de carburants biogéniques. Elle représente ainsi environ 6,7 % (15,6 TWh ) des besoins énergétiques finaux de l'Allemagne (233 TWh). La fourniture de chaleur représentait environ 60 % de la bioénergie, la fourniture de combustible et d'électricité environ 23 % et 17 % respectivement. ^[23] En 2020, 7,8 % de l'électricité produite en Allemagne provenait de la biomasse. Cela correspond à environ 44,1 térawattheures. ^[24]

Promotion des carburants biogéniques

L'utilisation de carburants biogéniques est encouragée pour un certain nombre de raisons. Donc par ex. B. le climat est protégé par la réduction des émissions de gaz à effet de serre , les ressources fossiles sont préservées et la dépendance vis-à-vis des pays disposant d'importants gisements de matières premières (par exemple, pétrole, gaz naturel) est réduite. Avec la loi sur les sources d'énergie renouvelables (EEG), la production d'électricité à partir d'énergies renouvelables, telles que par ex. carburants biogéniques. La loi sur les quotas de biocarburants (BioKraftQuG) spécifie une quantité minimale de biocarburants à ajouter aux carburants conventionnels. La loi sur la chaleur des énergies renouvelables (EEWärmeG) encourage, entre autres, la fourniture de chaleur à l'aide de bioénergie. Des lois similaires fondées sur laLa directive sur les énergies renouvelables (CE) ( directive de l'UE ) s'applique également dans d'autres pays de l'UE.

Bilan des bioénergies

Lors de l'évaluation des bioénergies, de nombreux aspects doivent être pris en compte, tels que la rentabilité, la compatibilité climatique, l'impact sur l'écologie ( biodiversité ) et la concurrence pour la terre avec la production alimentaire. Étant donné que ces aspects se contredisent souvent, l'évaluation conduit généralement à des résultats ambivalents. De plus, aucune évaluation uniforme n'est possible pour toutes les bioénergies, car les énergies individuelles diffèrent considérablement en termes d'approvisionnement, d'utilisation, d'efficacité, d'émissions, etc. ^[25]

avantages

• Un avantage important des bioénergies repose sur leur renouvelabilité . Les gisements de combustibles fossiles sont épargnés.
• Les bioénergies peuvent contribuer à réduire les émissions de gaz à effet de serre. Lorsque la biomasse est brûlée, seule la quantité de dioxyde de carbone libérée est celle qui était précédemment absorbée par l'atmosphère lors de la photosynthèse. (Inconvénient : Dans le cas de la bioénergie, il faut tenir compte du fait que la production et l'utilisation de la biomasse peuvent entraîner des émissions de gaz à effet de serre forts ( protoxyde d'azote , méthane ) pouvant conduire à un bilan climatique négatif .)
• L'utilisation accrue des biocarburants peut réduire la dépendance vis-à-vis des ressources énergétiques importées et éviter les conflits. Les pays en développement, en particulier, consacrent une grande partie de leurs ressources financières à l'importation de sources d'énergie telles que le pétrole brut .
• Contrairement à l'énergie éolienne et à l'énergie solaire , les centrales à biomasse et les centrales à biogaz qui sont utilisées pour produire de l'électricité peuvent être utilisées pour les charges de base et leur puissance de sortie peut être régulée, de sorte qu'elles représentent un bon complément aux énergies renouvelables volatiles mentionnées. Selon le ministère fédéral de l' environnement , la puissance électrique installée de toutes les centrales biomasse en Allemagne (combustibles solides et liquides, biogaz, partie biogénique des déchets) était d' environ 6 800 MW ^[26] en 2011 , correspondant à environ 5 centrales nucléaires centrales d'une puissance de 1 300 MW.
• La bioénergie peut apporter une contribution importante au renforcement des zones rurales et à la lutte contre l'exode rural, par exemple en régénérant des zones dégradées dans le monde entier, en ouvrant une deuxième source de revenus aux agriculteurs grâce à leur propre production d'électricité, de chaleur et de carburant, et en fournissant un approvisionnement énergétique décentralisé .
• L'utilisation de la biomasse tels. B. Le bois de la forêt est neutre en CO ₂ s'il n'y a pas plus de bois prélevé dans la forêt qu'il ne repousse en même temps. ^[27]
• Surtout, on dit que la bioénergie a un très bon bilan écologique lorsque les déchets organiques, les résidus et les eaux usées contaminées organiquement sont recyclés, qui autrement devraient être traités avec beaucoup d'énergie. ^{[28] [29]} Étant donné que ces matériaux résiduels et déchets sont disponibles à moindre coût ou gratuitement, ils peuvent être recyclés de manière économique. Cela se produit, par exemple, dans les stations d'épuration et les installations de biogaz avec co-fermentation. Dans des pays comme la Chine et l'Inde, les micro-installations de biogaz sont très répandues, elles fonctionnent avec des déchets organiques et fournissent aux ménages individuels du gaz de cuisine. ^[30] L'utilisation du fumier liquide est considérée comme plus problématique du point de vue de l'équilibre écologique.^[31]
• Les monocultures de cultures énergétiques peuvent être évitées par des systèmes de culture tels que les cultures mixtes (culture simultanée de cultures énergétiques telles que le maïs et le tournesol) ou les systèmes de double culture (culture de cultures d'hiver et d'été sur la même surface, par exemple triticale d'hiver et sorgho doux ) et en même temps, des rendements élevés durables peuvent être assurés. Certaines cultures, comme le colza, ne peuvent être cultivées qu'une seule fois dans une zone, ce qui limite également l'étendue des monocultures. ^[32]

