En el campo de la energía , la biomasa es materia orgánica de origen vegetal ( incluidas las microalgas ), animal , bacteriano o fúngico (hongos), utilizable como fuente de energía (bioenergía). Esta energía puede ser extraída por combustión directa (ej. Dendroenergía ), combustión o después de un proceso de transformación de la materia prima, por ejemplo metano ( biogás , o la versión purificada del biogás ) u otras transformaciones químicas (incluyendo pirólisis , carbonización hidrotermal y métodos de producción de biocombustibles o "agrocombustibles"). Hay tres formas de utilizar la (co) biomasa: térmica, química y bioquímica.
La biomasa vuelve a ser de interés para los países ricos, ante el cambio climático y la perspectiva de una crisis en los recursos de hidrocarburos fósiles o uranio .
En determinadas condiciones, responde a los retos del desarrollo sostenible y la economía circular ; reemplazando los combustibles fósiles para reducir las emisiones totales de gases de efecto invernadero , a veces también restaurando ciertos sumideros de carbono (seminatural en el caso de los bosques y los setos explotados). En unas décadas han aparecido nuevos sectores: agrocombustibles, pellets de madera , metanización industrial, creando tensiones sobre determinados recursos, con nuevos riesgos de sobreexplotación del recurso y sustitución de cultivos alimentarios por cultivos energéticos. En Francia, una estrategia nacional para la movilización de biomasa (2018) tiene como objetivo aumentar la cantidad de biomasa recolectada, creando los menores efectos secundarios negativos posibles sobre la biodiversidad, los paisajes y otros sectores que dependen del mismo recurso.
En 2018, según la Agencia Internacional de Energía , la biomasa proporcionó 1.327 Mtep de energía, o aproximadamente el 9,3% de la energía primaria consumida en el mundo, 518,5 TWh de electricidad o el 1,9% de la producción mundial de electricidad y alrededor del 4% de la energía eléctrica. combustibles para carreteras. La biomasa proporciona alrededor del 80% de la energía renovable total producida en la UE y el 8% de la energía consumida. Según un informe de la Comisión Europea , la bioenergía podría cubrir hasta el 13% de la demanda energética de la UE.
En Europa , una directiva de 2001 define la biomasa como "la fracción biodegradable de productos, desechos y residuos de la agricultura (incluidas las sustancias vegetales y animales), la silvicultura y las industrias afines, así como la fracción biodegradable de los residuos industriales y municipales (... ) la definición de biomasa utilizada en la presente Directiva se entiende sin perjuicio del uso de una definición diferente en la legislación nacional, para fines distintos de los establecidos en la presente Directiva ” .
En 2009 , es "la fracción biodegradable de productos, desechos y residuos de origen biológico procedentes de la agricultura (incluidas las sustancias vegetales y animales), la silvicultura y las industrias afines, incluidas la pesca y la acuicultura, así como la fracción biodegradable de los desechos industriales y municipales. ” .
En 2010 , esta definición fue aclarada por otra directiva que dice que esta biomasa incluye “productos compuestos por un material vegetal agrícola o forestal susceptible de ser utilizado como combustible para aprovechar su contenido energético; los siguientes desechos: desechos de plantas agrícolas y forestales; residuos vegetales del sector industrial de procesamiento de alimentos, si se recupera el calor producido; Residuos vegetales fibrosos de la producción de pulpa virgen y de la producción de papel a partir de pulpa, si se coincineran en el lugar de producción y si se recupera el calor producido; desperdicios de corcho; residuos de madera, con excepción de los residuos de madera que pueden contener compuestos orgánicos halogenados o metales pesados como resultado del tratamiento con conservantes de la madera o la colocación de un revestimiento, incluidos en particular los residuos de este tipo de madera de residuos de construcción o demolición ” .
En la legislación francesa, la energía de biomasa se define como "la fracción biodegradable de productos, desechos y residuos procedentes de la agricultura , incluidas las sustancias vegetales y animales procedentes de la tierra y el mar, la silvicultura y las industrias afines, así como la fracción biodegradable de las y residuos domésticos ” .
