La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec

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1 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec Présenté au Ministère des Affaires municipales et des Régions (MAMR) Gouvernement du Québec par le Centre d expertise sur les produits agroforestiers (CEPAF) Mai 2007

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3 Cette étude a été rendue possible grâce à un financement du ministère des Affaires municipales et des Régions (MAMR) et a été réalisée par le Centre d expertise sur les produits agroforestiers (CEPAF). Les auteurs de l étude sont : Luce Bergeron, Guy Langlais, Frédéric Lebel et André Vézina. Les auteurs désirent souligner la contribution des collaborateurs suivants à la réalisation de cette étude : Nathan De Baets, Hervé Bernier, Jean-Pierre Dion, Marthe Grenier, Christian Rivest et Maxim Tardif. De nombreuses personnes ont généreusement répondu à diverses questions au cours de cette étude. Les auteurs et les collaborateurs les remercient chaleureusement. Pour de plus amples renseignements sur cette étude, veuillez communiquer avec : Ministère des Affaires municipales et des Régions (MAMR) Aile Chauveau, 1er étage 10, rue Pierre-Olivier-Chauveau Québec (Québec) G1R 4J3 Téléphone : (418) Télécopieur : (418) Internet : communications@mamr.gouv.qc.ca Centre d expertise sur les produits agroforestiers (CEPAF) 235, route 230 Ouest La Pocatière (Québec) G0R 1Z0 Téléphone : (418) Télécopieur : (418) Courriel : info@cepaf.ca Internet :

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5 Résumé L augmentation du prix des carburants fossiles et la nécessité de réduire l émission des gaz à effet de serre (GES) expliquent le développement accéléré des biocarburants dans le monde industrialisé. Une foule de technologies utilisant les biomasses forestières, agricoles, municipales et industrielles sont au point ou le seront dans un avenir rapproché. La méthanisation, la combustion, la densification, la fermentation enzymatique, l estérification, la pyrolyse et la gazéification constituent autant de procédés de transformation de la biomasse en énergie. En plus de fournir de l énergie, plusieurs de ces technologies pourraient procurer des avantages socioéconomiques et environnementaux aux communautés rurales du Québec. La production de biocarburants peut être envisagée comme une opportunité de diversification des activités économiques basée sur la valorisation des ressources locales. Plusieurs facteurs influencent le choix d une activité de production de biocarburants, notamment les volumes et les propriétés de la biomasse, les technologies de transformation adaptées, les ressources humaines et financières, les besoins de la communauté et les retombées socioéconomiques et environnementales. Peu importe la technologie de transformation qu une communauté choisira, il est essentiel de disposer d une quantité de biomasse abondante et assurée à long terme. Pour les intervenants locaux, le choix d une technologie peut être difficile, compte tenu de la variété et de la complexité des solutions proposées. C est pourquoi une démarche globale impliquant la conception d un outil d aide à la décision, la diffusion d informations et la mise en place de projets pilotes devrait faciliter la prise en charge de projets par le milieu. Enfin, compte tenu des investissements et des risques importants associés à la mise en œuvre de technologies nouvelles, il est important que les gouvernements supportent par des incitatifs variés le développement de la filière bioénergétique.

6 Table des matières Introduction... 1 Section 1 : Les biocarburants gazeux intermédiaires La méthanisation à la ferme Exemples d application Les bioréacteurs centralisés La méthanisation centralisée Les gaz de biosynthèse La gazéification sur lit fluidisé (technologie d Enerkem Technologies inc.) La gazéification au plasma (technologie de Plasco Energy Group) La gazéification et la synthèse Fischer-Tropsch (technologie de Choren Industries) Section 2 : La biocombustion La combustion directe La cogénération La biomasse densifiée à partir de matières ligneuses La biomasse condensée à partir de cultures énergétiques Section 3 : Les biocarburants liquides Le biodiésel Le bioéthanol Section 4 : Les biocarburants liquides de deuxième génération L éthanol cellulosique (paille) L éthanol cellulosique (bois) La biohuile Section 5 : Synthèse des procédés de transformation de la biomasse Section 6 : Comparaisons entre les différents types de biocarburants Section 7 : La récupération de biomasse Section 8 : La production de biomasse Les graminées géantes Les arbres à croissance rapide sur courte rotation Les cultures oléagineuses Les cultures sucrières et amylacées Section 9 : Facteurs clés favorisant l émergence des biocarburants Facteurs économiques Le prix de l énergie L approvisionnement en biomasse Le prix de la biomasse Les coûts de production La valorisation des coproduits Les facteurs politiques Facteurs sociaux et environnementaux Section 10 : Recommandations pour le milieu rural Les opportunités de développement selon les milieux La biomasse forestière La biomasse agricole Les milieux municipaux ou industriels La mise en place d une démarche Développement d un outil d aide à la décision Programme de sensibilisation et de formation ii La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

7 Mise en place de projets pilotes Réseau de veille technologique et financière Conclusion ANNEXE 1 : Procédés de méthanisation à la ferme ANNEXE 2 : Procédé de gazéification sur lit fluidisé (Enerkem) ANNEXE 3 : Procédé de combustion directe ANNEXE 4 : Procédé de cogénération ANNEXE 5 : Procédé de densification à partir de matières ligneuses (bûches et granules) ANNEXE 6 : Procédé de transestérification (biodiésel) ANNEXE 7 : Procédé de fermentation enzymatique (bioéthanol) ANNEXE 8 : Procédé d hydrolyse enzymatique (paille) ANNEXE 9 : Procédé d hydrolyse enzymatique (bois) ANNEXE 10 : Procédé de pyrolyse (biohuile) Références bibliographiques CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec iii

8 Liste des tableaux Tableau 1 : Les biocarburants gazeux fabriqués à partir de matières résiduelles... 3 Tableau 2 : Vitrines technologiques au Québec... 6 Tableau 3 : Potentiel d implantation de bioréacteurs sur les fermes au Québec... 8 Tableau 4 : Liste des unités de méthanisation industrielles installées au Québec Tableau 5 : Récupération de biogaz à partir de lieux d enfouissement technique au Québec Tableau 6 : Synthèse de la filière des gaz de biosynthèse Tableau 7 : Utilisation industrielle des écorces (consommation autorisée en 2007) Tableau 8 : Utilisation industrielle des sciures et rabotures (consommation autorisée en 2007) Tableau 9 : Autres résidus forestiers disponibles (en milliers de tonnes métriques anhydres) Tableau 10 : Coûts de chauffage comparés Tableau 11 : Coûts d investissement et de production d un système de 150kw Tableau 12 : Estimation des coûts de chauffage annuels pour une école, une église et un centre municipal Tableau 13 : Production issue de la biomasse forestière au Québec Tableau 14 : Exemples de coûts par kw installé pour les turbines à vapeur Tableau 15 : Comparaison entre la combustion de bûches densifiées et traditionnelles Tableau 16 : Caractéristiques : granules de bois, paille de blé et panic érigé Tableau 17 : Coûts de production par tonne de granules de panic érigé (en US $ 2004) Tableau 18 : Coût des investissements pour la production de biodiésel Tableau 19 : Usines de fabrication d éthanol au Canada Tableau 20 : Comparaison des coûts de production estimés de divers biocarburants Tableau 21 : Rendements comparés pour trois types de biomasse cellulosique Tableau 22 : Les incitatifs favorisant l offre de bioénergie Tableau 23 : Les incitatifs favorisant la demande de bioénergie Tableau 24 : Opportunités de développement selon le type et la quantité de biomasse disponible iv La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

9 Liste des figures Figure 1 : Digestion anaérobie du fumier... 5 Figure 2 : Rentabilité des unités de méthanisation à la ferme... 7 Figure 3 : Prélèvement de gaz d enfouissement et usage Figure 4 : Localisation des usines de cogénération au Québec Figure 5 : Production canadienne de granules de bois densifiées Figure 7 : Prévision de la production d éthanol comme carburant au Canada Figure 8 : Bilan énergétique net de l éthanol de maïs-grain Figure 9 : Bilans énergétiques pour différents biocarburants Figure 10 : Rendements énergétiques comparés de l éthanol cellulosique Figure 11 : Unité mobile de pyroluse d'une capacité de traitement de 50 tonnes/jour (50 DTPD) Figure 12 : Schéma simplifié résumant les possibilités de conversion de la biomasse en biocarburants liquides Figure 13 : Coûts de construction d une usine de production de biocarburant Figure 14 : Comparaison des coûts de production de carburants Figure 15 : Collection d énergie solaire et demande d énergie fossile pour différentes cultures Figure 16 : Comparaison énergétique entre divers types de conversion de panic érigé Figure 17 : Répartition des nutriments dans la fosse Figure 18 : Technologies de gazéification de la biomasse Figure 19 : Technologie d oxygénation du syngas en liquide Figure 20 : Représentation schématique d une installation de chauffage à la biomasse Figure 21 : Schéma d une turbine à vapeur Figure 22 : Exemples de presses à densifier Figure 23 : Figure conceptuelle de la fabrication du biodiésel à l aide des techniques actuelles Figure 24 : Transformation du grain en éthanol Figure 25 : Procédé de conversion de matières cellulosiques en bioéthanol Figure 26 : Procédé de conversion de la biohuile CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec v

10 Liste des photos Photo 1 : Exemple d un système installé sur une ferme... 4 Photo 2 : Usine pilote d Enerkem Technologies inc. à Sherbrooke Photo 3 : Vue de l usine de Plasco Energy Group en date du 27 février Photo 4 : Construction de la première usine commerciale de Choren Industries en Allemagne Photo 5 : Résidus sur un parterre de coupe Photo 6 : Petit système commercial de chauffage à la biomasse Photo 7 : Exemples de bûches et de granules condensées Photo 8 : Conseiller du MAPAQ dans un champ de panic érigé Photo 9 : Installations de Aliksir Photo 10 : Biohuile Photo 11 : Module de 1 DTPD Photo 12 : Transport du module de 1 DTPD Photo 13 : Module de 50 DTPD Photo 14 : Transport du module de 50 DTPD Photo 15 : Essais de compactage de granules pour le transport Photo 16 : Morbark, Horizontal Grinder, Modèle 5600 (usagé $ US) Photo 17 : John Deere, 1490D Energy Wood Bundler (fagoteuse) Photo 18 : Usine pilote d Énerkem Technologies Inc. à Sherbrooke Photo 19 : Matières inertes compressées Photo 20 : Exemples de presse à granules, presse à bûches, broyeur à marteaux Photo 21 : Essais de mélange avec de la biohuile vi La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

