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Originalartikel: Stucki, S.; Waser, A. (2006): Le bois - un agent énergétique multiforme. Le point sur l'énergie No 16 de l'Institut Paul Scherrer. ISSN: 1661-5131
Autor(en): Samuel Stucki, Alfred Waser (auteurs externes)
Online-Version: Stand: 06.11.2006
Redaktion: WSL, CH

Le bois – un agent énergétique multiforme

On pourrait produire au moins 2 millions de m3 supplémentaires de bois-énergie par an, tout en respectant la croissance des forêts suisses. Le bois est un agent énergétique neutre en CO2 et constitue la plus importante ressource suisse de biomasse. Comme la quantité de bois-énergie est malgré tout limitée, on veut en tirer le plus grand bénéfice énergétique, sans pour autant peser plus fortement sur l’environnement. Ceci peut se faire avec élégance, par la transformation de bois en gaz naturel de synthèse. L'Institut Paul Scherrer (PSI) a développé un tel procédé, en première mondiale.

Buchenstamm
Fig. 1 - Le bois contribue aujourd’hui pour quelque 2% à l’énergie primaire de la Suisse. Des évaluations de potentiel montrent que l’on pourrait en utiliser deux à trois fois plus.
Photo: Thomas Reich (WSL)
 
Bois-énergie des forêts suisses
Fig. 2 - Potentiel en bois-énergie des forêts suisses (Source: BFE). Cliquez sur l'image pour l'agrandir.

Le bois-énergie de nos forêts peut par exemple remplacer le fioul de chauffage et contribuer ainsi à la protection du climat. Sa combustion dans des installations de chauffage ordinaires - sans filtres coûteux - produit cependant des polluants atmosphériques locaux additionnels, sur tout de la poussière fine et des oxydes d’azote.

La transformation en biogaz des déchets verts des ménages et de l’agriculture, ainsi que des boues d’épuration, est déjà très répandue en Suisse. Il en va autrement avec le bois, qui sort d’une installation de fermentation pratiquement "non-digéré". C’est pourquoi le PSI a développé un nouveau procédé à deux étages qui gazéifie le bois et le transforme ensuite par catalyse en gaz naturel de synthèse (GNS) (fig. 3). A l’échelle industrielle, ce procédé serait une alternative écologiquement et économiquement raisonnable à la combustion décentralisée du bois. Le GNS pourrait être distribué par le réseau de gaz naturel et être ainsi utilisé dans une vaste gamme d’applications à haut rendement, p. ex. pour le chauffage au gaz, comme carburant pour véhicules à gaz ou comme source d’électricité et de chaleur dans des centrales à gaz. La compétitivité économique des diverses voies dépend aussi des conditions politiques.

La technologie de la méthanisation du bois développée au PSI est actuellement testée à l’échelle industrielle dans une installation de gazéification de bois située en Autriche. Les fondements pour une première grande installation en Suisse sont donc en place.

Utiliser l’énergie du bois de façon innovante

Le bois contribue aujourd’hui pour quelque 2% à l’énergie primaire de la Suisse. Des évaluations de potentiel effectuées par l’office fédéral de l’Énergie montrent que l’on pourrait en utiliser deux à trois fois plus pour nos besoins énergétiques, avant tout du bois forestier (fig. 2). Pour qu’une telle augmentation soit sensée et durable, on doit traiter ce bois-énergie pour qu’on puisse l’utiliser de façon pratique, propre, flexible et à des coûts acceptables. Ceci implique que dans l’avenir on produise aussi de l’électricité et des carburants à partir du bois et qu’on exploite en même temps - lorsque c’est possible - la chaleur produite.

Quand la biomasse se désintègre, elle ne produit pas plus de CO2 que celui que les plantes ont prélevé dans l’atmosphère lors de leur croissance. L’utilisation de la biomasse a donc un bilan nul en CO2, pour autant qu’on n’utilise pas plus de biomasse qu’il en croît. La protection du climat devrait donc pousser à son utilisation, p. ex. la substituer au pétrole et au gaz. Ceci est techniquement et économiquement faisable à court et moyen terme. Ce que l’on économise en émissions de CO2 ne doit pour autant pas être perdu par une augmentation des émissions de polluants atmosphériques locaux.

Polluants additionnels indésirables

À ce jour le bois-énergie ainsi que les résidus de l’industrie du bois sont presque exclusivement brûlés pour la production de chaleur. Le programme forestier lancé par l’Office de l’Environnement (OFEV) en 2005 définit une série d’objectifs et de mesures pour une exploitation forestière durable et une réduction nette des émissions de CO2.

On veut entre autres exploiter d’ici 2015 deux fois plus de bois-énergie forestier qu’aujourd’hui. Pour que ceci ne résulte pas en un doublement des émissions de poussières fines et d’autres polluants atmosphériques, il faut recourir à des technologies évoluées, qui opèrent avec des filtres de première qualité. Ceci rend les chaudières à bois plus chères et favorise des grandes installations, comme p. ex. des centrales thermiques qui cogénèrent de l’électricité et de la chaleur, distribuée par des réseaux de chaleur. Une centrale thermique de ce genre est actuellement en construction à Bâle. Elle consommera 65'000 m3 de bois par an et produira 20 GWh d’électricité (6700 ménages) et 100 GWh de chaleur à distance (5500 ménages) pour le réseau bâlois. Elle sera ainsi la plus grande installation de bois-énergie en Suisse - de quoi se réjouir. Le nombre d’installations comparables constructibles en Suisse dépendra essentiellement de la disponibilité de réseaux de chaleur à même de distribuer régulièrement - si possible pendant toute l’année - l’énergie produite.

Gazéifions le bois!

