No domínio da energia , a biomassa é a matéria orgânica de origem vegetal ( incluindo microalgas ), animal , bacteriana ou fúngica (fungos), utilizável como fonte de energia (bioenergia). Esta energia pode ser extraída por combustão direta (por exemplo, energia da madeira ), combustão ou após um processo de transformação da matéria-prima, por exemplo metano ( biogás , ou a versão purificada do biogás ) ou outras transformações químicas (incluindo pirólise , carbonização hidrotérmica e métodos de produção de biocombustíveis ou "agrocombustíveis"). Existem três formas de utilização da (co) biomassa: térmica, química e bioquímica.
A biomassa volta a interessar aos países ricos, que enfrentam as mudanças climáticas e a perspectiva de uma crise de hidrocarbonetos fósseis ou recursos de urânio .
Em certas condições, responde aos desafios do desenvolvimento sustentável e da economia circular ; substituindo os combustíveis fósseis para reduzir as emissões gerais de gases de efeito estufa , às vezes também restaurando certos sumidouros de carbono (semi-naturais no caso de florestas e sebes exploradas). Em poucas décadas, novos setores surgiram: agrocombustíveis, pellets de madeira , metanização industrial, criando tensões sobre alguns recursos, com novos riscos de sobreexploração do recurso e substituição de culturas alimentares por culturas energéticas. Na França, uma estratégia nacional para a mobilização de biomassa (2018) visa aumentar a quantidade de biomassa coletada, criando o mínimo possível de efeitos colaterais negativos sobre a biodiversidade, paisagens e outros setores dependentes do mesmo recurso.
Em 2018, de acordo com a Agência Internacional de Energia , a biomassa fornecia 1.327 Mtep de energia, ou cerca de 9,3% da energia primária consumida no mundo, 518,5 TWh de eletricidade, ou 1,9 % da produção global de eletricidade, e cerca de 4% de combustíveis rodoviários. A biomassa fornece cerca de 80% do total de energia renovável produzida na UE e 8% da energia consumida. De acordo com um relatório da Comissão Europeia , a bioenergia pode cobrir até 13% da demanda energética da UE.
Na Europa , uma diretiva de 2001 define biomassa como "a fração biodegradável de produtos, resíduos e resíduos da agricultura (incluindo substâncias vegetais e animais), silvicultura e indústrias relacionadas, bem como a fração biodegradável de resíduos industriais e municipais (... ), a definição de biomassa utilizada na presente diretiva não prejudica a utilização de uma definição diferente na legislação nacional, para fins diferentes dos previstos na presente diretiva ” .
Em 2009 , é "a fração biodegradável de produtos, resíduos e resíduos de origem biológica originários da agricultura (incluindo substâncias vegetais e animais), silvicultura e indústrias relacionadas, incluindo pesca e aquicultura, bem como a fração biodegradável de resíduos industriais e municipais ” .
Em 2010 , esta definição foi clarificada por outra portaria que diz que esta biomassa inclui “produtos constituídos por um material vegetal agrícola ou florestal susceptível de ser utilizado como combustível para o aproveitamento do seu conteúdo energético; os seguintes resíduos: resíduos de plantas agrícolas e florestais; resíduos vegetais do setor de processamento industrial de alimentos, se o calor produzido for recuperado; Resíduos vegetais fibrosos da produção de pasta virgem e da produção de papel a partir da pasta, se forem co-incinerados no local de produção e se o calor produzido for recuperado; resíduos de cortiça; resíduos de madeira, com exceção dos resíduos de madeira que podem conter compostos orgânicos halogenados ou metais pesados como resultado do tratamento com preservativos de madeira ou da colocação de um revestimento, incluindo em particular resíduos de madeira deste tipo provenientes de resíduos de construção ou demolição ” .
Na lei francesa, a energia de biomassa é definida como "a fração biodegradável de produtos, resíduos e resíduos da agricultura , incluindo substâncias vegetais e animais da terra e do mar, silvicultura e indústrias relacionadas, bem. Do que a fração biodegradável de resíduos industriais e domésticos ” .