Désavantages

• L'efficacité de surface ( densité de puissance ) est inférieure à 0,5 watts par mètre carré, c'est-à-dire. H moins d'un dixième de celui des systèmes photovoltaïques . Même la culture de toute la superficie des terres allemandes avec des cultures énergétiques ne pourrait pas couvrir les besoins énergétiques primaires de l'Allemagne. ^[33]
• Les émissions de gaz à effet de serre sont très élevées de l'ordre de 230 g/kWh pour les énergies renouvelables (cf. photovoltaïque : 41 g/kWh, production d'électricité au gaz naturel (non renouvelable) : 490 g/kWh). ^[34]
• La culture de terres arables avec des cultures énergétiques entraîne une concurrence foncière pour la production de nourriture et de fourrage. La demande accrue de maïs pour produire de l'éthanol carburant est considérée comme l'une des causes possibles de la crise des prix alimentaires de 2007-2008 . (Voir l'article principal Concours alimentaire .)
• Si les biocarburants sont cultivés en agriculture intensive, cela entraîne une pollution de l'environnement. En règle générale, des pesticides et des engrais minéraux sont utilisés, ce qui peut entraîner une pollution de l'eau et des nappes phréatiques et dont la production est également très énergivore. Les engrais azotés peuvent entraîner une augmentation des émissions de protoxyde d'azote, un gaz à effet de serre. Par conséquent, le bilan climatique des biocarburants est controversé parmi les scientifiques. Selon les déclarations de scientifiques bien connus ^[35] , dont le prix Nobel Paul J. Crutzen , le bilan climatique prétendument positif ne s'applique pas.
• L'augmentation rapide de la culture de seulement quelques types de cultures énergétiques , comme le colza et le maïs en Allemagne, modifie le paysage. Cela a été renforcé par l'abolition du gel des terres dans l'Union européenne. Cela peut aussi menacer la biodiversité .
• La conversion de zones écologiquement précieuses telles que la forêt tropicale , les landes ou les prairies en terres arables met également en danger et réduit la biodiversité. De plus, ces zones peuvent avoir stocké de grandes quantités de CO ₂ dans leur état d'origine , qui est libéré lors de leur conversion en terres arables ( brûlis , assèchement). ^{[36] [37]} L' ordonnance sur la durabilité vise à garantir que la biomasse utilisée pour les biocarburants dans ce pays n'est pas surexploitéevient des forêts tropicales. De plus, la conversion des terres en jachère en terres arables libère des quantités importantes de gaz nocifs pour le climat (méthane, oxyde d'azote), de sorte que le bilan climatique est négatif pendant de nombreuses années.
• Une partie de la biomasse doit rester sur les terres agricoles pour maintenir la qualité du sol. L'équilibre de l'humus se détériore si les plantes sont pleinement utilisées. Dans le cas de la biomasse forestière, l'utilisation intensive conduit à l'élimination des éléments nutritifs de la forêt. De plus, le bois mort fournit un habitat à de nombreuses espèces différentes.
• Étant donné que de nombreux vecteurs de bioénergie sont combustibles, il peut y avoir un risque d' incendie ainsi qu'une explosion . ^[38]