Una definición (sin valor oficial) dada en 2013 por un informe parlamentario (Asamblea Nacional) sobre biomasa para el desarrollo sostenible era "toda materia orgánica que puede liberar energía por combustión directa o tras una transformación escalonada". Por tanto, la biomasa representa tanto la fracción biodegradable de los residuos industriales o agrícolas como la madera obtenida directamente del bosque ” .
La biomasa recuperada para obtener energía puede ser silvestre y / o cultivada (CIVEs, agrocombustibles, agrocombustibles) y posiblemente provenir de los llamados depósitos “fatales” (por ejemplo: desechos industriales, lodos de depuradora, etc. ).
Dependiendo de su origen, su producción, transporte y combustión tienen costos ambientales más altos o más bajos, pero su uso para producir calor y electricidad puede crear o mantener empleos locales y duraderos, desde upstream (suministro) hasta downstream. Del sector (explotación energética) . Más fácil de almacenar la energía intermitente La energía de biomasa ayuda a asegurar la red eléctrica (de acuerdo con la programación energética plurianual , se basará en Francia en varios escenarios de necesidades energéticas, y para 2 a períodos "establecer objetivos que incluyan opciones altas y bajas, para tener en cuenta incertidumbres ” ), y con la condición de tener suficientes existencias, porque su producción sigue siendo muy estacional y depende de las limitaciones meteorológicas).
Los principales sectores se estructuran en dos categorías (dendroenergía / digestión anaeróbica ) y por los orígenes de la biomasa:
La energía de biomasa se ha utilizado desde tiempos prehistóricos ( control de incendios ). Sigue siendo la primera energía renovable utilizada en el mundo, para calentar y cocinar platos, pero principalmente en países menos industrializados.
Según la Agencia Internacional de Energía , en 2018, "biomasa y residuos" representaron 1.327 Mtep (millones de toneladas equivalentes de petróleo ), o el 9,3% del consumo mundial de energía primaria . De este total, el 10,2% se utiliza para la producción de electricidad, el 4,9% para la producción combinada de electricidad y calor ( cogeneración ), el 0,9% para las salas de calderas de las redes de calefacción urbana y el 76,3% para el consumo final directo, en particular el 50,8 % por sector residencial (calefacción individual, cocina), 15,4% por industria y 6,8% por transporte (agrocombustibles).
Fuente | 1990 | ir % | 2000 | ir % | 2010 | ir % | 2015 | 2018 |
cuota% 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% |
porcelana | 200,5 | 22,7% | 198,2 | 17,5% | 133,3 | 5,3% | 113,8 | 116,8 | 3,6% | −42% |
Estados Unidos | 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% |
Etiopía | 16,9 | 94,9% | 23,4 | 95,0% | 31.0 | 93,0% | 35,4 | 38,1 | 88,1% | + 125% |
Pakistán | 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% |
Tailandia | 14,9 | 35,4% | 14,6 | 20,2% | 22,6 | 19,2% | 25,3 | 25,7 | 18,9% | + 72% |
... | ||||||||||
Francia | 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% |
Fuente de datos: Agencia Internacional de Energía % de participación = participación de biomasa en el consumo de energía primaria nacional |
La biomasa (excluidos los residuos) proporciona el 1,9% de la producción mundial de electricidad en 2018. Con el 17,5% del total mundial, China es el principal productor de electricidad a partir de biomasa, por delante de Estados Unidos (11,5%), Brasil (10,4%), Alemania (8,6%) e India (8,5%). La participación de la biomasa en la producción de electricidad sigue siendo modesta: 9,6% en el Reino Unido, 1,3% en Estados Unidos, 1,3% en China, 1,1% en Francia.
País | 1990 | 2000 | 2010 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | % 2018 | % mezcla de países |
porcelana | - | 2.4 | 24,8 | 52,7 | 64,7 | 79,5 | 90,6 | 17,5% | 1,3% |
Estados Unidos | 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% |
Alemania | 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% |
Reino Unido | 0,5 | 3.1 | 10,7 | 27,4 | 28,0 | 29,1 | 31,9 | 6,2% | 9,6% |
Japón | 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% |
... | |||||||||
Francia | 1.2 | 1.4 | 2.5 | 4.5 | 5.4 | 5,6 | 6.1 | 1,2% | 1,1% |
Mundo | 105,4 | 113,8 | 277,7 | 415,6 | 460,2 | 485,0 | 518,5 | 100% | 1,9% |
fuente: Agencia Internacional de Energía % mezcla de países = participación de la biomasa en la producción de electricidad del país. |
Según la Agencia Internacional de Energía , en 2060, la biomasa debería cubrir casi el 17% del consumo de energía final frente al 4,5% en 2015. En 2016, los agrocombustibles cubrieron alrededor del 4% de las necesidades energéticas.