Uma definição (sem valor oficial) dada em 2013 por um relatório parlamentar (Assembleia Nacional) sobre biomassa para o desenvolvimento sustentável era "toda a matéria orgânica que pode liberar energia por combustão direta ou na sequência de uma transformação gradual. A biomassa representa, portanto, a fração biodegradável dos resíduos industriais ou agrícolas e a madeira obtida diretamente da floresta ” .
A biomassa recuperada para energia pode ser silvestre e / ou cultivada (CIVEs, agrocombustíveis, agrocombustíveis) e possivelmente provir dos chamados depósitos “fatais” (por exemplo: resíduos industriais, lodo de esgoto, etc. ).
Dependendo da sua origem, a sua produção, transporte e combustão têm custos ambientais superiores ou inferiores, mas a sua utilização para produção de calor e eletricidade pode criar ou manter empregos locais e duradouros, desde a montante (abastecimento) até à jusante. Do setor (exploração energética) . Mais fácil de armazenar a energia intermitente a energia da biomassa ajuda a proteger a rede elétrica (de acordo com a programação de energia plurianual, ela será baseada na França em vários cenários de necessidades de energia, e por 2 a um período "definir metas incluindo opções de alta e baixa, para levar em consideração incertezas ” ), e na condição de ter estoques suficientes, porque sua produção permanece muito sazonal e dependente de condicionantes meteorológicas).
Os principais setores estão estruturados em duas categorias (energia da madeira / digestão anaeróbia ) e pelas origens da biomassa:
A energia da biomassa tem sido utilizada desde os tempos pré-históricos ( controle de fogo ). Continua a ser a primeira energia renovável utilizada no mundo, para aquecer e cozinhar pratos, mas principalmente em países menos industrializados.
De acordo com a Agência Internacional de Energia , em 2018, "biomassa e resíduos" representaram 1.327 Mtep (milhões de toneladas de óleo equivalente ), ou 9,3% do consumo global de energia primária . Deste total, 10,2% destinam-se à produção de eletricidade, 4,9% à produção combinada de eletricidade e calor ( cogeração ), 0,9% às caldeiras das redes de aquecimento urbano e 76,3% ao consumo final direto, nomeadamente 50,8 % no setor residencial (aquecimento individual, cozinha), 15,4% na indústria e 6,8% nos transportes (agrocombustíveis).
Fonte | 1990 | vai % | 2000 | vai % | 2010 | vai % | 2015 | 2018 |
compartilhar% 2018 |
var. 2018/1990 |
Índia | 133,5 | 43,7% | 148,8 | 33,8% | 178,3 | 25,7% | 179,7 | 185,1 | 20,1% | + 39% |
Nigéria | 52,4 | 78,9% | 69,7 | 81,0% | 97,8 | 81,5% | 111,5 | 120,0 | 75,0% | + 129% |
China | 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% |
Etiópia | 16,9 | 94,9% | 23,4 | 95,0% | 31,0 | 93,0% | 35,4 | 38,1 | 88,1% | + 125% |
Paquistão | 18,8 | 43,6% | 24,0 | 37,5% | 30,4 | 35,6% | 34,0 | 36,4 | 32,7% | + 94% |
Indonésia | 43,5 | 44,1% | 50,0 | 32,1% | 46,0 | 22,8% | 37,2 | 33,5 | 14,5% | -23% |
Tailândia | 14,9 | 35,4% | 14,6 | 20,2% | 22,6 | 19,2% | 25,3 | 25,7 | 18,9% | + 72% |
... | ||||||||||
França | 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% |
Fonte de dados: % da participação da Agência Internacional de Energia = participação da biomassa no consumo doméstico de energia primária. |
A biomassa (excluindo resíduos) fornece 1,9% da produção mundial de eletricidade em 2018. Com 17,5% do total mundial, a China é o maior produtor de eletricidade a partir de biomassa, à frente dos Estados Unidos. (11,5%), Brasil (10,4%), Alemanha (8,6%) e Índia (8,5%). A participação da biomassa na produção de eletricidade continua modesta: 9,6% no Reino Unido, 1,3% nos Estados Unidos, 1,3% na China, 1,1% na França.
