Les possibilités en matière de bioénergie au Canada : enseignements tirés de la conférence BIOCAP 2006

Par Karen Mousseau

Présenté au Réseau canadien de forêts modèles et au Service canadien des forêts

Mars 2007

Résumé

Les technologies bioénergétiques sont toujours moins rentables que l’énergie produite à partir de combustibles fossiles. Cependant, grâce à l’amélioration et à l’innovation, la bioénergie a le potentiel de devenir, à long terme, un atout pour les secteurs énergétique et forestier. L’objectif premier du présent rapport est d’informer les forêts modèles des possibilités qui existent en bioénergie pour les collectivités forestières, des technologies potentielles qui pointent à l’horizon, et de voir quel rôle pourraient jouer les forêts modèles. Un second objectif consiste à déterminer les répercussions que pourrait avoir la bioénergie sur le Programme des collectivités forestières. Parmi les principales sources de bioénergies : la récolte d’arbres entiers, les perturbations catastrophiques, la récolte de la biomasse agricole, le fumier (de poulet, p. ex.) et les déchets ménagers. L’efficacité et la facilité d’utilisation de ces sources bioénergétiques dans une collectivité donnée dépendront de divers facteurs : l’infrastructure en place, les ressources disponibles dans la région, les facteurs limitatifs (comme l’eau) et le processus par lequel la bioénergie est produite. Le facteur limitatif principal de l’utilisation des sources bioénergétiques est le coût de transport de l’énergie, même si de nombreuses sources ont des répercussions environnementales et sociales importantes. Deux technologies portables en sont aux derniers stades du développement et pourraient résoudre les problèmes de transport. Étant donné la diversité des intervenants, les forêts modèles sont en excellente position pour procéder à des analyses du cycle de vie de manière à déterminer la rentabilité globale des initiatives en matière de bioénergie. En ce qui a trait au PCF, la mise au point et l’amélioration des options et des technologies bioénergétiques répondent aux objectifs de ce programme. Il est recommandé d’entamer des discussions qui mèneront à la création d’une initiative stratégique en matière de bioénergie.

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Table des matières Résumé.........................................................……….........................………..…...... 1 Table des matières..........................................................................................…... 2 Contexte...........................................................................................………............ 3 Objectif........................................…....................................................………......... 3 Possibilités.................................................................................................…...….. 4-7

Discussion......................................................................................................….... 7-8 Conclusions et recommandations..........................................................……..... 9 Références.....................................................................................................……. 10-12

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Contexte L’utilisation de la biomasse forestière n’est pas un concept nouveau. La biomasse fournit de l’énergie aux collectivités forestières depuis des milliers d’années. Traditionnellement, la biomasse était brûlée directement pour produire de l’énergie. Même si la combustion directe est toujours utilisée, il existe des moyens beaucoup plus efficaces de produire de l’énergie à partir de la biomasse, et le processus employé est constamment amélioré. Aujourd’hui, le recours à la biomasse permet de répondre à environ 6 % des besoins énergétiques du Canada (BIOCAP et Pollution Probe, 2004). L’une des raisons pour lesquelles les technologies bioénergétiques n’occupent pas une plus grande part du marché énergétique est qu’elles demeurent plus chères à produire que les combustibles fossiles avec les méthodes comptables traditionnelles (Stennes et McBeath, 2006). En apportant des améliorations, la bioénergie a le potentiel de répondre à une plus grande proportion des besoins énergétiques en Amérique du Nord, particulièrement à long terme (Wright, 2006a). L’ampleur de ce potentiel est sujette à débat. Le développement et l’avancement de telles formes d’énergies parallèles dépendent de trois principaux éléments : la montée actuelle des prix des carburants, la diminution de l’assurance des réserves de produits pétrochimiques (Layzell, 2006) et la demande croissante d’énergie à la grandeur du pays. L’amélioration et le développement de nouvelles sources bioénergétiques pourraient aussi aider l’industrie forestière canadienne. Les tensions exercées sur l’industrie forestière canadienne, illustrées par les fermetures d’usines et les pertes d’emplois, sont causées par la nature du développement forestier au Canada. Grâce à l’immensité de ses forêts, le Canada a toujours eu un « avantage vert » sur les autres pays en raison du niveau très élevé de couverture forestière par habitant (Layzell, 2006). Cette immensité a permis à l’industrie forestière d’amasser une source riche et bon marché de fibres de bonne qualité. Les nouvelles technologies ont éliminé cet avantage, car des fibres de haute qualité peuvent être tirées de sources de qualité inférieure (Munro, 2006). Afin de s’adapter à cette situation, le Canada doit faire des utilisations novatrices des ressources forestières, par exemple en utilisant des produits à valeur ajoutée et en recourant aux bioénergies. Cette situation pourrait résulter en une augmentation des investissements dans l’industrie forestière canadienne et permettre la percée de produits plus concurrentiels sur le marché international (Kingsbury, 2006). Le développement et l’amélioration des options en matière de bioénergie pourraient potentiellement contribuer de manière importante à l’atténuation des crises énergétiques et forestières au Canada. La réputation du Canada en tant que meneur mondial dans la gestion des ressources naturelles pourrait aussi en être rehaussée. Objectif L’objectif premier du présent rapport est d’informer les forêts modèles des possibilités qui existent en bioénergie pour les collectivités forestières, des technologies potentielles qui pointent à l’horizon, et de voir quel rôle pourraient jouer les forêts modèles. Un second objectif consiste à