11 Introduction Au Québec, l agriculture et la foresterie sont traditionnellement les moteurs de l économie rurale. Aujourd hui, ces secteurs se retrouvent en difficulté dans plusieurs régions et on assiste à un déclin des communautés rurales touchées par la diminution des activités économiques. Dans ce contexte, la production de biocarburants peut être envisagée comme une opportunité de diversification des activités économiques basée sur la valorisation des ressources locales. L objectif principal de la présente étude est d informer les divers intervenants du milieu rural québécois pour qu ils puissent prendre connaissance des technologies de transformation de la biomasse en biocarburants et des multiples facteurs qui influencent l émergence de cette nouvelle filière. De nombreuses études analysent et comparent la plupart des technologies de transformation des biocarburants, mais elles répondent généralement à deux objectifs : soit une autonomie énergétique accrue pour combler une part des besoins nationaux, soit la réduction des gaz à effet de serre provenant de la consommation d énergies fossiles. En effet, les besoins énergétiques mondiaux ne cessant de croître et la menace associée aux changements climatiques étant omniprésente, plusieurs pays se voient confrontés à cette nouvelle donne qui stimule davantage la recherche et le développement durable de sources d énergie alternatives. On assiste présentement à une certaine effervescence entourant ce secteur économique, mais il ne faut pas perdre de vue que l implantation de technologies ou de systèmes de production doit assurer des gains pour les communautés, qu ils soient d ordres économiques, sociologiques ou environnementaux. Dans ce document, le terme biocarburant inclut toutes les formes de carburants de substitution aux énergies fossiles qui sont produites à partir de biomasse et qui résultent de procédés thermiques, physiques, biologiques ou chimiques. Cette biomasse peut être utilisée directement comme combustible principal ou convertie sous forme liquide ou gazeuse pour la production de chaleur, d électricité, de carburants liquides et de bioproduits. Les biocarburants n ajoutent pas de nouveau carbone à l atmosphère, puisque la quantité de CO 2 libérée lors de leur combustion a préalablement été captée lors de la croissance de la biomasse. Les principaux facteurs qui déterminent la rentabilité des activités de production de biocarburants sont l approvisionnement, les procédés de transformation et le transport de la biomasse. Le coût d approvisionnement en matières résiduelles est généralement faible et peut même être négatif dans le cas où des redevances sont versées au preneur. Les biocarburants produits à partir de matières résiduelles (déjections animales, résidus municipaux organiques et solides, résidus forestiers et agricoles) sont donc traités dans les deux premières sections de cette étude.

12 Ces matières sont converties en chaleur et en électricité par l entremise de procédés de méthanisation, de combustion directe ou de gazéification. Ce dernier procédé peut aussi générer de l éthanol. Le biodiésel, qui est un biocarburant liquide produit à partir de gras animal, d huiles végétales recyclées et de cultures de plantes oléagineuses, est présenté dans la troisième section, suivi de l éthanol qui dérive de cultures de plantes à forte teneur en sucres et en amidon. Les usines qui produisent ces deux types de biocarburants dits de première génération utilisent des technologies qui sont bien connues, éprouvées et constamment améliorées. Les biocarburants liquides dits de deuxième génération sont présentés dans la section quatre. Il s agit de la biohuile, de l éthanol cellulosique et de l éthanol de bois. La plupart des technologies de conversion de ces biocarburants se situent pour le moment au stade expérimental et on dénombre très peu d exemples d usines construites à des fins commerciales. Ces technologies requièrent généralement des approvisionnements en biomasse forestière et agricole importants pour fournir des infrastructures imposantes et qui nécessitent beaucoup de capitaux de départ. Les technologies de production de ces divers types de biocarburants sont expliquées et elles sont par la suite comparées sur une base économique. La production de biomasse est aussi brièvement abordée. Les facteurs économiques, politiques, technologiques, sociaux et environnementaux qui favoriseront l émergence des biocarburants en milieu rural sont présentés à la fin de ce document et sont suivis de recommandations. Celles-ci résultent de réflexions basées sur des informations recueillies auprès d intervenants de l industrie, de centres de recherches, de ministères, et de multiples références littéraires et médiatiques. 2 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

13 Section 1 : Les biocarburants gazeux intermédiaires Les biocarburants gazeux sont généralement produits à partir de matières dont on doit se départir de la façon la moins coûteuse. Parmi ces matières, mentionnons les déjections animales, les boues municipales, les résidus d abattoirs, de piscicultures, d entreprises agroalimentaires, les déchets organiques et solides provenant de la collecte municipale et des industries. En général, les biogaz sont obtenus par des procédés de méthanisation et de gazéification et sont par la suite convertis en chaleur, électricité ou carburants liquides (tableau 1). Tableau 1 : Les biocarburants gazeux fabriqués à partir de matières résiduelles Types de matières Procédés de Types de biocarburants premières transformation Matières organiques Méthanisation Chaleur (lisiers, boues, résidus Électricité de fruits et légumes, etc.) Déchets organiques solides municipaux Déchets organiques solides municipaux Déchets organiques solides municipaux Gazéification sur lit fluidisé Gazéification au plasma Gazéification précédée d une pyrolyse Chaleur Électricité Méthanol Éthanol Chaleur Électricité Syngas Exemples d application Bioréacteur à la ferme Bioréacteur centralisé Enerkem Technologies inc. Plasco Energy Group Choren Industry Les matières acceptées dans les bioréacteurs (ou digesteurs) sont principalement les déjections animales, les résidus de récolte ou les cultures énergétiques, les boues municipales et de papetières, les rejets d abattoirs, de pisciculture, de l industrie agroalimentaire et les matières organiques résiduelles provenant de la collecte municipale. Les produits carnés représentent une excellente source de biomasse, car leur digestion génère beaucoup de méthane. Il est aussi possible d ajouter de la biomasse issue des cultures énergétiques dans les bioréacteurs pour augmenter les volumes. Par exemple, en Allemagne, 98 % des 3000 digesteurs installés utilisent des cultures énergétiques, avec ou sans lisiers (Fischer, 2007). L utilisation de matières variées nécessite l élaboration d une recette qui respecte les proportions établies pour chaque type de matière, sans quoi le consortium bactérien ne peut être maintenu efficacement (Frigon, 2007). Cette technologie peut s implanter de deux façons en milieu rural : soit sur des exploitations agricoles et des entreprises agroalimentaires, soit en tant que bioréacteur centralisé. La variété des matières traitées à la ferme est limitée, car l amoncellement de certains résidus risque d incommoder l entourage. Les résidus d abattoirs ou de pisciculture, les boues d épuration, les matières organiques provenant de la collecte municipale peuvent être acheminés vers des systèmes centralisés et traités pour un coût équivalent à celui exigé pour leur enfouissement. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 3

14 Cette redevance payée par les détenteurs de cette biomasse résiduelle ainsi que la problématique de la gestion des matières résiduelles constituent des facteurs importants pouvant inciter les municipalités à installer ce type de technologie. 1.1 La méthanisation à la ferme L avancement de certaines technologies est parfois attribuable à des problèmes environnementaux et sociaux, et non à des raisons économiques. C est le cas du traitement des déjections animales qui a fait l objet de beaucoup de recherche et développement, car les risques de contamination des eaux souterraines et de surface, que leur disposition peut comporter, préoccupent la population. De plus, les odeurs provenant de la production de biogaz, eux-mêmes issus de la digestion anaérobie de ces matières, nuisent à l image des producteurs agricoles et minent l harmonie des habitants qui partagent le milieu rural. Ces biogaz peuvent être récupérés et convertis sous forme de chaleur et/ou d électricité par l entremise de bioréacteurs. Cette technologie est connue et éprouvée. Elle permet de traiter le lisier qui est entreposé dans des silos en acier étanches (bioréacteurs de quelques dizaines à plusieurs milliers de m 3 ) où l action des bactéries anaérobies transforme le carbone en biogaz. Cette technologie est expliquée à l annexe 1. Photo 1 : Exemple d un système installé sur une ferme Source : Fisher, La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

15 La figure 1 présente la route de traitement des lisiers avec valorisation énergétique. Figure 1 : Digestion anaérobie du fumier Source : Environnement Canada Exemples d application Cette technologie est très peu répandue au Canada (une dizaine d unités seulement). En Europe cependant, on dénombre environ 5000 installations, dont 3000 en Allemagne (Fischer, 2007). Au Québec, des bioréacteurs sont en démonstration sur deux fermes porcines de et porcs (tableau 2). La technologie utilisée qui traite les lisiers à basse température a été développée et brevetée par Agriculture et Agroalimentaire Canada (ACC). C est Bio-terre Systems inc, une entreprise située à Sherbrooke, qui commercialise cette technologie. Bio-Terre Systems n a pas encore installé de système pour traiter les résidus de l industrie agroalimentaire, mais ils sont présentement à la recherche de clients potentiellement intéressés (L'Écho D'Autray, 2006). CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 5

16 Tableau 2 : Vitrines technologiques au Québec Source : Journée sur la méthanisation des engrais de ferme, 2007 Efficacité et rentabilité Les coûts d investissement pour ces systèmes sont élevés. Selon l avis de divers spécialistes et à partir de projets réalisés, on estime les coûts entre $ et $ (2500 à 5000 $/kw). Bien que la production de chaleur et/ou d électricité permettent de réduire la facture énergétique de l entreprise agricole, ces systèmes sont difficiles à rentabiliser. Les promoteurs préconisent l installation de bioréacteurs pour des questions environnementales et de cohabitation plus harmonieuse en milieu rural. M. Fisher, de la firme Krieg & Fisher Ingenieure, affirme qu aucun digesteur ne peut être rentable avec des déjections animales pour seul intrant. De plus, il serait inutile, selon lui, d augmenter la quantité de lisier en s approvisionnant dans les fermes avoisinantes, car les coûts de transport ne permettent pas de rentabiliser cette opération. Cependant, en Allemagne, étant donné le coût élevé des énergies et le rachat de l électricité produite à un tarif de 0,22 $/kwh, la production de cultures énergétiques destinées à la méthanisation est une opération rentable. (Fischer, 2007). L achat d une génératrice est coûteux et l efficacité de cet équipement se situe actuellement autour de 25 à 35 % (45 % en Europe). Par exemple, la génératrice utilisée par Bio-terre Systems a une efficacité de 25 %, avec récupération d'énergie thermique à 50 % d'efficacité et qui fonctionne à 90 % du temps. M. Frigon de l Institut de recherche en biotechnologie du CNRC croit qu il faudrait développer des génératrices pour qu elles soient moins puissantes et par conséquent moins coûteuses. 6 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

17 En effet, comme la production de biogaz sur les fermes est relativement faible, il n'est peut-être pas rentable d avoir une génératrice puissante qui ne fonctionne que quelques heures par jour et qui nécessite un système de stockage du biogaz. Pour les systèmes centralisés cependant, il faudrait plutôt se concentrer sur l amélioration de l efficacité des génératrices. Selon les experts, la perte d'énergie est moins grande lorsque les biogaz sont convertis en chaleur plutôt qu en électricité. Dans le cas où le système génère plus d énergie que ce que l entreprise agricole consomme, il est possible de se brancher sur le réseau électrique et de vendre ce surplus à Hydro-Québec. À ce moment-là, il est obligatoire d installer un interrupteur automatisé (transfer trip switch) en cas de panne du réseau. Il faut prévoir un coût supplémentaire d environ $ pour cette installation. Hydro-Québec rachète présentement cette énergie au tarif de 0,06 $ du kwh, ce qui est peu comparativement aux 0,12 $/kwh versés en moyenne en Ontario, ou aux 0,22 $/kwh versés en Allemagne. Hydro-Québec a développé le modèle Matteus pour évaluer la rentabilité de ce système à la ferme, et Électrigaz, consultant pour la réalisation de systèmes de biogaz, a aussi développer son propre modèle, confidentiel cependant. Matteus met l accent sur la réduction des dépenses en chauffage et en électricité, sur la réduction des superficies d épandage, sur la vente d électricité, sur les redevances payées pour la prise en charge de déchets provenant des entreprises ou des municipalités et sur les éventuels crédits de carbone. La figure 2 présente différents seuils de rentabilité selon le nombre de porcs en inventaire. Selon le modèle Matteus, ce type d installation serait rentabilisable pour des entreprises de 4500 porcs et plus, avec un rachat d électricité à 0,068 $/kwh. À 0,012 $/kwh, une entreprise ayant 2500 porcs en inventaire pourrait rentabiliser cette installation. Figure 2 : Rentabilité des unités de méthanisation à la ferme Source : Laflamme, 2007 CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 7