País | 1990 | 2000 | 2010 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | % 2018 | % mix country |
China | - | 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% |
Alemanha | 0,4 | 2,5 | 29,2 | 44,6 | 45,0 | 45,0 | 44,7 | 8,6% | 7,0% |
Índia | - | 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% |
Japão | 8,7 | 9,8 | 15,2 | 18,6 | 15,1 | 20,0 | 21,5 | 4,1% | 2,0% |
Itália | 0,01 | 1.0 | 7,4 | 17,1 | 17,1 | 17,0 | 16,8 | 3,2% | 5,8% |
... | |||||||||
França | 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% |
fonte: Agência Internacional de Energia % mix do país = participação da biomassa na produção de eletricidade do país. |
Segundo a Agência Internacional de Energia , em 2060, a biomassa deverá cobrir cerca de 17% do consumo final de energia, contra 4,5% em 2015. Em 2016, os agrocombustíveis cobriram cerca de 4% das necessidades de energia.
Com 60% em 2013, a biomassa-energia é a principal fonte de energia renovável, à frente da hidráulica (17%).
A Comissão Europeia estimou que (se as alterações climáticas não afetarem negativamente este recurso) a bioenergia pode cobrir até cerca de 13% da procura de energia da UE (como era em 2018).
De acordo com um estudo da consultoria Material Economics publicado em junho de 2021, a União Europeia depende muito das suas florestas e plantações para produzir energia verde e alcançar a neutralidade do carbono em 2050. Para atingir os objetivos fixados por Bruxelas, entre 350.000 e 400.000 km 2 de terras adicionais devem ser dedicadas à produção de biomassa de origem vegetal por meio de culturas energéticas, ou seja, uma área equivalente a toda a Alemanha; Além disso, cerca de 340 milhões de toneladas de madeira teriam de ser removidas das florestas por ano, ou mais de três quartos do crescimento anual de todas as florestas europeias. A biomassa é muito mais útil para usos materiais (construção, têxteis e produtos químicos) do que quando é queimada; a utilização da energia da biomassa deve ser “extremamente seletiva” e “concentrada em alguns nichos”: aquecimento industrial, aviação e transporte marítimo.
Existem na Europa:
Nos anos 2000-2010, a biomassa manteve-se a principal fonte de energia renovável (54,2% em 2014), à frente da energia hidroelétrica (24,3%) e foi um dos setores de rápido desenvolvimento (ver diagrama). Ao lado), correndo o risco de vendo tensões aparecerem no recurso.
Em 2009, forneceu cerca de 9,6 Mtep (excluindo biocombustíveis e combustão de resíduos urbanos ), principalmente na forma de lenha ( 9,1 Mtep em lenha, incluindo 6,6 Mtep em madeira "doméstica"), sem biogás , que para cerca de 0,5 Mtep .
Para melhor organizar este setor de biomassa-energia e limitar os riscos de sobreexploração ou desvio de recursos , em aplicação da lei de transição energética para o crescimento verde de 17 de agosto de 2015, uma estratégia nacional de mobilização de biomassa foi lançada em 2016-2017, que deve ser implantado em cada região, com o Estado, por um esquema de biomassa regional (SRB), em particular para ajudar a aumentar a participação das energias renováveis e recuperadas no consumo final de energia para 32% .
A energia da biomassa é renovável e sustentável apenas sob certas condições:
Nessas condições, apresenta vantagens para o desenvolvimento local (por exemplo: empregos que não podem ser realocados para usos em setores locais, valorização local de resíduos, etc. ).
Mas também pode ser poluente (CO, vapores , alcatrões ) se usado incorretamente ou se a biomassa usada estiver poluída por metais pesados , metalóides tóxicos, radionuclídeos , etc. (sabendo que os recursos fósseis, em particular os profundos, também são naturalmente contaminados por metais ( mercúrio em particular) e radionuclídeos, muitas vezes mais do que madeira). A energia da biomassa é, em particular, a principal fonte de poluição do ar por partículas finas na França. A produção de madeira também pode competir com outras atividades pelo uso de recursos (terras aráveis, água, etc. ).
Como no caso dos recursos fósseis , é uma forma de armazenamento de energia solar via carbono , oriunda do CO 2.capturado por plantas ou fitoplâncton .