Con un 60% en 2013, la energía de biomasa es la principal fuente de energía renovable, por delante de la energía hidráulica (17%).
La Comisión Europea ha estimado que (si el cambio climático no afecta negativamente a este recurso) la bioenergía podría cubrir hasta alrededor del 13% de la demanda energética de la UE (como lo fue en 2018).
Según un estudio de la consultora Material Economics publicado en junio de 2021, la Unión Europea depende demasiado de sus bosques y cultivos vegetales para producir energía verde y alcanzar la neutralidad de carbono en 2050. Para alcanzar los objetivos marcados por Bruselas, entre 350.000 y 400.000 km 2 de tierra adicional debería dedicarse a la producción de biomasa de origen vegetal a través de cultivos energéticos, es decir, una superficie equivalente a toda Alemania; Además, habría que extraer de los bosques alrededor de 340 millones de toneladas de madera al año, es decir, más de las tres cuartas partes del crecimiento anual de todos los bosques europeos. La biomasa es mucho más útil para usos materiales (construcción, textiles y productos químicos) que cuando se quema; el uso de energía a partir de biomasa debe ser "extremadamente selectivo" y "concentrado en unos pocos nichos": calefacción industrial, aviación y transporte marítimo.
Hay en Europa:
En los años 2000-2010, la biomasa siguió siendo la principal fuente de energía renovable (54,2% en 2014), por delante de la energía hidroeléctrica (24,3%) y fue uno de los sectores en rápido desarrollo (ver diagrama). viendo aparecer tensiones en el recurso.
En 2009, suministró aproximadamente 9,6 Mtep (excluidos los biocombustibles y la combustión de desechos urbanos ), principalmente en forma de leña ( 9,1 Mtep en leña, incluidos 6,6 Mtep en madera "doméstica"), sin contar el biogás para alrededor de 0,5 Mtep .
Para organizar mejor este sector de biomasa-energía y limitar los riesgos de sobreexplotación o desvío de recursos , en aplicación de la ley de transición energética para el crecimiento verde del 17 de agosto de 2015, se lanzó una estrategia nacional de movilización de biomasa en 2016-2017, que debe implementarse en cada región, con el Estado, mediante un esquema regional de biomasa (SRB), en particular para ayudar a aumentar la participación de energías renovables y recuperadas en el consumo de energía final al 32% .
La energía de la biomasa es renovable y sostenible solo bajo ciertas condiciones:
En estas condiciones, tiene ventajas para el desarrollo local (por ejemplo: trabajos que no se pueden reubicar para usos en sectores locales, recuperación de residuos locales, etc. ).
Pero también puede ser contaminante (CO, humos , alquitranes ) si se usa incorrectamente o si la biomasa utilizada está contaminada por metales pesados , metaloides tóxicos, radionucleidos , etc. (sabiendo que los recursos fósiles, en particular los profundos, también están naturalmente contaminados por metales ( mercurio en particular) y radionucleidos, a menudo más que la madera). La energía de biomasa es, en particular, la principal fuente de contaminación del aire por partículas finas en Francia. La producción de madera también puede competir con otras actividades por el uso de recursos (tierra cultivable, agua, etc. ).
Como en el caso de los recursos fósiles , es una forma de almacenamiento de energía solar a través del carbono , originariamente proveniente del CO 2.capturado por plantas o fitoplancton .