Critères juridiques de durabilité

L' ordonnance sur la durabilité de l'électricité de la biomasse et l' ordonnance sur la durabilité des biocarburants garantissent légalement que les normes de durabilité écologique sont respectées pour la production de biocarburants et pour la production de sources de bioénergie liquide pour la production d'électricité (par exemple, pas de défrichement des forêts tropicales, bilan climatique positif, etc.). Le respect de ces critères doit être vérifié par un système de certification. ^{[39] [40]}Diverses critiques ont été émises, telles que des problèmes de mise en œuvre, notamment dans les pays en développement, l'incomplétude, des problèmes tels que la concurrence pour l'utilisation avec la production alimentaire ne peuvent pas être formulés comme critères et il existe un risque d'effets de délocalisation qui rendraient les critères inutiles, par exemple Par exemple, une interdiction de la production de biomasse dans la forêt tropicale pourrait entraîner une augmentation de la production d'aliments pour animaux dans la forêt tropicale. ^[41]

La certification de durabilité oblige les metteurs en marché à démontrer une réduction de gaz à effet de serre d'au moins 35 % par rapport aux énergies fossiles (à partir de 2017 : 50 %), en tenant compte de l'ensemble de la chaîne de production. Selon des enquêtes de l' Office fédéral de l'agriculture et de l'alimentation , la réduction moyenne des émissions de gaz à effet de serre des biocarburants allemands est d'environ 44 % par rapport au diesel fossile, dépassant largement les normes de l'UE. En 2011, environ cinq millions de tonnes de CO ₂ ont ainsi été évitées. ^[42]

Le directeur de l'Agence fédérale de l'environnement, Jochen Flasbarth, a expliqué : « Si les exigences pour toutes les utilisations agricoles étaient aussi élevées que pour les biocarburants, alors nous vivrions dans un monde meilleur. » ^[43]

Perspective bioénergies

On peut s'attendre à une nouvelle expansion des bioénergies à l'avenir. En Allemagne, le financement est assuré par diverses mesures. La loi sur les sources d'énergie renouvelables (EEG) garantit, entre autres, une rémunération accrue de l'électricité issue de la biomasse, mais favorise également la cogénération (CHP). Selon la loi sur la taxation de l'énergie , les biocarburants purs bénéficient également de privilèges fiscaux. La bioénergie est également promue dans d'autres pays (Autriche, Suède, États-Unis, etc.) et couvre dans certains cas une grande partie des besoins énergétiques. Étant donné que la bioénergie, contrairement à l'énergie éolienne et solaire, est facile à stocker, elle est considérée comme une énergie d'équilibrage importante pour l'approvisionnement futur en électricité ( centrale électrique virtuelle). En raison des coûts d'investissement et de maintenance plus élevés par rapport aux combustibles fossiles, ils ne sont pas toujours compétitifs. Cela peut en outre être favorisé par les faibles prix de l'énergie pour le pétrole et le gaz. ^[44]

Plus de 120 000 emplois ont été créés dans le secteur de la bioénergie, ce qui correspond à environ un tiers de tous les emplois du secteur des énergies renouvelables. En plus des domaines de croissance comme le biogaz, il y a aussi eu des crises, comme la fermeture de nombreuses petites huileries en raison de la taxation des biocarburants au détriment de la création de valeur régionale. ^[45]

Les scientifiques suggèrent d'utiliser la bioénergie pour la production combinée de chaleur et d'électricité (chaleur et électricité combinées) au lieu du carburant. C'est nettement plus efficace. En outre, la consommation d'énergie doit être réduite grâce à une plus grande efficacité et à des modes de vie durables. ^{[46] [47]}