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déterminer les répercussions que pourrait avoir la bioénergie sur le Programme des collectivités forestières. Les possibilités examinées sont fondées sur la conférence BIOPAC d’octobre 2006, Vers une bioéconomie durable : solutions biosphériques pour l’énergie et l’environnement. Possibilités Il existe beaucoup de possibilités pour les collectivités de participer à la récolte d’énergie provenant de ressources biologiques. Le tableau 1 fait un résumé des principales sources bioénergétiques existantes, des principaux risques et avantages de chacune et des produits qui en résultent. Tableau 1 : Sommaire des sources bioénergétiques et de leurs caractéristiques

Source d’énergie Exemples Avantages Risques Produits

Récolte d’arbres entiers (arbres provenant d’éclaircies commerciales ou de coupes annuelles autorisées)

Saules (Salix species) Peupliers (Populus species)

- Périodes de rotation courtes et rendements très élevés (Wright, 2006b) - Production de rejets à effectuer rigoureusement après chaque récolte (Volk, 2006). - Résidus pouvant être utilisés pour augmenter les rendements (phytoremédiation) (Mirck et coll. , 2005, Coleman et Stantur, 2004) - Espèces de peupliers pouvant être plantées sur des terres à usage multiple (p. ex. agroforesterie) (Wright 2006, Londo et coll. 2004)

- Possibilité de pertes importantes d’éléments nutritifs (Gambourg, 1998 et Pueppke. 2006). - Nécessite d’énormes ressources terrestres (Cook et Beyea, 1998) - Utilisation de territoires potentiellement importants pour l’habitat faunique (Gambourg 1998) - Espèces utilisées pour la plantation pouvant devenir envahissantes (Gambourg, 1998). - Problèmes possibles liés à l’eau (p. ex., l’écoulement fluvial) (Pueppke, 2006). - Coûts de transport d’énergie pouvant être élevés selon l’endroit où se trouve la technologie de conversion et les consommateurs d’énergie (Smith, 2006) - Biomasse humide pouvant créer de grandes pertes d’énergie en raison de la nécessité de retirer l’humidité avant de pouvoir brûler la biomasse (BIOCAP et Pollution Probe, 2004)

Chaleur et force Éthanol Granules de bois Bio-huiles et gaz de synthèse

Perturbation catastrophique

Dendroctone du pin ponderosa

- Conjoncture peut-être favorable, car 80 % du pin commercialisable sera mort d’ici 2013 (Larson, 2006)

- Possibilités de pertes importantes d’éléments nutritifs (Gambourg, 1998 et Pueppke. 2006).