Al arder, libera este CO 2, como el carbón, el gas o el petróleo, pero con una diferencia importante: este carbono se ha extraído recientemente de la atmósfera a través de la fotosíntesis y, en teoría, puede ser absorbido nuevamente por las plantas, mientras que este proceso ha ocurrido hace millones de años para los fósiles. combustibles. Sin embargo, las plantas marinas y las algas ya no son suficientes para absorber el carbono de los hidrocarburos fósiles. En términos absolutos, el balance cuantitativo de CO 2de una instalación es cero cuando toda la energía que se ha tenido que gastar para extraer combustible de la biomasa también proviene de la biomasa. En las condiciones industriales establecidas, es posible utilizar biomasa para el funcionamiento de la instalación, teniendo cuidado de no liberar otros gases de efecto invernadero, como el metano (CH 4) en particular que tiene una potencia calorífica aproximadamente 21 veces mayor que el CO 2a corto plazo, pero que desaparece más rápido que éste. Una fuga significativa en una instalación de digestión anaeróbica haría que su balance de GEI fuera muy negativo.
Cuatro investigadores estadounidenses del Centro Nacional de Investigación Atmosférica y la Sociedad Max-Planck recordaron en 1979 en la revista Nature que la combustión de biomasa rara vez es neutra: es una fuente importante de CO 2., y otros gases contaminantes (más o menos según la cantidad y tipo de biomasa, y según el tipo de combustión): CO, N 2 O, NO, CH 3 Cl y COS.
Cultivar y quemar una cantidad excesiva de biomasa puede afectar la biodiversidad, las emisiones de gases de efecto invernadero y la capa de ozono y emitir muchos otros contaminantes potenciales si la madera o la biomasa quemada estuviera contaminada, por ejemplo, por sal, pesticidas, metales o metaloides. La quema de biomasa (o el biogás o el biocombustible que se extrae de ella) puede “contribuir enormemente a los presupuestos de varios gases importantes en la química atmosférica. En muchos casos, la emisión es comparable a la fuente tecnológica. La mayoría de los incendios ocurren en los trópicos durante la estación seca y son causados por actividades humanas ” .
Es a través del fuego que el hombre ha utilizado por primera vez la energía de la biomasa, para cocinar y calentar o para encender (antorcha, lámpara de aceite) durante varias decenas de miles de años.
Desde el XVIII ° siglo, las máquinas de vapor y los dirigibles son alimentados por la madera. Al final del XIX ° siglo, Rudolf Diesel , ingeniero térmica, diseñó una potencia del motor de aceite vegetal (no el aceite ) para reemplazar la máquina de vapor.
Las crisis recientes han reavivado el interés por la biomasa; de gasificadores que gasifican madera han equipado muchos vehículos cuando se rompió el petróleo durante las dos guerras mundiales . Las dos últimas grandes crisis petroleras han reactivado el uso de leña , incluso turba (en Irlanda, por ejemplo). Desde la Cumbre de la Tierra de Río , el objetivo del desarrollo sostenible, luego con Kioto el de combatir el cambio climático, han mantenido o renovado este interés. En 2015, según la FAO, el 53% de la madera cortada en el mundo fue para calentar y cocinar. Más detalladamente, esta tasa fue del 8% en América del Norte, del 21% en Europa, del 53% en América del Sur, del 77% en Asia y del 90% en África.
En ocasiones, la biomasa se utiliza en la "cocombustión" (por ejemplo: residuos de almazaras mezclados con carbón bituminoso).
Prospectiva : INRA anunció en octubre de 2014 que había desarrollado y patentado un “proceso seco” para la preparación por fraccionamiento de biomasa lignocelulósica como paja de trigo y paja de arroz . El material se muele finamente y luego una clasificación electrostática lo prepara para hacerlo más accesible a las enzimas o para valorizarlo en forma de lignina-hemicelulosas y / o minerales. El método es aplicable a subproductos madereros / leñosos y agrícolas, cultivos lignocelulósicos dedicados, que podrían utilizarse para producir agrocombustibles, moléculas y materiales de base biológica. Esta invención ha sido presentada en dos revistas científicas y técnicas ( Biotechnology for Biofuels y Green Chemistry ). Este método podría reducir los pretratamientos químicos contaminantes, los consumidores de agua y los generadores de efluentes. Sin embargo, la exportación de estas pajitas priva al suelo agrícola de protección natural y fuente de carbono.
Hay tres principales, a los que corresponden procesos de recuperación específicos:
La biomasa lignocelulósica, celulosa y lignina , está compuesta por:
La recuperación se realiza más bien mediante un proceso seco, denominado conversiones termoquímicas .