18 Voici un exemple de rentabilité pour une ferme porcine, selon l estimation du modèle Matteus. Le pourcentage représente la distribution des crédits : Économie de location de terres à 340 $/ha = 62 % (Libération de 65 % des terres) Électricité à 0,068 $/kwh = 21 % Chaleur à 19,3 $/GJ (propane) = 13 % Économie d épandage = 4 % (Réduction de 23 % des volumes à épandre) Des revenus supplémentaires peuvent éventuellement être générés par la commercialisation d un produit provenant des boues purgées et déshydratées grâce à un procédé de coagulation-floculation. Pour le moment, cette fraction solide est transportée à l extérieur des exploitations pour être compostée (Laganière, 2007). Le tableau 3 démontre qu il y aurait un potentiel d implantation de ces systèmes sur plus de 700 exploitations agricoles bovines et porcines au Québec. La production énergétique totale est évaluée à 124 MW/an. Tableau 3 : Potentiel d implantation de bioréacteurs sur les fermes au Québec Ensemble des fermes Potentiel thermique supérieur à 100 kw th Élevage Puissance Puissance Nombre de Nombre de thermique biogaz thermique biogaz fermes fermes (MW th ) (MW th ) Bovins , ,4 Porc , ,8 Volailles , ,1 Moutons ,1 0 0 TOTAL , ,3 Source : Hydro-Québec Le Ministère de l Agriculture, des Pêcheries et de l Alimentation (MAPAQ) offre de l aide financière par l entremise de son programme Prime-Vert volet «Technologies de gestion des surplus» pour résoudre la problématique de la gestion des matières fertilisantes pour les exploitations agricoles en surplus en Un «crédit d impôt remboursable» est aussi disponible pour les éleveurs porcins (Naud, 2007). Pour le moment, les ministères concernés discutent des différentes alternatives qui pourraient inciter les gros producteurs à investir dans ces technologies vertes et sécuriser les établissements financiers qui hésitent à accorder des prêts aussi importants. Le financement représente les trois quarts des coûts de projet (Camirand, 2007). 8 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

19 Évidemment, dans le cas ou la priorité serait de réduire les odeurs, il existe d autres systèmes qui récupèrent les biogaz. Par exemple, le Dr Suzelle Barrington du Collège Macdonald de l université McGill et Geomembrane Technologies Inc., expérimente présentement un système qui consiste en une couverture étanche déposée directement sur le lisier qui se digère lentement. Ce système produit peu de gaz en hiver. Avantages et contraintes pour le milieu rural L installation de bioréacteurs à la ferme présente des avantages sociaux et environnementaux intéressants, dont la réduction des odeurs de 85 à 90 % et du taux de phosphore dans les engrais de ferme de 50 %, ce qui a une incidence positive sur la qualité de l eau et la santé publique. D un point de vue économique, bien que ces systèmes n engendrent pas d emplois, des revenus indirects sont réalisés grâce aux économies obtenues par la réduction des coûts de chauffage (résidence et bâtiments) et la diminution des épandages aux champs. Ils pourraient générer des revenus directs dans le cas où des surplus d électricité seraient rachetés à un tarif plus élevé que ce qui est présentement offert par Hydro-Québec. Pour produire plus de biogaz, l ajout de cultures énergétiques dans les bioréacteurs peut apporter une diversification des activités agricoles. Des cultures aménagées en bordure des cours d eau ou cultivées sur les terres en friche mettraient en valeur le territoire agricole et contribueraient à réduire l érosion des sols tout en protégeant la qualité de l eau. Par ailleurs, l usage d un bioréacteur permettrait de réduire la production de GES de 3000 tonnes de CO 2 / porcs/année (Laganière, 2007). Ceci pourrait permettre d obtenir des crédits de carbone. La méthanisation à la ferme fait cependant face à des contraintes importantes : le prix de l électricité offert par Hydro-Québec étant très bas (0.068 $/kwh), seules les grandes exploitations agricoles (production moyenne de 5000 porcs et en déficit de terres pour les épandages) peuvent rentabiliser un tel système. Hydro-Québec travaille sur un cadre réglementaire pour ouvrir la microproduction d électricité aux fermes capables de produire plus de 50 kw e, mais pour cela, il faudrait utiliser des sources potentiellement riches en méthane en plus du lisier. Par ailleurs, ces systèmes sont complexes et ils nécessitent des connaissances et une maintenance de la part des producteurs agricoles. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 9

20 1.2 Les bioréacteurs centralisés Il n existe pas de système centralisé au Québec. Pourtant, ces systèmes permettraient de valoriser et de détourner beaucoup de matières organiques des lieux d enfouissement tout en fournissant de la chaleur et/ou de l électricité aux communautés rurales ou en vendant l électricité à Hydro-Québec. Si les tarifs de rachat sont bas, il est cependant plus avantageux de fournir de la chaleur à des installations situées à proximité, particulièrement pour des procédés industriels à haute valeur ajoutée ou pour des complexes serricoles. Étant des systèmes très autonomes, ils ne sont cependant pas créateurs d emplois. Toutefois, selon la grosseur du système, et cela sous toute réserve, son fonctionnement nécessiterait au moins un ingénieur et un technicien ainsi qu une personne à la réception des matières (Frigon, 2007). L avantage de tels systèmes est qu ils produisent beaucoup de biogaz, ce qui permet d optimiser l utilisation des génératrices. Les exemples suivants ne sont pas considérés comme des systèmes centralisés, mais plutôt comme des unités adaptées aux traitements de résidus provenant d industries situées au Québec (tableau 4). Tableau 4 : Liste des unités de méthanisation industrielles installées au Québec Construct Localité Compagnie Secteur Année eur Notre-Dame-du-Bon- Euroconsul Agropur Fromage Conseil t ADM Agri- Candiac Industries Ltd. Volume (m 3 ) x 400 Amidon Purac St-Denis-sur- Aliments Carrière Biothane Richelieu Conserves Inc. Saint-Césaire Biothane 400 Interquisa Canada Acide Montréal Biothane S.E.C. téréphtalique Pâtes et Témiscaming Tembec Inc. Paques x 2600 papier Source : Conseil national de recherches Canada, Institut de recherche en biotechnologie, 2007 À Rougement, l entreprise Lassonde qui fabrique des jus de fruits et de légumes a fait appel à une compagnie américaine, d expertise belge à la base, pour installer deux digesteurs mésophiles de 400 m 3 chacun. Une autre exploitation agricole en Abitibi méthanise du lisier de volaille dans deux digesteurs de 750 m 3. Ce système a été installé par le fabricant allemand Lipp (Frigon, 2007). À Jonquière, la fromagerie Blackburn a installé (travaux en cours) un système de traitement de ses effluents (lactosérum et eaux blanches). Il s agit d un méthaniseur qui fonctionne dans une large gamme de température (15 C à 40 C) et qui est particulièrement adapté au traitement du lactosérum. Il traitera un volume de 3000 l/j. Ce projet est réalisé par le groupe Soteck, une entreprise de Victoriaville qui s est associée avec la firme française Valbio. 10 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

21 Une Société distincte portant le nom de Valbio Canada a été récemment formée dans le but de développer le marché de la méthanisation en Amérique du Nord. Valbio a aussi un projet similaire pour une fromagerie située dans la région de Charlevoix, et qui traitera 6000 l/j. Étant donné que l équipement est similaire pour traiter de plus grandes quantités, des économies d échelle sont à prévoir (Rivest, 2007). Une équipe du Conseil national de recherches du Canada (CNRC, 2007) a entrepris la fabrication d'une unité de digestion anaérobie mobile. Aménagée dans un conteneur maritime, l'unité mobile sera installée dans un premier temps sur différents sites où sont générés des biosolides (boues municipales, boues papetières). De la taille d'une remorque, celle-ci visitera quelques sites du Québec, notamment une usine de pâtes et papiers et un lieu d'enfouissement technique. L objectif de ce projet est de fournir un estimé du potentiel en méthane généré à partir des biosolides, et ce, afin de promouvoir la valorisation de ces déchets en énergie au lieu de leur enfouissement. L'unité du CNRC passera environ six mois à chaque endroit. Avantages et contraintes pour le milieu rural Les bioréacteurs centralisés présentent des avantages socioéconomiques et environnementaux dont i) la production d énergie pour le chauffage d infrastructures communautaires ou d industries locales, ii) la valorisation des résidus organiques et la prolongation de la durée de vie des lieux d enfouissement et iii) la réduction des GES. Ces systèmes peuvent être gérés par une coopérative, une municipalité ou une MRC ou par l entreprise privée. Les régions très peuplées ou en surplus de matière organique fertilisante seraient à privilégier. Parmi les contraintes, l installation de tels bioréacteurs est coûteuse et leur opération génère peu d emplois. L expertise n est pas développée au Québec et une unité de démonstration serait nécessaire afin de mieux évaluer l efficacité d un système centralisé. Une étude de préfaisabilité permettrait entre autres choses d évaluer les besoins énergétiques d une communauté, le type et les quantités de biomasse requises et disponibles, les revenus potentiels et les impacts sociaux et environnementaux. En résumé Les bioréacteurs à la ferme permettent de produire de l énergie, sous forme de chaleur et d électricité, en récupérant le méthane issu de la fermentation des résidus organiques provenant des activités agricoles. La technologie est bien connue, comme en témoignent les milliers de bioréacteurs installés en Europe. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 11

22 Au Québec, les systèmes seraient rentables, selon Hydro-Québec, pour des entreprises porcines de 5000 porcs et plus. La prise en compte des biens et services écologiques rendus par cette technologie, la mise au point de génératrices moins coûteuses et l utilisation des résidus organiques municipaux pourraient augmenter la rentabilité des systèmes. La construction de bioréacteurs centralisés permet de réaliser des économies d échelle en traitant un plus grand volume de résidus, particulièrement dans les zones où il y a forte concentration de résidus organiques. 1.3 La méthanisation centralisée Lorsqu enfouie, la portion organique des déchets solides municipaux génèrent des biogaz. Selon la chimie et le niveau de maturité du site d enfouissement, le gaz d enfouissement est habituellement composé d environ 55 % de méthane, ce qui est légèrement plus faible que les concentrations que l on retrouve dans les systèmes de digestion anaérobie. Le méthane est souvent brûlé dans une torchère ou il peut être brûlé dans une turbine ou un moteur pour produire de l électricité. Pendant la combustion, le méthane est réduit en dioxyde de carbone, ce qui diminue les émissions de GES du méthane qui seraient autrement évacuées dans l atmosphère. La figure 3 schématise le procédé de récupération et de valorisation des biogaz dans les sites d enfouissement. Figure 3 : Prélèvement de gaz d enfouissement et usage Source : Environmental Science & Engineering, J. Paul Henderson, Tracy Kyle and Chris E. Underwood 12 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