Chaleur et électricité Éthanol

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- Utilisation rapide du bois et de la bioénergie peut être l’une des solutions (Munro, 2006) - Retirer le « carburant » du territoire diminuerait les risques d’incendie (sujet de discorde)

- Coûts de transport de l’énergie élevés (Smith 2006) - Biomasse humide pouvant créer de grandes pertes d’énergie en raison du besoin de retirer l’humidité avant de pouvoir brûler la biomasse (BIOCAP et Pollution Probe, 2004) - Bâtir une industrie en fonction du bois disponible comporterait des risques et ne serait pas durable à long terme (Vasbinder, communication personnelle, 2007)

Granules de bois Bio-huiles et gaz de synthèse

Récolte de la biomasse agricole

Panic raide Soja (Wright 2006) Maïs

- Panic raide : potentiel le plus élevé pour les opérations à grande échelle (Wright, 2006) - Rentabilité démontrée localement dans certaines conditions (McLaughlin et Kszos, 2005; Malca et Freire, 2006)

- Perturbation du paysage (le panic raide peut atteindre une taille de 10 pieds) (Pueppke, 2006) - Pertes de sédiments et de nutriments des sols dans les eaux de ruissellement (Nyakatawa et coll. 2006) - Problèmes possibles liés à l’eau (Pueppke, 2006)

Chaleur et électricité Éthanol Granules de bois Bio-huiles et gaz de synthèse

Résidus Résidus forestiers Résidus agricoles

- Coûts énergétiques plus bas - Efficacité énergétique accrue - Déjà utilisés - Recyclage possible des déchets - Coûts de transport bas si utilisés sur place

- Infrastructure nécessaire pour application à grande échelle - Coûts de transport de l’énergie

Chaleur et électricité Éthanol Granules de bois Bio-huiles et gaz de synthèse

Fumier Poulet Bovin

- Approvisionnement disponible - Permet le recyclage de déchets

- Doit être effectué à grande échelle pour être rentable - Technologies de séparation et de purification nécessitent davantage de recherche et de développement (Berg 2006)

Biogaz

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Déchets ménagers

- Grand approvisionnement disponible - Recyclage possible des déchets - Déjà utilisé dans de nombreuses municipalités (BIOCAP et Pollution Probe 2004)

- Émissions pouvant être dommageables pour l’environnement - Technologies de séparation et de purification nécessitent davantage de recherche et de développement (Berg 2006)

Biogaz

Il existe plusieurs façons de produire des carburants et de l’énergie à partir de ressources biologiques : 1) La combustion directe est traditionnellement la méthode la plus employée. Elle est utilisée principalement pour produire de la chaleur. Elle consiste à brûler du bois, des copeaux de bois, des particules de biomasse, des granules ou des bûches faites de marc de café (BIOCAP et Pollution Probe, 2004). Le processus est simple. On brûle la matière organique séchée pour faire bouillir de l’eau et la vapeur produite fait tourner une turbine qui produit de l’électricité. Ce processus produit de la chaleur et de l’électricité (idem). 2) La pyrolyse est un processus utilisé pour transformer la matière organique en bio-huile (Berg, 2006). Elle consiste à chauffer la biomasse dans un réservoir exempt d’oxygène. Le gaz produit par la chaleur est ensuite rapidement refroidi pour se transformer en liquide qui est ensuite brûlé pour produire de l’énergie ou utilisé pour fabriquer des produits chimiques (p. ex., des bio-huiles) qui peuvent remplacer les produits pétrochimiques (BIOCAP et Pollution Probe 2004). 3) La gazéification est un processus comparable à la pyrolyse, sauf que de l’oxygène est introduit lorsque la biomasse est chauffée. On obtient ainsi un « gaz de synthèse » dont la combustion produit moins d’émissions polluantes que les combustibles fossiles. Ce gaz peut être utilisé comme un substitut au gaz naturel pour générer de l’électricité ou comme matière première pour fabriquer des produits chimiques (p. ex., de l’ammoniac) et des combustibles liquides (p. ex., du méthanol) (idem). 4) La fermentation est la conversion du sucre de la plante en éthanol. Ce carburant brûle rapidement et proprement et peut-être utilisé comme carburant renouvelable pour les véhicules (idem). 5) La digestion anaérobique est la dégradation de la matière biologique par les bactéries en l’absence d’oxygène. Ce processus produit du biogaz, qui peut être utilisé pour alimenter des turbines à gaz et produire de l’énergie électrique (idem). 6) La densification est l’un des processus de fabrication des granules. La biomasse solide est d’abord séchée, puis broyée en fines particules et enfin pressée dans un moule en métal. Ce processus diminue les coûts de transport (idem).