Biomasa de carbohidratos , rica en sustancia carbohidrato fácilmente hidrolizable :
La valoración se realiza más bien por fermentación o por destilación conocida como conversiones biológicas .
Biomasa oleaginosa , rica en lípidos :
Puede utilizarse como combustible . Hay dos familias de biocombustibles : ésteres de aceites vegetales ( colza ) y etanol , producido a partir de trigo y remolacha, que se pueden incorporar al súper sin plomo en forma de etil terc-butil éter ( ETBE , ver bioetanol ).
La química de energía en la madera es liberada por la combustión en forma de calor que se utiliza para calentar o para generar electricidad . La leña se utiliza a gran escala. La pirólisis y la gasificación son raras y la carbonización hidrotermal es más. Las plantas de celulosa proporcionan una materia prima que puede producir cogeneración simultáneamente de calor y electricidad.
Otra bioenergía resulta directamente de los desechos orgánicos, por ejemplo, con los desechos que se utilizan en las fábricas de cemento como combustibles sólidos alternativos (CSS) para ahorrar petróleo.
Amenazas y desventajasVarias soluciones que evitan la combustión directa son:
Llamamos biogás a los efluentes gaseosos, principalmente metano , que resultan de la fermentación de materia orgánica contenida en vertederos , estaciones depuradoras de agua o digestores construidos para tal fin. El metano es un potente gas de efecto invernadero y su captura es muy deseable de cualquier forma. Puede verse como un recurso energético, a menudo a través de su combustión para producir vapor y electricidad ; También se puede considerar su uso directo en motores de gas pobre. El biogás es un gas combustible, compuesto en promedio de metano (CH 4) al 60% y CO 2 al 40%.
Hay dos familias de biocombustibles:
Evaluar diferentes formas de recuperación requiere comparar los usos, lo que significa establecer métodos de evaluación y seguimiento de los sectores integrados .
La implementación de la trazabilidad en la industria alimentaria está sujeta a regulaciones (particularmente en la Unión Europea ). Está fomentado por las normas (ISO 22000).
La trazabilidad también permite reducir los riesgos y, por tanto, los costes indirectos para la comunidad.
El valor de una tonelada de carbono en 2006 es del orden de magnitud de 100 euros. El valor de mercado de una tonelada de CO 2 equivalenteEs muy volátil: depende (entre otros) del precio del petróleo, de las decisiones políticas de Bruselas (número de cuotas, política energética a largo plazo de la UE) y de la especulación. Al 13 de marzo de 2008, la tonelada de CO 2 equivalentevalía 22 euros. En 2014, valía alrededor de 5 euros.
Ver: huella de carbono
Para que estas evaluaciones sean más fiables, es conveniente:
En todo el mundo, muchos programas apoyan o han apoyado sectores de energía de biomasa.
En Europa, la UE, para limitar el cambio climático, ha promovido la biomasa como fuente de energía renovable. La Directiva sobre energías renovables (2009) exige a los Estados miembros que al menos el 20% de su consumo total de energía proceda de fuentes renovables, antes de 2020. Desde 2009, los fondos europeos destinados a la energía de biomasa se han duplicado (de 1.600 millones de euros para 2007-2013). a 3.400 millones para 2014-2020. Este crecimiento, señala el Tribunal de Cuentas Europeo (en 2018), puede conducir a un aumento en las tasas de ciertos contaminantes de la Agencia Europea de Medio Ambiente también ha señalado que las políticas climáticas pueden contradecir las calidad del aire, si se quema biomasa en instalaciones que contaminan el aire, con efectos nocivos para la salud humana.
En Francia, un plan de biocombustibles ha estado apoyando a los agrocombustibles desde 2000-2010 (biodiesel + bioetanol, especialmente a base de colza, girasol, remolacha y cereales) y la industria de la madera. Biocombustible y biocombustible de segunda generación 3 e generación luchando, pero todavía apagada: seca (termoquímica BTL) o húmeda (etanol). Una estrategia nacional de movilización de biomasa (publicada el 26 de febrero de 2018) tiene como objetivo aumentar la cantidad de biomasa recolectada, mientras genera la menor cantidad posible de efectos secundarios negativos sobre la biodiversidad, los paisajes y otros sectores que dependen del mismo recurso.