De l’énergie et du charbon végétal issus de nouvelles sources

Dans le débat sur l’énergie, le terme «biomasse» regroupe toutes les matières végétales et animales à partir desquelles il est possible de produire de la chaleur, de l’électricité ou de l’énergie cinétique. La principale fraction de biomasse est le bois. Elle est utilisée pour la production d’énergie sous forme de pellets, de plaquettes ou de bûches. Le bois, source d’énergie, est convoité car il est souvent disponible localement, facile à manipuler et considéré comme neutre en termes de CO₂, à condition que sa combustion ne produise que la quantité de gaz à effet de serre extraite de l’atmosphère lors de la croissance des arbres.

Selon les statistiques suisses sur l’énergie du bois, les chauffages au bois installés en 2021 ont utilisé au total 5,8 millions de mètres cubes, soit 16'000 GWh de bois-énergie. Cela correspond à un peu plus des trois quarts du potentiel de bois-énergie durablement exploitable. Même si la source d’énergie qu’est le bois n’est pas encore pleinement exploitée en Suisse, des spécialistes comme Andreas Keel, directeur de l’association Energie-bois Suisse, plaident pour l’utilisation énergétique de «nouvelles» biomasses comme la litière de fumier de cheval, les plumes de poules ou les restes de poubelles. Il existe ici un potentiel exploitable de 9000 GWh (32 PJ) par an, déclare Andreas Keel à l’automne 2022 lors d’une conférence spécialisée.

Énergie et charbon végétal issus de la biomasse

L’entreprise Kaskad-E GmbH (Bâle), la Haute école spécialisée du Nord-Ouest de la Suisse (Windisch/AG) et Bioburn AG (Zell/AG) se sont penchées sur la question de savoir si et comment ce trésor d’énergie renouvelable pouvait être exploité dans le cadre d’un projet de recherche soutenu par l’OFEN «PyroChar». Pour produire de l’énergie, le bois et les autres biomasses sont généralement brûlés. Alternativement, la biomasse peut être carbonisée à l’abri de l’air. Lors de ce processus - la pyrolyse - la matière organique est transformée en charbon: le bois devient du charbon de bois, les substrats végétaux du charbon végétal. Il se forme en outre un mélange de phases gazeuses (H₂, CO, CO₂, CH₄) et liquides (goudron), dont on peut tirer de la chaleur par combustion. « Environ la moitié de l’énergie de départ est ainsi transformée en énergie thermique, laquelle peut par exemple être utilisée dans des réseaux de chauffage urbain», explique Stephan Gutzwiller, chef de projet PyroChar et propriétaire de la société Kaskad-E, qui planifie et construit des installations de pyrolyse. Le charbon végétal est utilisé pour l’alimentation animale et l’amendement des sols et peut également être utilisé comme agrégat dans les matériaux de construction (voir encadré ci-dessous).

Six substrats en lice

L’équipe de recherche PyroChar a étudié 32 types de biomasses et, après une première évaluation, en a retenu six: litière de fumier de cheval; sous-produits de meunerie (son de blé et déchets d’orge); déchets de torréfaction du café; écorce de bois de forêt; cendres de bois issues de la fermentation de matières solides; cendres de bois issues du compostage. Les chercheurs de PyroChar ont calculé qu’il serait possible de produire environ 3490 GWh (12 PJ) par an à partir des six substrats dans le cadre d’une valorisation purement énergétique (c’est-à-dire par incinération et non par pyrolyse) (voir fig. 1). En produisant simultanément de l’énergie et du charbon végétal à partir des substrats par pyrolyse, le rendement énergétique diminue de moitié, soit environ 1745 GWh (6 PJ) par an.

La figure 1 montre le potentiel de six types de biomasse étudiés: le potentiel énergétique durablement exploitable de l’écorce est le plus important: environ 1700 GWh par an. En produisant de l’énergie non seulement à partir des substrats, mais également du charbon végétal, le rendement énergétique est réduit de moitié. Dans ce cas, la source d’énergie bois-écorce forestière permettrait de produire 71'735 tonnes de charbon végétal par an et environ 850 GWh d’énergie. Dans le graphique, le potentiel énergétique «durable» est à chaque fois assimilé au potentiel énergétique «utilisable en plus». Ce n’est pas tout à fait exact, car une (petite) partie des substrats est déjà utilisée aujourd’hui à des fins énergétiques, par exemple lorsque les déchets de torréfaction du café sont brûlés dans une usine d’incinération des ordures ménagères.

Une équipe dirigée par le professeur Timothy Griffin de l’Institut pour la biomasse et l’efficacité des ressources de la FHNW a étudié les six substrats dans une installation de laboratoire de pyrolyse à Windisch - d’une part sur les émissions de gaz d’échappement pendant la carbonisation, d’autre part sur la composition matérielle du charbon végétal. Trois des substrats se sont révélés particulièrement prometteurs: écorce de bois de forêt, son de blé et déchets de torréfaction du café. Ils ont ensuite été soumis à des mesures supplémentaires dans deux installations de pyrolyse commerciales à Bâle (fig. 2 et 3) et à Stettlen (BE; fig. 4).