Na queima, ele libera este CO 2, como carvão, gás ou óleo, mas com uma diferença importante: esse carbono foi recentemente extraído da atmosfera via fotossíntese e pode - teoricamente - ser retomado pelas plantas, enquanto esse processo já ocorreu há milhões de anos para o fóssil combustíveis. No entanto, as plantas e algas marinhas não são mais suficientes para absorver o carbono dos hidrocarbonetos fósseis. Em termos absolutos, o balanço quantitativo de CO 2de uma instalação é zero quando toda a energia que teve de ser gasta para extrair combustível da biomassa também vem da biomassa. Nas condições industriais estabelecidas, é possível utilizar biomassa para o funcionamento da instalação, com o cuidado de não liberar outros gases de efeito estufa, como o metano (CH 4) em particular, que tem uma potência de aquecimento aproximadamente 21 vezes maior do que CO 2no curto prazo, mas que desaparece mais rápido que este. Um vazamento significativo em uma instalação de digestão anaeróbia tornaria seu balanço de GEE muito negativo.
Quatro pesquisadores americanos do National Center for Atmospheric Research e da Max-Planck Society , lembraram em 1979 na revista Nature que a combustão da biomassa raramente é neutra: é uma importante fonte de CO 2., e outros gases poluentes (mais ou menos dependendo da quantidade e tipo de biomassa, e dependendo do tipo de combustão): CO, N 2 O, NÃO, CH 3 Cl e COS.
O cultivo e a queima de uma quantidade excessiva de biomassa podem afetar a biodiversidade, as emissões de gases de efeito estufa e a camada de ozônio, além de emitir muitos outros poluentes potenciais se a madeira ou a biomassa queimada forem poluídas, por exemplo, por sal, pesticidas, metais ou metalóides. A queima de biomassa (ou o biogás ou biocombustível extraído dela) pode “contribuir muito para os orçamentos de vários gases importantes na química atmosférica. Em muitos casos, a emissão é comparável à fonte tecnológica. A maioria dos incêndios ocorre nos trópicos durante a estação seca e são causados por atividades humanas ” .
Foi através do fogo que o Homem usou pela primeira vez a energia da biomassa, para cozinhar e aquecer ou para iluminar (tocha, lamparina), por várias dezenas de milhares de anos.
Desde o XVIII th século, os motores a vapor e dirigíveis são alimentados por lenha. No final do XIX ° século, Rudolf Diesel , engenheiro térmico, projetou uma potência do motor de óleo vegetal (não o óleo ) para substituir o motor a vapor.
As crises recentes reavivaram o interesse pela biomassa; de gaseificadores gaseificando madeira equiparam muitos veículos quando o petróleo rompeu durante as duas guerras mundiais . As duas últimas grandes crises do petróleo reavivaram o uso de lenha , até mesmo turfa (na Irlanda, por exemplo). Desde a Cúpula da Terra do Rio , o objetivo do desenvolvimento sustentável, depois com Kyoto o de combate às mudanças climáticas, manteve ou renovou esse interesse. Em 2015, segundo a FAO, 53% da madeira cortada no mundo foi para aquecimento e cozimento. Mais detalhadamente, essa taxa foi de 8% na América do Norte, 21% na Europa, 53% na América do Sul, 77% na Ásia e 90% na África.
A biomassa é às vezes usada em “co-combustão” (por exemplo: resíduos de usinas de óleo misturados com carvão betuminoso).
Prospectivo : O INRA anunciou em outubro de 2014 que havia desenvolvido e patenteado um “processo seco” para preparação por fracionamento de biomassa lignocelulósica, como palha de trigo e palha de arroz . O material é finamente triturado e depois uma triagem eletrostática o prepara para torná-lo mais acessível às enzimas ou para valorizá-lo na forma de lignina-hemicelulose e / ou minerais. O método é aplicável a madeira / lenhosos e subprodutos agrícolas, culturas lignocelulósicas dedicadas, que podem ser usadas para produzir agrocombustíveis, moléculas de base biológica e materiais. Esta invenção foi apresentada em duas revistas científicas e técnicas ( Biotechnology for Biofuels e Green Chemistry ). Este método pode reduzir pré-tratamentos químicos poluentes, consumidores de água e geradores de efluentes. No entanto, a exportação dessas palhas priva o solo agrícola de proteção natural e fonte de carbono.
Existem três principais, aos quais correspondem processos de recuperação específicos:
Biomassa lignocelulósica, celulose e lignina , é composta por:
A recuperação é feita pelo processo a seco, denominado conversões termoquímicas .