23 Exemple d application La division Biogaz de Biothermica Technologies Inc., située à Montréal, récupère les gaz provenant des sites d enfouissement pour produire de l électricité. Le meilleur exemple étant celui de la centrale Gazmont, qui distribue l électricité dans 300 résidences du quartier Saint-Michel à Montréal. La division Énergie, toujours chez Biothermica, développe également dans ses laboratoires des technologies de valorisation énergétique de biomasse. Elle annonçait en décembre 2006 un projet de production d électricité en transformant par gazéification t./an de résidus de bois de construction. Le tableau 5 présente les sites d enfouissement au Québec qui récupèrent les biogaz pour produire de l énergie. Tableau 5 : Récupération de biogaz à partir de lieux d enfouissement technique au Québec Source : Technologie du développement durable, 2006 Avantages et contraintes pour le milieu rural Nous n élaborons pas davantage sur cette technologie, car les lieux d enfouissement que l on retrouve en milieu rural ne contiennent généralement pas assez de matières pour justifier les coûts d implantation de ce système de récupération des biogaz. Les technologies de gazéification des déchets semblent plus appropriées pour les milieux moins populeux et qui ont des matières résiduelles agricoles et forestières à gérer. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 13

24 1.4 Les gaz de biosynthèse La fraction non recyclable des déchets municipaux solides est acheminée vers des lieux d enfouissement techniques qui sont coûteux à gérer et qui ont une durée de vie limitée. La décomposition anaérobie des déchets émet des gaz à effet de serre nocifs dans l atmosphère et produit des liquides résiduels contaminés qui doivent être traités. Le défi technologique à relever est grand pour produire de l énergie à partir de ces matières solides dont la nature varie en composition, en taux d humidité et en contenu énergétique. Il existe des technologies qui permettent de récupérer cette fraction résiduelle pour la valoriser sous la forme de gaz dit de biosynthèse. Les usines commerciales en construction ou en projection qui utilisent ces technologies peuvent aussi transformer les résidus forestiers ainsi que la biomasse provenant de cultures énergétiques. Le gaz de synthèse, aussi appelé syngas ou BtL (Biomass to Liquid), est un combustible intermédiaire créé au moyen de la gazéification thermochimique dans laquelle des réactions à températures modérées convertissent des matériaux carbonés en monoxyde de carbone (CO) et en hydrogène (H 2 ). Le gaz obtenu, délivré de ses goudrons, dépoussiéré et lavé est de même propreté que le gaz naturel. Ce procédé (annexe 2) peut produire de la chaleur, de l électricité et/ou des liquides d hydrocarbures qui peuvent être utilisés dans les moteurs actuels purs ou en mélange dans le diesel et distribués par les circuits existants. Le procédé de gazéification ne change pas considérablement selon le type de matières traitées, c est plutôt le traitement du gaz qui doit être adapté (Valsecchi, 2007) La gazéification sur lit fluidisé (technologie d Enerkem Technologies inc.) Au Québec, il existe une entreprise qui a développé et qui vend cette technologie de gazéification, de conditionnement et de reformage du syngaz. Enerkem Technologies Inc., située à Sherbrooke, peut produire de la chaleur, de l'électricité, de l hydrogène et des carburants liquides (éthanol, méthanol et carburant diesel) à partir du gaz de synthèse. Ce dernier peut être produit à partir de matières résiduelles renouvelables comme la biomasse forestière, agricole et les déchets municipaux triés. La stratégie d Enerkem est d approvisionner ses usines de matières qui ne peuvent être compostées ou recyclées par l entremise de la collecte municipale, en autant qu il y ait un contenu en carbone important. Enerkem accepte donc théoriquement tout sauf le verre et le métal. 14 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

25 Dans la matière, préalablement déchiquetée, on peut donc retrouver des plastiques, papiers et cartons souillés comme des contenants d huile à moteur ou des boîtes de pizza, des papiers ou cartons cirés, des couches jetables, du caoutchouc, des boues séchées provenant des stations d épuration, etc.. L entreprise s approvisionne de plusieurs façons : soit auprès des centres de tri qui préfèrent payer pour que leurs rejets soient valorisés au lieu de payer pour les enfouir, soit auprès des industries privées qui les sollicitent pour se débarrasser de leurs déchets (Valsecchi et Gagnon, 2007). Photo 2 : Usine pilote d Enerkem Technologies inc. à Sherbrooke Source : CEPAF Projets en cours Au Québec, un projet permettra de valoriser de vieux poteaux de téléphone qui seront gazéifiés et nettoyés des polluants qu ils contiennent pour produire du méthanol, puis de l éthanol qui pourra être commercialisé pour être mélangé à l essence. Subventionné, ce projet, qui sera mené en Estrie, en est actuellement au stade expérimental. Enerkem a un autre projet en cours à Edmonton. Ce projet est un bon exemple d application et d intégration, puisque l usine sera située à côté d un centre de tri et de compostage où il est possible de récupérer à la fois le compost qui ne peut être écoulé sur le marché et les résidus qui ne peuvent être recyclés. L électricité produite par l entremise de la gazéification sera transférée sur le réseau électrique. Un projet similaire, dont l unité se trouve dans la banlieue est de Londres, permettra de valoriser les rejets provenant d un centre de tri régional qui triera, sèchera et finalement broiera la fraction non recyclable de déchets. Ce qui pourra être composté le sera; le reste permettra de produire du gaz de synthèse. Il existe aussi une usine en Espagne qui utilise tonnes/an de plastiques résiduels non recyclables pour une production électrique de 7 MW. Cette centrale emploie de 10 à 15 personnes (Enviro-Accès, 2007). CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 15

26 Efficacité et rentabilité Cette technologie est quasi autosuffisante en énergie, puisque l on doit seulement préchauffer le réacteur pendant quelques heures pour permettre son fonctionnement pendant heures. Le rendement énergétique est d environ 70 %. Du 30 % restant, on peut récupérer 10 à 12 % sous forme de vapeur pour produire de l énergie thermique. Le 15 % restant se retrouve sous forme d eau chaude, qui pourrait éventuellement servir à chauffer des bâtiments. Pour passer de la forme gazeuse au méthanol, aucune énergie n est requise puisque le changement de phase libère plutôt de l énergie. La compression occasionne une légère dépense en énergie, mais celle-ci demeure marginale. Pour être rentable, une usine utilisant la technologie d Enerkem devrait être capable de s approvisionner avec un minimum de t./an de matières premières. Un investissement de $ serait nécessaire au départ et les coûts de production représentent environ $/an, pour une production de litres d éthanol/an. Les redevances provenant de la prise en charge de déchets municipaux et industriels permettent aussi d augmenter les revenus (Chornet, 2007). Selon Vincent Chornet, la question de la sécurité de l approvisionnement en matières premières se retrouve souvent au cœur des discussions. Bien que le procédé d Enerkem permette de s approvisionner à partir de sources très variées, l entreprise prévoit tout de même sécuriser son approvisionnement en cultivant du saule. Le saule serait la culture énergétique la plus appropriée pour fournir l usine. En utilisant uniquement du saule, il faudrait cultiver environ 5000 hectares pour fournir tonnes de matières. La culture de saules ne présente pour l entreprise aucun avantage financier autre que cette sécurité. Cependant, des ententes avec des coopératives de producteurs ou autres regroupements seraient financièrement intéressantes, bien qu Enerkem préfèrerait être propriétaire des terres ou encore copropriétaire. L entreprise est en exploration pour installer des usines au Québec, notamment à Lebel-sur-Quévillon, car les quantités de résidus forestiers y sont abondantes. Le Dr Esteban Chornet, professeur titulaire au département de génie chimique de l Université de Sherbrooke et dirigeant d Enerkem, a comme projet de créer une chaire sur les biocarburants à l Université de Sherbrooke. 16 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

27 1.4.2 La gazéification au plasma (technologie de Plasco Energy Group) En Ontario, le groupe Plasco Energy, une compagnie située à Ottawa, a aussi développé avec l appui du Conseil national de recherche du Canada (CNRC) un processus breveté de gazéification au plasma (PGP) qui utilise des générateurs de plasma pour chauffer les déchets à une température si intense que ceux-ci se divisent en atomes simples. Le PGP crée trois produits : un gaz synthétique utilisé pour générer de l électricité, de la vapeur employée pour rendre plus efficace la production d énergie et des solides inertes qui ont l'apparence du verre et qui sont utilisés comme agrégats pour les routes ou comme matériel de construction. Le groupe Plasco Energy a annoncé la construction d une usine de démonstration sur le site d enfouissement de la ville d Ottawa qui traitera 85 tonnes de résidus/jour pour générer 5 MW d énergie, dont 1 MW sera utilisé par le système même. Les 4 MW restants, qui représentent assez d électricité pour alimenter 3600 domiciles, seront vendus à Hydro Ottawa. En 2003, l entreprise a construit une autre usine pilote à Castellgali en Espagne qui a déjà démontré l efficacité de son système, et une autre usine sera inaugurée à Barcelone dès l automne 2007 ( Photo 3 : Vue de l usine de Plasco Energy Group en date du 27 février 2007 Source : CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 17

28 1.4.3 La gazéification et la synthèse Fischer-Tropsch (technologie de Choren Industries) Il existe d autres procédés qui ont atteint le stade de test, comme celui de Choren Industries qui, en août 2005, a conclu un accord avec Shell pour réaliser la première usine de production de Ml/an de gaz biosynthétique (Biomass to Liquid-BtL). Pour fournir cette usine, située à Freiberg en Allemagne, un approvisionnement de t/an de biomasse sera nécessaire, et cela, dans un rayon de moins de 75 km. Les matières premières privilégiées seront les résidus forestiers et de cultures. Éventuellement, Choren prévoit sécuriser l approvisionnement de ses usines en cultures énergétiques, notamment de saules. Les coûts d investissement sont de l ordre de ( $) avec des coûts d opération de ( $). Ce carburant était vendu en 2006 au prix de 1,00 /litre. Une autre usine sera achevée en 2008 et produira t/an de BtL. On en attend un coût de revient de 0,60 /litre, ce qui est comparable à ce que l on obtient avec le biodiesel ou les huiles végétales. Choren prévoit investir 50 M$ dans la construction d une usine de gazéification en Alberta en 2008 ( Photo 4 : Construction de la première usine commerciale de Choren Industries en Allemagne Source : Le procédé de Choren est complexe mais il est très bien démontré à l aide d une animation sur leur site à l adresse suivante : Selon Vincent Chornet d Enerkem, le système serait énergivore, car la matière subit d abord une pyrolyse, pour ensuite être gazéifiée, puis subir un troisième traitement par le procédé Fischer-Tropsch. Le carburant BtL ne contient ni soufre, ni composés aromatiques. Le contrôle du processus permet de réduire considérablement son contenu en oxyde d azote ainsi qu en particules. L utilisation, en tant que carburant automobile, du BtL ne nécessite aucune, sinon de mineures modifications du moteur, ce qui est un avantage par rapport au carburant à base d huile de colza. Outre le BtL, divers coproduits peuvent dériver de ce procédé : naphta, méthanol, paraffines ou carburants spéciaux (DME). 18 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