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Les technologies liées à ces processus sont constamment améliorées. Le principal problème est que les bioénergies ne sont pas toujours rentables, surtout en comparaison des combustibles fossiles (Stennes et McBeath, 2006). La perte d’énergie au moment du transport est le facteur limitatif le plus important. C’est la raison principale pour laquelle une application à grande échelle n’a pas été possible jusqu’à présent. Cependant, des efforts sont faits actuellement pour diminuer les coûts globaux énergétique et financiers de la production d’énergie à partir de la biomasse en développant de nouvelles technologies (Layzell, 2006). Il faut souligner que deux nouveaux produits sont en cours d’élaboration par Advanced Biorefinery Inc. qui pourraient potentiellement résoudre l’épineux problème de la perte d’énergie au moment de son transport (Fransham, 2006). Il s’agit de deux technologies de pyrolyse mobile. La première technologie est une petite machine qui peut traiter une tonne de fumier par jour. Des recherches sont toujours en cours sur la façon de séparer les produits chimiques à haute valeur ajoutée, et la conception définitive de l’appareil n’est pas encore au point. La deuxième technologie est un appareil de pyrolyse mobile, mais à plus grande échelle. Cet appareil peut traiter jusqu’à 50 tonnes de matière végétale par jour. Ce produit pourrait être utilisé pour traiter la matière sur place et pourrait être particulièrement intéressant dans le cas du bois touché par le dendroctone du pin ponderosa. Malheureusement, le produit « portatif » ne peut être transporté facilement d’un site à l’autre, car son assemblage et son démontage nécessite l’utilisation d’une grue. Les essais opérationnels à l’échelle débuteront en 2008 (idem). Malgré ces deux technologies, le carburant produit devrait tout de même être transporté, à moins qu’il soit utilisé sur place. Discussion Il est clair qu’il existe un grand nombre de sources de biomasse que les forêts modèles pourraient utiliser pour fabriquer de la bioénergie. Ces sources peuvent être divisées grossièrement en trois catégories :

1) La première se compose de résidus, comme les déchets ménagers, le fumier et les résidus forestiers et agricoles. Ces sources sont déjà largement disponibles dans les collectivités forestières et agricoles et, dans plusieurs cas, sont déjà transformées en formes d’énergie utilisables. La rentabilité de l’utilisation des déchets ménagers dépend encore largement des technologies de purification. Cependant, on les applique déjà utilisés dans plusieurs collectivités (BIOCAP et Pollution Probe, 2004). Il faudra les perfectionner davantage avant qu’une application à grande échelle soit possible. Dans le cas du fumier, le principal facteur limitatif est qu’il faut en avoir des quantités importantes pour que l’opération soit rentable. Les technologies à petite échelle éprouvées et efficaces, comme la technologie de pyrolyse rapide, mobile et de petite taille, réduirait en grande partie les coûts de transport et permettrait d’en faire une plus grande utilisation.

Pour ce qui est des résidus forestiers, ils répondent déjà de manière importante aux besoins énergétiques de l’industrie forestière (CCRD, 1977, Zundel et coll. 1998). L’utilisation des résidus forestiers est actuellement rentable lorsque les technologies de conversion se trouvent sur le site, et c’est souvent le cas lorsqu’ils sont utilisés à proximité des usines de traitement des produits forestiers. Malgré ses limites, cette source a toujours le potentiel de contribuer de manière importante à la durabilité et au succès des

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petites collectivités. Par exemple, la nation crie Oujé Bougomou a installé un système de chauffage de district fondé sur l’utilisation de la biomasse à l’échelle de toute la collectivité. Tous les immeubles locatifs, institutionnels et commerciaux sont chauffés par ce système qui utilise des déchets de bois provenant d’une petite scierie située à 26 km du village. La collectivité a retiré de nombreux avantages de cette façon de faire : diminution de la consommation d’énergie, contrôle des coûts de chauffage, internalisation des dollars énergétiques, création d’emplois locaux et autosuffisance énergétique de la collectivité (Shecapio-Blacksmith, 1998).