Afin de réduire encore plus les polluants atmosphériques, le bois peut être aussi transformé en gaz, de façon semblable à celle des installations de biogaz. Le gaz naturel de synthèse (GNS) produit par le procédé développé au PSI peut être brûlé proprement, p. ex. dans une centrale thermique à gaz, un moteur à gaz ou des piles à combustible à haute température. Des centrales de gazéification de bois comme celles conçues pour la Suisse auraient une puissance de l’ordre de la centrale thermique à bois de Bâle.

transformation du bois en GNS
Fig. 3 - Les étapes importantes de la transformation du bois en GNS.
 

Du bois dans le réservoir et au bec de gaz

Biomassekraftwerk Güssing
Fig. 4 - La centrale de biomasse de Güssing, Austriche.

La production de méthane à partir du bois est une alternative écologique et économique à la combustion de bois décentralisée. Le bois-énergie est transformé en un agent énergétique conventionnel et ouvre ainsi un vaste éventail d’applications confortables - même sans réseaux de chaleur. Le développement du gaz naturel de synthèse comme carburant de substitution ou comme source d’électricité et de chaleur dépend de conditions politico-financières.

On a déjà employé des gazogènes - pendant la deuxième guerre mondiale - et utilisé le bois comme carburant. Toutefois, à cause de sa composition, on ne peut pas alimenter directement les réseaux de gaz avec ce gaz de bois. On doit d’abord le transformer chimiquement jusqu’à ce qu’il ne soit pratiquement plus composé que de méthane, le constituant principal du gaz naturel. Le PSI a développé la technologie de base nécessaire, la méthanisation catalytique.

Ce nouveau procédé a été adapté a un procédé de gazéification du bois développé en Autriche. La coopération avec l’Université Technique de Vienne, la centrale de biomasse de Güssing (fig. 4) ainsi que deux constructeurs d’installations, l’un suisse et l’autre autrichien, a abouti à une technologie complète pour la production de GNS. Dans le cadre d’un projet de l’UE et avec le soutien de swisselectric research elle est maintenant testée à l’échelle industrielle, ce qui prépare le chemin à une première installation commerciale en Suisse.

Ce GNS de haute qualité peut être mélangé sans problème avec le gaz naturel et être distribué par les réseaux de gaz existants. De même que le biogaz produit par décomposition des déchets verts et des résidus de l’agriculture, le GNS peut remplacer le gaz fossile partout où le gaz est utilisé aujourd’hui et dans l’avenir, de préférence dans les transports, comme carburant pauvre en émissions pour des véhicules à gaz. C’est aussi plus judicieux d’un point de vue écologique que de l’utiliser pour le chauffage, où il existe déjà des alternatives plus favorables au climat que le fioul de chauffage. À plus long terme le GNS pourra aussi produire de l’électricité dans des centrales à gaz et des installations de cogénération. Une installation de GNS, comme elle pourrait exister en Suisse d’ici cinq ans, produirait annuellement à partir de 50'000 tonnes de bois (avec 10% d’humidité) 18 millions de m3 de GNS - assez pour approvisionner en carburant une flotte de 13'000 voitures à gaz parcourant chacune 15'000 km. On pourrait en principe réaliser 20 installations de ce genre.

Coûts

Avec du bois coûtant 70 Fr./m3, des installations d’une puissance d’environ 20 MW peuvent produire du GNS au coût de 8–10 c/kWh, soit trois à quatre fois le prix d’importation du gaz naturel sibérien. Le prix du bois est un facteur critique à deux points de vue. S’il est trop bas, le bois n’est même pas coupé dans les forêts. S’il monte à 140 Fr./m3, les coûts de production du gaz monteront à 12–14 c/kWh. Dans ces conditions, pour introduire avec succès un tel biocarburant sur le marché, il est impératif qu’il soit exempté de l’impôt sur les huiles minérales, ce qui est déjà envisagé par les milieux politiques. Si l’on utilise le GNS dans des centrales à gaz ou des installations de cogénération, on obtient grâce aux hauts rendements de 60% et aux coûts d’investissement modérés des prix de production de courant intéressants. À 15–20 c/kWh ils sont comparables à ceux des centrales à bois d’une puissance similaire.

Dimension internationale

L’Union Européenne s’est donné des objectifs ambitieux quant à l’utilisation de la biomasse dans l’approvisionnement en énergie. On devrait ainsi couvrir jusqu’à 2010 5,75% de la consommation de carburants par des biocarburants et monter même à 8% jusqu’à 2020. A court terme cette demande ne peut être couverte que par l’éthanol ou par l’huile végétale provenant de cultures dédiées. Les carburants synthétiques produits par gazéification exploitent toutefois mieux la biomasse et ont un meilleur rendement. Ils se trouvent pour cette raison aujourd’hui au centre de l’intérêt de l’industrie et la technologie. Dans l’Union Européenne, on se concentre sur des procédés produisant après la gazéification des carburants diesel liquides par synthèse Fischer-Tropsch (Biomass to Liquids ou BTL). Cette technologie est très exigeante et n’est compétitive que pour des grandes installations (500 à 1000 MW et plus).

En Suisse les sites adéquats manquent. La production des GNS se base par contre sur des installations vingt fois plus petites, mieux adaptées à la structure géoéconomique de la Suisse. Ceci dit, la production de GNS devient elle aussi plus économique et plus attrayante, lorsqu’on peut rationaliser les aspects logistiques – c.-à-d. lorsque le bois est abondant et les chemins de transports courts, comme c’est le cas dans les régions boisées de l’Europe du Nord. La Scandinavie montre par exemple déjà de l’intérêt pour des installations de l’ordre de 100 MW.

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