29 Avantages et contraintes pour le milieu rural Bien que la technologie utilisée ne soit pas tout à fait au point (elle est encore au stade de projet pilote au Québec), le développement de la filière de gazéification présente des avantages pour les communautés rurales qui disposent de grands volumes de matières résiduelles, qu ils soient de sources municipales, agricoles ou forestières. Outre la production de chaleur ou d électricité, cette technologie permet de produire du carburant automobile ou du méthanol qui a une valeur commerciale intéressante. Concernant la création d emplois, une usine nécessiterait de 10 à 15 personnes. Si elle s approvisionne à partir de résidus de coupe, il faut aussi de la main-d'œuvre pour utiliser la machinerie et transporter cette biomasse. Si elle a besoin de sécuriser son approvisionnement par la remise en culture de végétaux à croissance rapide, cette diversification des activités permettrait aux producteurs ou aux travailleurs agricoles de gagner des revenus supplémentaires tout en mettant en valeur le territoire agricole. Encore une fois, des cultures aménagées en bordure des cours d eau contribueraient à réduire l érosion des sols tout en protégeant la qualité de l eau. Cette activité ainsi que la réduction des GES obtenue par le détournement des matières de l enfouissement pourraient permettre d obtenir des crédits de carbone. En résumé La gazéification de la fraction non recyclable des déchets municipaux solides ainsi que des résidus solides agricoles et forestiers permettent de produire de l énergie sous différentes formes (méthanol, éthanol, électricité, chaleur et gaz synthétiques). La gazéification sur lit fluidisé (Enerkem) et la gazéification au plasma (Plasco Energy) constituent deux procédés qui ont été testés au Canada et en Espagne, mais dont le nombre d usines actives est restreint. Choren Industries a aussi développé un procédé qui est exploité commercialement en Allemagne. Ces technologies exigent de gros volumes de matières premières et des investissements importants (quelques dizaines de millions de dollars), d où l intérêt de localiser les usines à proximité de sources d approvisionnement abondantes, près d un centre urbain d importance par exemple. La production de biomasse par la mise en culture de végétaux à croissance rapide est généralement envisagée pour sécuriser l approvisionnement. Une synthèse des technologies de transformation est présentée au tableau 6. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 19

30 Tableau 6 : Synthèse de la filière des gaz de biosynthèse Technologies de transformation Procédés Gazéification sur lit fluidisé (Enerkem) Gazéification au plasma (Plasco) Coûts d'investissement 50 M$ 27 M$ Coûts de production 3 M$/an (0,10/l)* Approvisionnement en matières premières Quantités Types de matières minimales nécessaires Résidus organiques solides municipaux, industriels; agricoles, forestiers; cultures énergétiques (saules) Résidus organiques solides municipaux, industriels; agricoles, forestiers Gazéification, précédé d une Résidus organiques pyrolyse + solides municipaux, synthèse 40M$ 2,8M$/an industriels; Fischeragricoles, forestiers Tropsch (Choren) * 0,10/l = coût additionnel pour passer du méthanol à l éthanol tonnes/an (usine à échelle commerciale) tonnes/an (usine de démonstration) tonnes/an (échelle commerciale tonnes/an (usine à échelle commerciale) Biocarburants Types Éthanol Électri cité Syngas BtL Quantité produite 30 Ml/an 4MW/an (3600 maisons) 16,5Ml/an (0,17/l) Coproduits Matériau inerte pour les routes ou la construction Matériau inerte pour les routes ou la construction Naphta, méthanol, paraffines ou carburants spéciaux DME 20 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

31 Section 2 : La biocombustion La majorité de la biomasse utilisée à des fins de combustion au Québec est issue de la forêt (résidus d ébranchage-façonnage, résidus de coupes d éclaircie, bois sur pied commercialement indésirable, cimes, branches, limbes, souches, bois endommagé par le feu ou les insectes, etc.) ou de l industrie de transformation du bois et des pâtes et papiers (sciures, écorces, copeaux, boues). Les résidus provenant du secteur de la construction, de la démolition et de la rénovation ainsi que ceux provenant de la foresterie urbaine sont aussi parfois utilisés à cette fin. Les résidus agricoles sont peu utilisés dans les applications de combustion, car ils sont peu disponibles d une part, et d autre part, ils possèdent des teneurs élevées en silice et en métaux alcalins (potassium et sodium) qui se combinent pour former de la scorie dans les systèmes de combustion classiques. Cependant, les cultures énergétiques, comme le panic érigé ou les cultures à courte rotation, suscitent un intérêt chez les producteurs de bûches ou de granules densifiées. La sciure, les copeaux et les écorces sont de plus en plus vendus comme matière première pour la fabrication de panneaux ainsi que pour la production de bûches et granules densifiées. Des recherches de solutions rentables à la collecte de biomasse forestière résiduelle sont en cours. La biomasse forestière représente, selon les sources, de 9 à 10 % de la production énergétique québécoise et 20 % de la consommation annuelle. La consommation énergétique du secteur industriel est comblée à 57 % par cette biomasse. C est une ressource abondante, renouvelable et fiable, plus que le soleil ou le vent. L énergie produite à partir de cette ressource est la forme la plus rentable économiquement et environnementalement (Corbeil, 2007). Disponibilité de la biomasse forestière Les statistiques qui suivent sont basées sur les données du registre forestier 2005 du Ministère des Ressources naturelles et de la Faune (MRNF). Selon ce registre, la disponibilité des écorces, des sciures et des rabotures serait nulle, car cette ressource est présentement utilisée. Les tableaux 7 et 8 présentent l utilisation des écorces, des sciures et des rabotures selon la consommation autorisée en Les calculs d estimation de la disponibilité de ces résidus forestiers ont été faits à l aide des données de possibilité disponibles en juin Depuis ce temps, le forestier en chef a refait les calculs de possibilité et des baisses sont prévues dans la plupart des régions du Québec (Plasse, 2007). CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 21

32 Tableau 7 : Utilisation industrielle des écorces (consommation autorisée en 2007) Tonnes métriques Nombre anhydres (tma) d usines % Cogénération d électricité sans client vapeur Cogénération d électricité et client vapeur Granules et autres Total Source : MRNF, 2007 Tableau 8 : Utilisation industrielle des sciures et rabotures (consommation autorisée en 2007) Tonnes métriques anhydres (tma) Nombre d'usines % Pâtes et papiers Panneaux Cogénération Granules Bûches Total Source : MRNF, La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

33 Pour le moment, il y aurait peu de disponibilité en sciures, rabotures et écorces. Pour obtenir un permis d utilisation de ces résidus, il faut déposer les projets au MRNF pour analyse et réallocation. Si des volumes étaient éventuellement disponibles, leurs allocations devraient tenir compte de plusieurs aspects tels que le nombre d emplois créé selon les opportunités d affaires, la plus-value des produits fabriqués, la situation économique du secteur, la dynamique d approvisionnement (coûts, transport, compétition), etc. D autres résidus forestiers constituent cependant une source de biomasse intéressante telle que le bois qui ne peut être commercialisé à la suite d un feu de forêt ou d une décimation causée par des insectes ou des maladies, ainsi que les branches, cimes ou souches laissées sur les parterres de coupe à la suite d opérations forestières. Le tableau 9 présente la disponibilité des fûts et des cimes. Tableau 9 : Autres résidus forestiers disponibles (en milliers de tonnes métriques anhydres) Forêt publique ( 000 t) Forêt privée ( 000 t) Total ( 000 t) Résineux Feuillus Résineux Feuillus Fûts Cimes Total Source : MRNF, 2007 Photo 5 : Résidus sur un parterre de coupe Source : MRNF CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 23

34 La récupération en forêt de ces résidus fait actuellement l objet de recherches et d essais. Ce sujet est traité à la section sur la production et la récupération de la biomasse. Tous ces résidus peuvent fournir de l énergie par combustion directe de matières brutes, déchiquetées ou condensées, ou par cogénération. 2.1 La combustion directe La combustion directe de biomasse solide est la plus ancienne façon de produire de la chaleur. La combustion du bois émet la même quantité de CO 2 consommée lors de sa croissance. La combustion d environ quatre tonnes de bois permet d'économiser une tonne de pétrole et permet d éviter l'émission de 2,5 tonnes de CO 2 dans l'atmosphère (ADEME, 2007). Le choix d utiliser la biomasse forestière pour la combustion directe repose sur la garantie d approvisionnement en biomasse. Selon RETScreen (tableau 10), le coût de chauffage à partir de résidus de moulins est le moins élevé de toutes les principales formes d énergie. Tableau 10 : Coûts de chauffage comparés Prix unitaire Coût de chauffage ($/GJ) Électricité 0,08 $/kwh 22,50 Propane 0,40 $/L 15,60 Mazout 0,30 $/L 8,50 Copeaux d arbres 40 $/tonne 6,70 Gaz 0,20 $/m3 5,80 Résidus de moulin 10 $/tonne 1,70 Source : Ressources naturelles Canada, 2004 Le tableau 11 présente un exemple dse coûts d investissement et de production d un système de 150kw applicables à un petit système de chauffage à la biomasse pour un bâtiment de 800 m 2. Les coûts sont relativement élevés et cela peut être dissuasif. Par contre, une approche de coût global et de retombées en termes de création d emplois et de valorisation des ressources forestières locales plaide en faveur de ces systèmes de chauffage. Ce constat ouvre de nouvelles perspectives d utilisation pour les communautés rurales. 24 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

35 Tableau 11 : Coûts d investissement et de production d un système de 150kw Mazout Copeaux de bois Coûts d investissement $ $ Exploitation et entretien annuel $ $ Combustible annuel $ $ Source : Ressources naturelles Canada, 2004 Pour évaluer des projets d installation de ce genre, le Centre d aide à la décision sur les énergies propres RETScreen International administré par le Centre de la technologie de l'énergie de CANMET (Ressources naturelles Canada) a mis au point plusieurs modèles d analyses techniques et financières; l un deux permet d évaluer la production énergétique, le coût du cycle de vie et la réduction des GES pour le chauffage à la biomasse. Ce modèle peut être appliqué à grande échelle pour des regroupements de bâtiments ou utilisé pour des applications plus modestes comme des bâtiments individuels. Le logiciel est accessible gratuitement sur le site Photo 6 : Petit système commercial de chauffage à la biomasse Source : Ressources naturelles Canada Les systèmes de combustion à la biomasse forestière sont plus complexes que ceux fonctionnant aux combustibles fossiles. Les éléments qui composent le système de combustion sont représentés à l annexe 3. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 25