Biomassa de carboidratos , rica em substância de carboidratos facilmente hidrolisável :
A avaliação é feita mais por fermentação ou por destilação conhecida como conversões biológicas .
Biomassa de sementes oleaginosas , rica em lipídios :
Pode ser usado como combustível . Existem duas famílias de biocombustíveis : ésteres de óleos vegetais ( colza ) e etanol , produzido a partir do trigo e da beterraba, que podem ser incorporados ao super sem chumbo na forma de éter etil-terc-butílico ( ETBE , ver bioetanol ).
A energia química da madeira é liberada por combustão na forma de calor, que é utilizado para aquecimento ou geração de eletricidade . A lenha é usada em grande escala. A pirólise e gaseificação são raras, e a carbonização hidrotérmica é mais. A celulose da planta fornece uma matéria-prima que pode produzir cogeração simultaneamente de calor e eletricidade.
Outra bioenergia vem diretamente de resíduos orgânicos, por exemplo, com resíduos usados em fábricas de cimento como combustíveis sólidos alternativos (CSS) para economizar petróleo.
Ameaças e desvantagensVárias soluções para evitar a combustão direta são:
Chamamos de biogás os efluentes gasosos, principalmente o metano , resultantes da fermentação da matéria orgânica contida em aterros , estações de purificação de água ou digestores construídos para esse fim. O metano é um poderoso gás com efeito de estufa e sua captura é altamente desejável de qualquer forma. Pode ser visto como um recurso energético, muitas vezes por meio de sua combustão para produzir vapor e eletricidade ; seu uso direto em motores a gás pobre também pode ser considerado. O biogás é um gás combustível, composto em média por metano (CH 4) a 60% e CO 2 em 40%.
Existem duas famílias de biocombustíveis:
Avaliar diferentes formas de recuperação requer a comparação de usos, o que significa configurar métodos de avaliação e rastreamento de setores integrados .
A implementação da rastreabilidade na indústria de alimentos está sujeita a regulamentações (particularmente na União Europeia ). É incentivado por padrões (ISO 22000).
A rastreabilidade também permite reduzir riscos e, portanto, custos indiretos para a comunidade.
O valor da tonelada de carbono em 2006 é da ordem de 100 euros. O valor de mercado de uma tonelada de CO 2 equivalenteé muito volátil: depende (entre outros) do preço do petróleo, das decisões políticas de Bruxelas (número de cotas, política energética de longo prazo da UE) e da especulação. Em 13 de março de 2008, a tonelada de CO 2 equivalentevalia 22 euros. Em 2014 valia cerca de 5 euros.
Veja: Pegada de carbono
Para tornar essas avaliações mais confiáveis, é desejável:
Em todo o mundo, muitos programas apóiam ou têm apoiado setores de energia de biomassa.
Na Europa, a UE, para limitar as mudanças climáticas, promoveu a biomassa como fonte de energia renovável. A Diretiva de Energia Renovável (2009) exige que os Estados Membros que pelo menos 20% do seu consumo total de energia seja de fontes renováveis, antes de 2020. Desde 2009, os fundos europeus destinados à energia de biomassa mais que dobraram (de 1,6 bilhões de euros para 2007-2013 para 3,4 bilhões para 2014-2020. Este crescimento, observa o Tribunal de Contas Europeu (em 2018), pode levar a um aumento nas taxas de certos poluentes da Agência Europeia do Ambiente também observou que as políticas climáticas podem contradizer as que defendem qualidade do ar, se a biomassa for queimada em instalações que poluem o ar, com efeitos adversos.
Na França, um plano de biocombustíveis apoia os agrocombustíveis desde 2000-2010 (biodiesel + bioetanol, especialmente à base de colza, girassol, beterraba e cereais) e a indústria madeireira. Biocombustível de segunda geração e biocombustível 3 e geração lutando porém ainda apagado: seco (termoquímico BTL) ou úmido (etanol). Uma estratégia nacional de mobilização de biomassa (publicada em 26 de fevereiro de 2018) visa aumentar a quantidade de biomassa coletada, enquanto gera o mínimo possível de efeitos colaterais negativos sobre a biodiversidade, paisagens e outros setores dependentes do mesmo recurso.