2) La deuxième grande catégorie de sources énergétiques de biomasse concerne la récolte de

cultures produites uniquement à cette fin, par exemple le saule ou le panic raide. Il existe de nombreuses répercussions limitatrices environnementales et sociales dont il faut absolument tenir compte avant d’entreprendre toute opération. Par exemple, la croissance intensive de plantes nécessite de l’eau, et les régions chaudes qui sont favorables à la croissance ont tendance à être les plus arides (Pomeroy 2006). Par conséquent, il faut tenir compte des ressources hydriques. Néanmoins, c’est cette option qui possède le plus grand potentiel d’application à grande échelle en foresterie (Wright, 2006).

3) La dernière catégorie importante des sources énergétiques provenant de la biomasse est

celle des perturbations catastrophiques. Le bois provenant d’arbres attaqués par le dendroctone du pin ponderosa constitue un bon exemple d’une situation actuelle. Le principal défi que présente cette source est qu’elle est répandue à la grandeur de la Colombie-Britannique; par conséquent, les coûts de transport pourraient être très élevés. Les technologies mobiles sont en développement, mais elles ne sont pas encore prêtes à être appliquées à grande échelle. Il faut procéder à davantage de recherche et de développement sur les technologies mobiles et d’autres solutions. De plus, cette source est non durable et sa disponibilité est imprévisible.

L’efficacité et la facilité d’utilisation de ces sources bioénergétiques dans une collectivité donnée dépendront de divers facteurs : la population et l’infrastructure en place, les ressources disponibles dans la région, les facteurs limitatifs (p. ex., l’eau) et le processus par lequel la bioénergie est produite. Sur une base individuelle, les collectivités devraient établir leurs investissements en biotechnologie en fonction des ressources locales disponibles. Même si de nombreuses études ont démontré la rentabilité des applications à grande échelle de plusieurs technologies bioénergétiques, il semble qu’une certaine controverse règne quant à la rentabilité du produit sur l’ensemble de son cycle de vie (c.-à-d. de la récolte à l’utilisation, en passant par la conversion). L’utilisation de l’approche cycle de vie pour déterminer la rentabilité des options bioénergétiques permettrait aussi d’évaluer pleinement les avantages et les risques environnementaux. Il est rare que la récolte, le traitement et l’utilisation d’une ressource se fassent par un seul intervenant, ce qui rend très difficile l’utilisation de l’approche cycle de vie. Pour qu’une initiative dans le domaine de la bioénergie fonctionne, il est essentiel qu’il y ait une coopération entre divers secteurs (Munro 2006, Coleman et Stanturf 2006). Étant donné que la coopération intersectorielle est l’un des facteurs déterminants des forêts modèles, celles-ci sont dans une position idéale pour examiner les possibilités en matière de bioénergie par l’approche cycle de vie.

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Conclusions et recommandations Bien que l’énergie provenant des technologies bioénergétiques coûte pour le moment plus cher à produire que celle tirée des combustibles fossiles (Stennes et McBeath 2006), à long terme, ces technologies ont le potentiel de contribuer à répondre à nos besoins futurs en énergie et de diminuer les défis auxquels les secteurs énergétique et forestier font face au Canada. Avant que cela ne se réalise, nous devons concentrer nos efforts de recherche dans plusieurs domaines :

• risques et avantages environnementaux • technologies de séparation et de purification • mise à l’essai et amélioration de technologies à petite échelle • mise à l’essai de technologies mobiles • diminution des coûts de transport • application et développement des marchés • analyse du cycle de vie

Étant donné leur nature et leurs divers partenariats, les forêts modèles sont en excellente position pour procéder à des analyses du cycle de vie de manière à déterminer la rentabilité globale des initiatives en matière de bioénergie. Les analyses du cycle de vie pourraient permettre aux forêts modèles de démontrer leur force et de contribuer de façon significative à l’avancement des possibilités en matière de bioénergie au Canada. En ce qui a trait au PCF, le développement et l’amélioration des options et des technologies bioénergétiques répondent aux objectifs de ce programme. On recommande d’entamer des discussions qui mèneront à la création d’une initiative stratégique en matière de bioénergie.

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