36 Exemples d application L exemple de combustion directe le plus connu est probablement celui de la collectivité crie d Oujé-Bougoumou, village situé dans la région de la Baie-James au Nouveau-Québec. Installé en 1992, ce système de chauffage récupère la sciure de bois des scieries de la région pour la convertir en énergie en vue d alimenter tout le village en chaleur et en eau chaude. Le Centre de la technologie de l énergie de CANMET de Ressources naturelles Canada a financé une étude de faisabilité et la conception du système. Parmi les avantages, voici à titre d exemple les économies réalisées par le district d Oujé-Bougoumou au cours de l hiver , où le prix du mazout de chauffage a atteint 0,54 $/litre avant de revenir à 0,44 $/litre. À ce prix, le chauffage au mazout a coûté à la collectivité 96 $/MWh. En guise de comparaison, le chauffage à la biomasse lui coûtait 11 $/MWh, ce qui comprend le combustible, l amortissement, l entretien et tous les frais imprévus. En 2000, tonnes de sciure ont été brûlées pour répondre à 90 % des besoins en chaleur (Les énergies renouvelables en action, MRNC). En 2007, la communauté a utilisé du mazout pour combler ses besoins, car elle n a pu s approvisionner suffisamment en résidus provenant de la scierie de Chapais (Chaboyer, 2007). D où l importance de sécuriser son approvisionnement à long terme. Le système installé dans la communauté crie consiste en deux chaudières à biomasse de 2,7 MW. Deux chaudières au mazout, ayant une capacité globale de 2,5 MW, se trouvent dans un bâtiment séparé. La charge de pointe pour le chauffage pour la saison hivernale en l an 2000 a été de 2,4 MW. En 2000, il y avait 140 logements et 20 immeubles publics de branchés au système de chauffage du district. À ce moment, la canalisation pour le chauffage avait 12 km de long. La température de l eau d alimentation est maintenue à environ 85 C, avec des températures de retour qui oscillent entre 45 et 50 C. La température de l eau d alimentation en été se situe entre 65 et 70 C, ce qui est nécessaire aux besoins en eau chaude des résidants. Chaque immeuble est muni de deux échangeurs de chaleur distincts, l un pour chauffer le bâtiment et un plus petit pour l approvisionnement en eau chaude (MRNC). Communauté d Oujé-Bougoumou À Amqui, dans la vallée de la Matapédia, un projet de chauffage à la biomasse a fait l objet d une étude de préfaisabilité basée sur les résultats obtenus à l aide du logiciel de RETScreen. Une étude de faisabilité est en cours. Le projet consiste à installer deux fournaises sur lit fluide (900 C) qui serviront à chauffer quatre ou cinq bâtiments municipaux et l école secondaire, ainsi que le centre hospitalier. La vapeur produite par la combustion de la biomasse forestière génèrera de la chaleur qui sera redistribuée par un système de tuyauterie où circulera de l eau chaude. L approvisionnement se fera par l intermédiaire de scieries locales et de collectes de résidus en forêt. Cette quantité est assurée, car la ressource est abondante dans cette région. Un projet similaire ferait aussi l objet d une étude de préfaisabilité pour le centre hospitalier de Baie-Comeau (Légaré, 2007). 26 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

37 Dans les deux cas, il est plus économique de chauffer à partir d un système de combustion directe à la biomasse qu avec du mazout ou de l électricité, notamment depuis que le tarif biénergie d Hydro-Québec n est plus en vigueur. Dans les deux projets, environ 30 % d économie peut être réalisé sur les coûts de chauffage à la biomasse en remplacement du mazout. Le tableau 12 présente l estimation des coûts de chauffage annuels pour ces deux projets. Tableau 12 : Estimation des coûts de chauffage annuels pour une école, une église et un centre municipal Chauffage Centre hospitalier Projets communautaire Amqui Mont-Carmel Consommation d énergie pour le chauffage 3745 MWh 375 MWh Puissance de pointe 1320 kw 132 kw Coût électricité (Tarif biénergie, n est plus en vigueur depuis 2006) : $/KWh Coût mazout (0,60 $/litre) $ $ $ $ Coût électricité (Tarif M) $ - Coût hybride : 0,062 $/kwh $ - Coût électricité (Tarif G) Hôtel de Ville mazout Coût biomasse (exploitation, combustible, paiement de la dette) $ $ $ Puissance chaudière biomasse 1000 kw 75 kw Quantité de biomasse 1730 tonnes à 40 % hum. 153 tonnes à 40 % hum. Source : Baribeault, 2007 Le Programme d'encouragement aux systèmes d'énergies renouvelables (PENSER) a pris fin le 31 mars 2007 et sera remplacé par Le Programme écoénergie pour le chauffage renouvelable qui investira 36 M$ sur une période de quatre ans, soit jusqu en Un guide de l'acheteur, qui traite des petits systèmes de chauffage à la biomasse pour le secteur commercial, est offert par Ressources naturelles Canada (redi.penser@rncan.gc.ca). CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 27

38 2.2 La cogénération La cogénération permet de produire à la fois de la chaleur et de l électricité en faisant appel au gaz naturel, au mazout, à la géothermie, à la biomasse ou à la valorisation des déchets. Dans la plupart des applications, l'énergie mécanique produite est immédiatement convertie en énergie électrique pour être autoconsommée ou vendue à d autres utilisateurs. L'énergie thermique peut servir au chauffage de bâtiments, à la production d'eau chaude ou à des procédés industriels. Ce système est caractérisé par un rendement supérieur (70 à 90 %) à celui obtenu avec une production séparée de chaleur et d électricité, de plus, il permet de réduire de façon importante la facture énergétique et de limiter les émissions de polluants atmosphériques (Agence de l'environnement et de la Maîtrise de l'énergie, 2007). La cogénération à partir de biomasse peut faire appel à différentes technologies : turbine à vapeur, moteur à vapeur, cycle organique de Rankine, moteur Stirling. Le procédé est expliqué à l annexe 4. Exemples d application On compte douze centrales de cogénération à la biomasse forestière au Québec qui produisent plus de 285 MW et il y a des projets pour 150 MW supplémentaires. Boralex est le plus important producteur d'électricité à partir de résidus de bois en Amérique du Nord (5 centrales aux États-Unis et 2 au Québec). Figure 4 : Localisation des usines de cogénération au Québec Source : Baribeault, La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

39 Tableau 13 : Production issue de la biomasse forestière au Québec (1) Hydro-Québec Production Région Centrales Puissance installée (MW) Abitibi-Témiscamingue Boralex Senneterre 31 Tembec Témiscaming 10 Côte-Nord Arbec Port-Cartier 34 Estrie Domtar Windsor 26 Nord-du-Québec Domtar Lebel-sur-Quévillon 49 Chapais Énergie 31 Saguenay Lac-Saint-Jean Boralex Dolbeau (Bowater) 29 SFK Pâtes Saint-Félicien 29 Cogénération Saint-Félicien 23 Total 260 Hydro-Québec Distribution Région Centrales Puissance installée (MW) Estrie Kruger Brompton-Sherbrooke 19 Outaouais Bowater Gatineau 20 Total 39 Puissance installée totale 299 (1) Centrales dont une partie ou la totalité de la production est livrée à Hydro-Québec. Source : Hydro-Québec TransÉnergie (14 juin 2006). Source Hydro-Québec TransÉnergie, 2006 La ville de Saint-Félicien a accueilli sur son territoire une unité de cogénération de 25 MW alimentée par les déchets de l industrie forestière. L énergie thermique est récupérée et distribuée à des entreprises agricoles pour le chauffage de serres ainsi qu à des entreprises de transformation agroalimentaires et agro-industrielles utilisant des procédés de chauffage ou de séchage. Un réseau de distribution d eau chaude issue de l unité de cogénération fournit les entreprises par l entremise de «bornes thermiques». L eau refroidie est retournée à l usine de cogénération. Ce système apporte des gains économiques et environnementaux aux entreprises et à la communauté (Écoparc, 2005) : Économies de 60 à 80 %/an des frais de chauffage; Investissements récupérés en 24 à 36 mois; Réduction de 80 % des émissions de gaz à effet de serre; Réduction des impacts sur l eau, les sols, la biodiversité et la santé humaine. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 29

40 La plus grande des installations de cogénération au Canada est l usine de Williams Lake (Colombie-Britannique), dont la turbine à vapeur à condensation produit 66 MW, mais qui peut atteindre 75 MW d électricité. Elle brûle chaque année environ tonnes de débris ligneux, notamment des écorces, des copeaux et de la sciure de bois. Ces déchets ligneux proviennent de cinq scieries du voisinage, et l électricité ainsi produite est vendue à BC Hydro en vertu d un contrat d achat de 25 ans. Cette usine était rentable à cause d une prime à la protection de l environnement. Le coût moyen actualisé de l énergie produite par cette usine est estimé à 0,06 $/kwh. À cause de l augmentation des coûts du gaz naturel et du pétrole et le développement des technologies de cogénération, cette technologie peut être très compétitive (Conseil canadien de l innovation forestière, 2006). Le tableau 14 est présenté pour donner une idée des coûts et des économies d échelle pour l installation de systèmes dont les capacités électriques varient de 500 à kw. Tableau 14 : Exemples de coûts par kw installé pour les turbines à vapeur Capacité électrique (kw) Type de turbine Sortie de turbine pression de vapeur Sortie de turbine pression de vapeur Sortie de turbine pression de vapeur Coût de l équipement ($/kw) 550 $ 325 $ 300 $ Coût total incluant l installation ($/kw) $ 569 $ 525 $ Dépit de vapeur (kg/h) Pression d opération (bar) 35,5 42,4 49,3 Température de surchauffe ( C) Sortie de turbine pression de vapeur (bar) 4,4 11,3 11,3 Température à la sortie de turbine ( C) Rendement de la turbine à vapeur 47 % 65,8 % 77,6 % Source : Logiciel RETScreen, Manuel de l utilisateur en ligne Avantages et inconvénients pour le milieu rural L utilisation de la biomasse forestière en combustion directe présente des avantages socioéconomiques intéressants surtout pour les communautés des régions ressources forestières du Québec qui ont accès à la matière. Des revenus directs peuvent être générés par les activités de récolte, de transport, d installation et d entretien des systèmes. Cela représenterait de 0.5 à 0.8 emplois pour les systèmes de combustion directe (Baribeault, 2007). Des économies peuvent aussi être réalisées par l installation de système de combustion à la biomasse en remplacement des systèmes qui utilisent les énergies fossiles. Une autonomie énergétique accrue pour certaines régions éloignées est aussi un avantage. 30 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

41 En résumé La biocombustion, qui consiste à brûler de la biomasse pour produire de l énergie sous forme de chaleur ou d électricité, représente une source d énergie parmi les plus rentables, du moins lorsque les résidus forestiers sont abondants et accessibles. Les technologies entourant les systèmes de combustion au bois sont à point. Le défi actuel réside dans la récolte, la préparation et le transport des résidus, et ce, de façon intégrée avec les opérations de récolte de bois traditionnelles. Deux exemples de biocombustion à grande échelle au Québec sont connus : celui établi par la nation crie d Oujé-Bongoumou et celui établi par la ville de Saint-Félicien. Dans chacun des cas, la rentabilité des systèmes est remise en cause par la précarité de l approvisionnement en biomasse. Une dizaine de systèmes de cogénération sont installés au Québec et plusieurs autres sont projetés. 2.3 La biomasse densifiée à partir de matières ligneuses Depuis quelques années sont apparues sur le marché des «bûches énergétiques» fabriquées à partir de résidus de bois francs à 80 % ainsi que des granules ou «pellets» de bois. Avant l arrivée de ces produits sur le marché, on proposait des grains de maïs séchés comme combustible. Les principaux producteurs de granules québécois affirment que les résidus provenant des scieries sont de moins en moins disponibles. D autres sources d approvisionnement comme la récolte en forêt de résidus et la matière ligneuse ou cellulosique provenant de la culture de saules ou de graminées, par exemple, sont donc à développer. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 31

