Rapport CAS Technologies competitives - D'Dline 2020

Conversion de la biomasse en chaleur ou en électricité
−
−
−
−
l’électricité. Le rendement thermique d’une chaudière au bois est d’environ 85 %.
Le rendement électrique est d’environ 25 % ;
la cocuisson consiste à brûler la biomasse avec du charbon dans des chaudières
de centrales traditionnelles. Elle permet de convertir la biomasse en électricité
avec un rendement oscillant entre 33 % et 37 % ;
la pyrolyse utilise traditionnellement des températures de 300 °C à 600 °C et
produit du charbon de bois. Celui-ci a un pouvoir calorifique inférieur (PCI) élevé
mais il ne contient que 30 % à 50 % de l’énergie initiale du bois. Les procédés
plus modernes utilisent des températures plus élevées et permettent de récupérer
l’énergie des produits volatils. La pyrolyse rapide à haute température (de 800 °C à
900 °C), par exemple, transforme 10 % de l’énergie contenue dans le bois utilisé
en combustible solide et 60 % en combustible gazeux de bonne qualité (gaz de
synthèse riche en hydrogène et en monoxyde de carbone) 1 ;
la gazéification chauffe la biomasse solide à des températures élevées dans un
environnement dépourvu d’oxygène afin de produire un gaz combustible (ou gaz
de synthèse). Il existe essentiellement deux types de gazéifieurs biomasse : les lits
fixes (contrecourant, co-courant) et les lits fluidisés (dense, circulant et entraîné). Le
gaz de synthèse peut être valorisé en électricité dans une installation de cogénération
(turbine à gaz, turbine à cycles combinés ou moteur à combustion interne) ;
la cogénération récupère l’énergie thermique perdue d’ordinaire lors de la
production d’énergie électrique, et met à disposition de la chaleur et de l’électricité
avec un rendement global nettement plus élevé que celui résultant de filières
séparées 2 . Les technologies de cogénération sont diverses : turbine à vapeur,
turbine à gaz, cycles combinés, moteur à combustion interne. L’usage de la
biomasse peut être direct (combustion ou co-combustion) ou nécessiter une étape
préalable de traitement (liquéfaction directe, pyrolyse rapide ou gazéification). Un
cogénérateur peut être installé aussi bien dans le résidentiel individuel et collectif
que dans le tertiaire et l’industrie, ou intégré à un réseau de chaleur.
La valorisation chaleur/électricité de la biomasse peut également se faire par voie
biochimique. La méthanisation, ou digestion anaérobie, de la biomasse produit en
effet un gaz combustible appelé biogaz. Celui-ci est composé d’environ 50 % à 70 %
de méthane (CH 4
), de 20 % à 50 % de gaz carbonique (CO 2
) et de quelques gaz traces
et impuretés (NH 3
, N 2
, H 2
S). Il peut être utilisé en tant que combustible pour la
production de chaleur et/ou d’électricité dans une installation de cogénération ou être
injecté dans le réseau de gaz naturel. Il peut aussi être valorisé en carburant (gaz
naturel véhicule ou GNV, voir le chapitre suivant) ou être converti en hydrogène dans
une unité de vaporeformage de méthane (Steam Methane Reformer ou SMR). Pour
l’une ou l’autre de ces utilisations, le biogaz doit être épuré pour respecter les
prescriptions techniques des opérateurs 3 . L’épuration consiste à éliminer non
seulement les éléments traces comme la vapeur d’eau, l’hydrogène sulfuré, les
composés halogénés, mais aussi le gaz carbonique, afin d’enrichir la concentration de
méthane. Divers modes de traitement sont possibles. Les plus courants sont
(1) DGEC (2011). L’industrie des énergies décarbonées en 2010, 189 p.
(2) Le rendement des unités de cogénérations varie entre 65 % et 90 % selon les technologies
considérées. Source : MEDDTL (2010), op. cit.
(3) Pour les opérateurs du réseau de gaz naturel ; le gaz « H », distribué sur la majeure partie du
territoire français, doit posséder un PCS supérieur à 10,7 kWh/m 3 , ce qui implique d’épurer le
biogaz afin d’obtenir au moins 96,5 % de méthane.
Centre d’analyse stratégique - 143 - Août 2012
www.strategie.gouv.fr