Bio-énergie végétale
On appelle biomasse l'ensemble des végétaux et des animaux ainsi que les déchets organiques qui leur sont associés. Les végétaux englobent les cultures énergétiques comprenant des plantes très diverses telles que les oléagineux, les graminées proches du maïs et de la canne à sucre,etc. Les déchets peuvent être solides (industriels, agricoles ou ménagers) ou liquides (eaux usées, déjections animales).
La valorisation selon la nature des biomasses
Les végétaux de manière générale accumulent dans leurs cellules de l'énergie solaire sous forme de liaisons chimiques carbone-hydrogène. La photosynthèse réalise la conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique selon la formule simplifiée : CO2 + H2O = CH2O + O2
La nature des constituants de la biomasse va induire certaines filières de valorisation énergétique :
- La biomasse lignocellulosique (bois, paille, bagasse de canne à sucre, fourrage, etc) privilégiera les procédés "par voie sèche" dits conversions thermochimiques,
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La biomasse à glucide riche en substances glucidiques (céréales, betteraves sucrières, cannes à sucre, etc) facilement hydrolysable, privilégiera les procédés de valorisation par voie fermentaire ou par distillation dits conversions biologiques,
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La biomasse oléagineuse riche en lipides (colza, palmier à huile, etc) pourra être utilisée comme carburant. Deux familles de biocarburants sont actuellement développées: les esters d'huiles végétales (ester de colza incorporé dans le gazole ou le fioul domestique, ester de tournesol) ; l'éthanol, produit à partir de blé et de betteraves, incorporable dans le supercarburant sans plomb sous forme d'Ethyl Tertio Butyl Ether (ETBE).
Conversions thermochimiques
Les trois principales conversions thermochimiques de la biomasse correspondent à la combustion, la pyrolyse, et à la gazéification.
La combustion
La production de chaleur est la principale forme actuelle de valorisation énergétique de la biomasse au niveau mondial. Les technologies sont pour la plupart bien maîtrisées.
En complément à un chauffage classique ou seul, l'utilisation énergétique du bois proposent des performances variables :
- les cheminées à foyer ouvert très peu performant (15 % de rendement)
- les foyers fermés, les inserts et les poêles un peu plus performants (40% à 60 % de rendement environ)
- les chaudières bois raccordées sur le réseau de distribution intérieure de l’habitation étant nettement les appareils les plus performants (plus de 70 % de rendement)
La pyrolyse
En l’absence de produits oxydants et sous l’action de la chaleur, la biomasse se décompose en une fraction gazeuse non condensable, une fraction liquide (composée de pyroligneux et degoudrons) et un résidu solide (le charbon).
L'intérêt de la carbonisation réside dans le fait que des déchets solides, dont la manutention et le transport sont difficiles et coûteux, peuvent être convertis en produits, solides ou liquides énergétiquement concentrés.
La gazéification
La gazéification du bois est une transformation thermochimique qui consiste à décomposer thermiquement en présence d'un gaz réactif (air, O2, H2O, etc.) le matériau solide initial pour obtenir des produits gazeux.
Ces produits gazeux pourront soit alimenter des engins roulants, soit participer à la préparation du méthanol.
Conversions biologiques
Les deux principales voies de conversion biologique sont la digestion anaérobie et la fermentation alcoolique. Elles se distinguent des conversions thermochimiques par l'obtention d'un co-produit résiduel permettant l'amendement et la fertilisation des sols.
Biométhanisation
La digestion anaérobie correspond à la dégradation de la matière organique par des bactéries en l'absence d'oxygène. Elle est aussi appelée méthanisation.
Le processus de digestion anaérobie se déroule dans un réacteur fermé appelé digesteur et aboutit à la formation de 2 co-produits : le biogaz et un résidu méthanisé. Le biogaz produit est constitué pour l’essentiel de méthane (CH4 : 50 à 80 %) et de dioxyde de carbone (CO2 : 20 à 50 %). Le méthane, par son caractère combustible, confère au biogaz sa valeur énergétique.
La biométhanisation présente plusieurs avantages majeurs dont :
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production d'énergie directement valorisable à partir de biomasse variées (agricoles (lisier), urbaines ou industrielles).
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dépollution de la charge organique des effluents puisque les matières fermentiscibles qu’ils renferment sont transformés en biogaz.
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valorisation du résidu comme amendement organique, voire comme aliment pour bétail ou pour la pisciculture.
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récupération du méthane plus diminution des émissions de CO2, ceux qui permet d'arrêter les émissions de gaz à effet de serre.
Les inconvénients de la biométhanisation sont la lourdeur des investissements, le risque élevé d'inflammation du biogaz, la rareté de l'épandage en raison de leur contamination par des métaux lourds, ds particules plastiques ou divers autres éléments toxiques.
La fermentation alcoolique
La fermentation alcoolique utilise des levures pour dégrader la matière organique par voie aérobie. Elle ne concerne que certaines catégories de biomasses, il s'agit principalement des sous produits à forte teneur en glucides, surtout les amidons et les sucres libres (3,5 à 4 tonnes de mélasse à 50% de glucides permettent la production d'une tonne d'alcool éthylique).
Le principe de la fermentation sont l'hydrolyse enzymatique (macération dans une solution à 50°C contenant une ou plusieurs enzymes hydrolytiques), la distillation (opération de récupération d'alcool éthylique produit par vaporisation).
Finalement, on obtient de l'alcool éthylique et un résidu solide.