42 Photo 7 : Exemples de bûches et de granules condensées Source : Centre wallon de recherches agronomiques, 2007 La combustion du bois étant une source importante d émission de particules fines, le chauffage résidentiel au bois fait l objet d une attention particulière. À cet égard, Recy-Clone inc. a réalisé un projet qui démontre l efficacité énergétique et environnementale d un combustible fait de résidus de bois densifiés. Des tests effectués sous la supervision de Forintek démontrent que ce combustible produit environ 50 % moins d émissions de particules fines que les bûches traditionnelles (tableau 15). Ces bûches densifiées auraient une efficacité énergétique accrue, produiraient moins de cendre et leur uniformité faciliterait l entreposage. En comparaison avec les bûches traditionnelles, elles émettent 2,4 fois moins de particules et ont une durée de combustion de 12 minutes/bûche de plus. Elles ont cependant un taux de combustion comparable. 32 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

43 Tableau 15 : Comparaison entre la combustion de bûches densifiées et traditionnelles Paramètres Poêle certifié EPA Poêle non certifié EPA Bûches Bûches Bûches densifiées traditionnelles Bûches densifiées traditionnelles Taux d'émission de particules (g/h) 3,6 8,5 8,7 12,9 Taux de combustion (kg sec/h) 1,1 1 1,8 2,9 Niveau de fumée (0 à 3) après 30 min. 1 n. d. 0 2 Durée de combustion (minute) Source : Environnement Canada, 2005 Le Groupe Infor, partenaire de Roche ltée, Groupe-conseil, est présentement en train de concevoir un document de vulgarisation qui fait le point sur le potentiel de la filière des granules et bûches de bois densifiées au Québec. Cette étude a été mandatée par le Q-web (Groupe régions du Québec - Wood Export Bureau) et sera disponible sur les sites Internet des Conférences régionales des élus (CRÉ). Ce document contiendra entre autres de l information sur : les volumes de biomasse, les réseaux de distribution, les équipements de fabrication de granules et de bûches disponibles sur le marché, l aménagement d usine type applicable à la situation du Québec selon les approvisionnements, les marchés et les coûts, les investissements requis, les coûts de production, les coûts de revient, etc. Le procédé de fabrication des bûches et granules est présenté à l annexe 5. Le document préliminaire du Groupe Infor a fait l objet d une présentation au Symposium sur la valorisation de la biomasse forestière et des résidus de transformation, tenu à Val-d Or en avril La plupart des informations qui suivent sont tirées de la présentation de M. Jacquelin Goyette du Groupe Infor. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 33

44 Marché de la granule de bois densifiée Les volumes de vente de granules sont faibles au Québec (~ tm/an). Ceci étant attribué à i) un taux de pénétration peu élevé des poêles à granules, ii) l absence d incitatifs financiers de la part des gouvernements, iii) le faible coût de l électricité et iv) la relative abondance des résidus forestiers. À l instar des crédits d «énergie verte» et des subventions offertes aux propriétaires occupants et aux petits producteurs d énergie dans certains pays d Europe, le marché québécois pourrait certainement être stimulé par des incitatifs à l achat pour ce type de produit. Pour le moment, il n en existe aucun au Québec. Le prix de vente au détail pour des granules de qualité «premium» est de 195 $/t ( $/t coûts de production). Il existe aussi un marché industriel pour la vente de granules en vrac, notamment pour les usines de cogénération. Le prix de vente en vrac est de $/t. Dans le nord-est des États-Unis, le volume de vente de granules est beaucoup plus élevé (consommation de tm/an), et ce, malgré des prix de vente au détail de $ US/t pour des granules «premium». Cette qualité représente environ 95 % du marché contre 5 % pour des granules de qualité standard ( $ US/t). Évidemment, le coût élevé de l électricité chez nos voisins du sud (0,14/kWh) est un facteur déterminant. La croissance de l utilisation de granules de bois est pour le moment relativement stationnaire en Amérique du Nord par rapport aux fortes augmentations de la demande observées en Europe *2007 Exportation outremer Exporation aux États-Unis Consommation résidentielle (en vrac) Consommation résidentielle *Production estimée Figure 5 : Production canadienne de granules de bois densifiées Source : WPAC 34 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

45 Au Canada, il y aurait actuellement 25 usines de granules en production. Une augmentation de la production est à prévoir dans l Ouest conséquemment à l infestation actuelle du dendroctone du pin en Alberta et en Colombie- Britannique. Le Canada a produit 1,3 Mt de granules en ,1Mt aux États-Unis; 4,65 Mt en Europe (Suède : 1.2 M; Autriche M; Allemagne M; etc.). Le marché mondial est très compétitif. La Wood Pellet Association of Canada (WPAC) prévoit des exportations vers les usines de cogénération européenne qui excèderont les 700,000 tonnes en Les exportations canadiennes pour 2010 sont estimées à 5 Mt (Swann, 2007). Tel que mentionné précédemment, plusieurs pays européens ont adopté des politiques énergétiques favorisant les énergies vertes, ce qui fait en sorte que le marché des granules y est important. Récemment, l offre s est accrue, car plusieurs producteurs européens de granules sont entrés sur le marché. Le prix des granules fluctue selon la demande, en fonction de la rigueur des hivers. Le coût de transport entre le Canada et l Europe se situe entre 35 et 50 $/tm (Swann, 2007). L écart entre la production et la consommation européenne est estimé à tm en 2007 et pourrait s accroitre à tm en 2010 (colonnes en rouge dans la figure suivante). En Europe, on s attend à combler cet écart par l importation de granules en provenance du Canada et des États-Unis (Jensen, 2007). METRIC TONNE 14,000,000 13,500,000 13,000,000 12,500,000 12,000,000 11,500,000 11,000,000 10,500,000 10,000,000 9,500,000 9,000,000 8,500,000 8,000,000 7,500,000 7,000,000 6,500,000 6,000,000 5,500,000 5,000,000 4,500,000 4,000,000 3,500,000 3,000,000 2,500,000 2,000,000 1,500,000 1,000, ,000 0 European Production Import to Europe WOOD PELLETS CONSUMPTION EUROPE Estimated European Consumption Poly. (Estimated European Consumption) Poly. (European Production) Expon. (Import to Europe) PREDICTION IN YELLOW Figure 6 : Marché européen de la granule de bois Source : Swann, 2005 Wood Pellet Association of Canada (WPAC) CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 35

46 Marché de la bûche de bois densifié Ce marché est en développement, et pour le moment l offre est plus grande que la demande. La plupart des producteurs nord-américains ne produisent pas à pleine capacité. Selon les marchés, une croissance de la demande de l ordre de 10 à 30 % est à prévoir pour l horizon Le prix de vente au détail est actuellement de 430 à 480 $/t (Swann, 2007). Exemples d application Il y aurait huit entreprises de fabrication de bûches et de granules de bois au Québec : Bûches Recy-Clone (Québec) Bois sec Fraser (Terrebonne) P.W.I. INDUSTRIES INC. (St-Hyacinthe) Granules Lauzon Bois énergétique recyclé inc. (Papineauville et Saint-Paulin) : 30 employés chaque usine; GRANULES L.G. inc. (Saint-Félicien) : employés, 90,000 t/an; Énergex (Lac-Mégantic) : 60 employés, 120,000 t/an; Les Granules Causap inc. (Causapscal); Granule Boréal inc. (Amos). L entreprise Rosario Poirier, située à Saint-Alphonse dans la Baie-des-Chaleurs, a reçu une aide financière pour mettre en place un projet de transformation de résidus de bois de sciage en bûches densifiées; pour construire une usine de seconde transformation à proximité de l'usine de sciage; et pour acquérir de nouveaux équipements d'automatisation en vue d'augmenter le rendement des matières premières utilisées (Radio-Canada, Est du Québec, 2006). Produits forestiers Saguenay inc. de Laterrière réalise une étude de faisabilité et un plan d'affaires en vue d'installer une usine de rabotage et une autre de fabrication de granules énergétiques dans l'arrondissement de La Baie à Ville de Saguenay. Les sciures et les planures nécessaires au fonctionnement de l'usine de granules de bois pourraient provenir des usines régionales de Produits forestiers Saguenay inc. et de la compagnie Abitibi- Consolidated (MRNF, 2006). 36 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

47 Le fabricant des bûches densifiées «Smartlog», Bois B.S.L. Énergie inc. situé à Mont-Joli, a reporté son projet à 2008 dû à un délai d attribution de volumes de bois. Pour exploiter une usine de transformation du bois au Québec, il faut être titulaire d un permis délivré à cette fin par le ministre des Ressources naturelles et de la Faune (MRNF). Efficacité et rentabilité La capacité de production des usines de granules et de bûches est en hausse significative depuis quelques années. Selon la WPAC, la capacité moyenne des usines canadiennes de granules était de t/an en Selon le Groupe Infor, la capacité moyenne des usines québécoises de bûches est d environ t/an. Les usines de granules (surtout celles avec un séchoir) ont de plus en plus tendance à fonctionner 24/24 heures et 7/7 jours. Un nouveau producteur de granules ne devrait pas viser une capacité de production inférieure à t/an et devrait idéalement atteindre t/an pour réaliser des économies d échelle. Les presses à granules les plus efficaces sur le marché peuvent présentement produire jusqu à 5 t/h contre 2 t/h pour les presses à bûches. L investissement requis pour construire une usine de granules (équipement neuf) varie de 2 à 10 M$ selon la capacité. L investissement requis pour construire une usine de bûches est de 0,5 à 3 M $. La production de granules à partir de résidus de scieries serait beaucoup moins coûteuse, car la biomasse peut être obtenue au prix de $/t, tandis que le coût d approvisionnement à partir de résidus provenant de la forêt est estimé à $/t. Pour le consommateur, le principal inconvénient des granules est qu il faut se procurer un poêle adapté qui est relié à un évent et muni de batteries de secours rechargeables. Les coûts d'investissement dépassent très facilement les 3000 $. Il faut environ neuf ans pour récupérer l'investissement. Partant de l hypothèse que le chauffage électrique d'une résidence standard représente un coût annuel d'environ 1300 $, que l'installation d'un poêle à granules permet de combler les 3/4 des besoins de chauffage, et que le prix d un sac de 40 livres est de 3,80 $, les économies pour l'année seront d'environ 325 $ pour un appareil dont le rendement saisonnier est de 75 % (Rheault, 2007). CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 37