Littérature

• Académie Nationale des Sciences Leopoldina : Bioénergie : possibilités et limites. Version complétée de l'étude Bioenergie – Chances et limites Halle (Saale) publiée en 2012.
• Michael Zichy, Christian Dürnberger, Beate Formowitz, Anne Uhl : Énergie issue de la biomasse. Un modèle de discussion éthique. 2e édition mise à jour. Springer Vieweg, Wiesbaden 2014.
• Martin Kaltschmitt , Hans Hartmann, Hermann Hofbauer (eds.) : L'énergie de la biomasse. Principes, techniques et procédures. Berlin/Heidelberg 2009, ISBN 978-3-540-85094-6 .
• Agence des énergies renouvelables : Bioénergie : la diversité au premier plan , Brochure, (PDF; 7 MB)
• Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (eds.): Énergies renouvelables. Technologie système, économie, aspects environnementaux . Springer Vieweg, Berlin/Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-03248-6 .
• Wolfgang Gründinger : La bioénergie comme moyen de sortir de la crise écologique, financière et socio-politique - Discours au 4e Symposium BBE pour la bioénergie et la durabilité : "Assurer l'acceptation par l'utilisation durable de la bioénergie !" (PDF; 84 kB), 6 juillet, 2011 , Düsseldorf
• Uwe R. Fritsche et al. : Bioénergie durable : Résumé du rapport final. (PDF; 3,9 Mo) Öko-Institut , Darmstadt 2010 (rapport final sur le projet de recherche "Développement de stratégies et de normes de durabilité pour la certification de la biomasse pour le commerce international", en coopération avec IFEU Heidelberg , au nom de l'Agence fédérale de l'environnement) .
• Institut de politique agricole de l'Université de Gießen : Déterminants du niveau et de la volatilité des prix des matières premières agricoles sur les marchés internationaux. Implications pour la nutrition mondiale et l'élaboration des politiques (PDF; 3,4 Mo), Université de Giessen, 2012
• Conseil consultatif allemand sur le changement global (éd.): Monde en transition. Bioénergie durable et utilisation durable des terres. (PDF; 25,3 Mo) WBGU, Berlin 2008, ISBN 978-3-936191-21-9 , (rapport annuel).
• Conseil consultatif allemand sur le changement global (ed.): Factsheet 1/2009 Bioenergy. WBGU, Berlin 2009.
• Uwe R. Fritsche, Kirsten Wiegmann : Bilans des gaz à effet de serre et consommation d'énergie primaire cumulée des voies de conversion bioénergétique en tenant compte des changements possibles d'utilisation des terres. WBGU, Berlin 2008 (avis d'expert de l'Öko-Institut sur le rapport WBGU 2008).
• Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture (ed.): The State of Agriculture. Biocarburants : perspectives, risques et opportunités. FAO, Rome 2008, ISBN 978-92-5-105980-7 .
• Ludger Eltrop, Konrad Raab, Institut pour l'économie de l'énergie et l'utilisation rationnelle de l'énergie (eds.): Guide de la bioénergie. Planification, exploitation et rentabilité des installations de bioénergie. 2e édition. Agence spécialisée dans les matières premières renouvelables , Gülzow 2005, ISBN 3-00-015389-6
• Association allemande pour la conservation du paysage, association de conservation de la nature NABU (éd.) : Bioénergie - mais bien sûr ! Matières premières renouvelables du point de vue de la protection de l'environnement et de la conservation de la nature. (PDF; 5,6 Mo) Berlin 2007.
• Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher, Andreas Wiese (eds.): Énergies renouvelables. Technologie système, économie, aspects environnementaux . Springer Vieweg, Berlin/Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-03248-6 .
• Agence pour les ressources renouvelables e. V. (FNR): Directives bioénergétiques - planification, exploitation et rentabilité des installations bioénergétiques - focus sur les combustibles solides biogéniques, Gülzow 2005, 2e édition révisée, ISBN 3000153896 , en version en ligne

liens web

Portails généraux

• Agence des Energies Renouvelables, Portail "Biomasse"
• Portail public d'information sur les énergies renouvelables, article "Bioénergie"
• Agence des Ressources Renouvelables (FNR)
• Société pour la promotion de l'utilisation durable du biogaz et de la bioénergie

groupes d'intérêt

• Association fédérale de la bioénergie (BBE)
• Association des fabricants de biocarburants (VDB)

recherche bioénergétique

• Centre allemand de recherche sur la biomasse (DBFZ)

projets de bioénergie

• Institut pour les villages bioénergétiques à Goettingen
• Exemples pratiques d'installations bioénergétiques sur le site Web du Réseau de Basse-Saxe pour les ressources renouvelables (3N), récupéré le 20 janvier 2010

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