48 2.4 La biomasse condensée à partir de cultures énergétiques Les granules de saules La fabrication de granules et de bûches à partir de cultures énergétiques est une idée qui circule de plus en plus. Cette filière est en plein développement et il y a encore beaucoup d essais à faire. Des granules de saules sont produites en Europe, mais celles-ci sont utilisées surtout dans des systèmes de chauffage puissants, car dans les poêles domestiques, elles produiraient trop de cendre et les coûts associés au nettoyage sont difficiles à assumer pour un particulier. Agro Énergie, une entreprise située à Saint-Roch-de-L Achigan est présentement en phase d implantation pour la production de saules vouée à des usages énergétiques, que ce soit pour la production de granules ou de biomasse pour la production d éthanol. Leur objectif est de mettre en culture 1000 ha. Pour le moment, 250 ha ont été plantés et l entreprise est à la recherche de partenaires pour la culture des 750 autres. La récolte aura lieu dans trois ou quatre ans. La recherche d hybrides de saules plus performants est constante. Présentement, trois variétés d hybrides sont privilégiées : Salix viminalis (plus sensible aux ravageurs comme la cicadelle), Sx 64 et Sx 67 (moins sensibles que viminalis et plus prometteurs). L entreprise estime la valeur d une tonne de granules de saules autour de 300 $. Les propriétaires espèrent que la mise en place d une bourse du carbone au Canada leur permettra d augmenter leur revenu. Agro Énergie est en lien avec Enerkem Technologies pour une éventuelle entente d approvisionnement en biomasse pour la production d éthanol par gazéification (Allard, 2007). Les granules de graminées Selon Roger Samson, chercheur au Resource Efficient Agricultural Production (REAP-Canada), la paille possède un potentiel énergétique faible (1 m 3 de bois fournit autant d'énergie que 5 à 10 m 3 de résidus agricoles compactés) et les agriculteurs préfèrent s en servir en tant que litière ou de conditionneur de sol. Il semble cependant économiquement intéressant de produire des graminées pérennes à croissance rapide pour produire de la biomasse condensée qui sera brulée sous forme de granules. Pour fabriquer ces granules, il ne suffit que de changer quelques pièces sur l équipement qui sert à fabriquer les granules de bois. La combustion de granules de graminées permet de réduire d environ 95 % l émission de particules polluantes. Par ailleurs, comme les résidus de bois sont très bien utilisés au Québec, le marché de la granule de bois semble avoir atteint ses limites. Pour cette raison, il serait opportun de développer rapidement la filière «graminées» (Samson, 2007). 38 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

49 La mise en culture de terres en friche avec des graminées comme le panic érigé (Panicum virgatum, Switchgrass), l alpiste roseau (Phalaris arundinacea, Reed canary grass), la barbe de Gérard (Andropogon gerardii, Big blue stem), l agropyre intermédiaire (Agropyron intermedium), le miscanthus (Elephant grass), la spartine (Spartina pectinata) et la phragmite, est une option à explorer. Le tableau suivant présente les teneurs en énergie, en cendre et en minéraux pour différentes matières. Tableau 16 : Caractéristiques : granules de bois, paille de blé et panic érigé Source : Il est possible, par un procédé mécanique, de fractionner la matière récoltée et de garder la portion de meilleure qualité (tige) pour la production de granules résidentielles (coût approximatif 220 $ la tonne) et d utiliser les parties moins intéressantes, comme les feuilles, pour la production de granules institutionnelles, industrielles ou commerciales (coût approximatif 115 à 120 $ la tonne). Exemples d application Un projet, présentement en cours à Lac-Mégantic dans la MRC du Granit en Estrie, vise à évaluer le potentiel de production de biomasse de trois cultures pérennes : panic érigé, alpiste roseau et agropyre intermédiaire, en vue de leur utilisation dans la production de granules combustibles de chauffage. Pour évaluer correctement le potentiel de ces cultures, les producteurs agricoles de la région se sont associés à la Société d'agriculture du Granit, au MAPAQ, au CLD de la MRC du Granit, au Club agro-environnemental de l'estrie et à Granules combustibles Énergex. Des essais étalés sur trois ans permettront d'identifier les méthodes culturales appropriées ainsi que la marge bénéficiaire la plus réaliste de cette production de biomasse. Les raisons qui ont poussé ce groupe de partenaires à se lancer dans ce projet sont les suivantes : la disponibilité de superficies cultivables, la valeur relative du fond de terre, la disponibilité de la machinerie de récolte, la CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 39

50 proximité d une entreprise de transformation, le peu d'investissement relié à cette usine pour accueillir le produit et la rareté grandissante des matières premières traditionnelles (Saucier, 2007). Photo 8 : Conseiller du MAPAQ dans un champ de panic érigé Source : MAPAQ Au Lac-Saint-Jean, un producteur a semé huit hectares de panic érigé pour la production de granules. Ce producteur possède également les installations pour transformer la paille en granules. Pour le moment, il serait le seul au Québec à granuler le panic érigé. Selon M. Samson, il y aurait quelques personnes intéressées à développer la production de bûches à partir de graminées. En Ontario, quelque 20 serres sont passées aux «agrigranules» en 2006, de même que quelques-unes au Québec. Les poêles utilisés peuvent, selon les disponibilités, brûler des granules de graminées, de maïs, de blé ou de bois. En Suède, il y aurait plus de poêles à granules vendus que de poêles conventionnels. Le REAP a récemment reçu l appel d un distributeur à la recherche de deux millions de tonnes de granules de graminées pour le marché européen. De son côté, l entreprise Dell-Point a reçu un appel du Danemark à ce sujet. Efficacité et rentabilité Le tableau suivant donne une idée des coûts d investissement et de production de granules de panic érigé. Comme on peut le constater, le coût d exploitation pour le séchage est très élevé. 40 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

51 Tableau 17 : Coûts de production par tonne de granules de panic érigé (en US $ 2004) Opérations de fabrication de granules (panic érigé) Coût en capital ($t -1 ) Coût d'opération ($t -1 ) Coût total ($t -1 ) Énergie utilisée (GJt -1 ) Séchage 2,46 7,84 10,30 0,350 Broyeur à marteau 0,25 0,70 0,95 0,100 Granuleur 1,43 1,88 3,31 0,268 Refroidissement 0,13 0,21 0,34 0,013 Tamisage 0,11 0,05 0,16 0,006 Emballage 0,56 1,37 1,93 0,006 Emmagasinage 0,07 0,01 0,08 0,026 Équipement divers 0,42 0,33 0,76 0,052 Personnel 0,00 12,74 12,74 - Bâtiment et terrain 0,21 0,05 0,26 - Coût total 5,64 25,18 30,83 0,821 Source : Sokhansanj, 2006 Selon M. Samson, le Québec pourrait produire environ 5,2 millions de tonnes, soit près de l équivalent de 16 millions de barils de pétrole (30 barils/an/ha) en consacrant 20 % de ses terres les plus marginales et 40 % des terres utilisées pour la production de plante fourragère à cette culture de graminées. Ce calcul est basé sur une production d au moins 10t/ha (La Terre de chez nous, 2006). Les coûts de transport et de production sont évalués à 70 $ la tonne et la granulation à 40 $. Une subvention de 30 $ la tonne et un crédit d impôt pour les poêles suffiraient à démarrer cette industrie. «C est d autant plus pertinent de le faire que chaque tonne de biomasse qui remplace une tonne de mazout permet de réduire d au moins 1,2 tonne d équivalent de CO 2 dans l atmosphère.» Le cycle du carbone permet en effet à la plante en croissance de capter 90 % de ce qui est émis pendant la production et la combustion. Il serait rentable et écologique de construire plusieurs petites usines de granules en milieu rural pour subvenir à la consommation locale. Par exemple, des usines de petite taille qui transformeraient 220 t/j pourraient s approvisionner dans un rayon de 20 km. Ce calcul est toujours basé sur une production de 10t/ha. Il est possible de produire des granules de graminées pour 6 $/GJ. Avec une subvention de 2 $/GJ, cette filière pourrait être compétitive avec la filière du gaz naturel (Samson, 2007). Pour qu un système thermique central à base de granules soit rentable, il faut qu il soit localisé près d un ensemble de bâtiments situés à proximité les uns des autres (ex. : école, église, mairie, aréna, entreprises, etc.), car le réseau de distribution est coûteux à installer. Lorsqu on ne peut profiter de cette proximité, il vaut mieux cibler l utilisation de systèmes à granules pour des bâtiments isolés. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 41

52 L éventuel marché québécois de granules de graminées serait potentiellement à l abri de la compétition de nos voisins du sud, et ce, pour plusieurs raisons : la demande interne est forte et l offre est faible; le prix des terres est élevé, ce qui entraîne des coûts de production supplémentaires pour le même produit; et le coût du transport doit aussi être considéré. En fait, la Nouvelle-Angleterre est un marché potentiel pour le Québec, car les besoins en énergie y sont grands et les sources d énergie limitées. De plus, la qualité de la biomasse produite au Québec à partir de plantes de type C 4 est plus élevée que celle produite dans le sud. Pour que l exportation de ce produit soit intéressante il faudrait disposer d un minimum de 7000 tonnes. L idéal serait d implanter une usine pour d abord répondre aux besoins locaux, et d exporter ensuite les surplus (Roger Samson, 2007). La paille de panic érigé peut aussi être vendue pour faire des ballots pour la construction de maisons de paille. C est un marché marginal mais qui permet d aller chercher une plus-value sur le produit. La paille de panic contient moins d eau et moins de grains que d autres types de paille. La cendre qui est générée par la combustion des granules peut aussi être valorisée par son épandage aux champs. Il est aujourd hui assez facile de s approvisionner en granules (de bois) un peu partout au Québec par l entremise des centres de rénovation. La distribution des granules de graminées pourrait utiliser le même réseau. Avantages et contraintes pour le milieu rural La fabrication de bûches énergétiques et de granules présente des avantages socioéconomiques pour les communautés rurales, car cette activité est créatrice d emplois : récupération et production de biomasse, transport, transformation, distribution. La culture de saules et de graminées permet de diversifier les activités agricoles, tout en mettant en valeur des terres inutilisées, et permettra éventuellement de bonifier les revenus par l obtention de crédits de carbone. Bien que l on compte de plus en plus de joueurs sur le marché de la granule de bois, la demande européenne et américaine représente un marché d exportation intéressant pour le Canada. La mise en place d incitatifs financiers favoriserait le développement d entreprises en milieu rural. La production de bûches et de granules présente plusieurs avantages d un point de vue environnemental : la valorisation des résidus forestiers, la réduction de particules en suspension dans l air, la culture de végétaux peu exigeants en produits de synthèse et présentant des bénéfices collatéraux écologiques et la réduction des GES par le remplacement d énergies fossiles. 42 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

53 En résumé La biomasse condensée est obtenue en densifiant de la matière ligneuse provenant généralement des résidus générés par la transformation du bois. Les granules de bois et les «bûches énergétiques» constituent les deux principaux marchés de la biomasse condensée. Les technologies de production sont opérationnelles et on dénombre actuellement huit usines en opération au Québec. La densification de la matière ligneuse provenant de cultures énergétiques (saules, graminées) est réalisée en Europe et elle suscite maintenant l intérêt de quelques promoteurs québécois. Des recherches menées au Québec (Samson, 2007) mettent en relief le potentiel prometteur de l utilisation de graminées vivaces, tel que le panic érigé, pour la production de granules. En Ontario, quelque 20 serres sont passées aux «agrigranules» en 2006, de même que quelques-unes au Québec. La demande de granules est forte en Europe et plusieurs usines s installent dans l Ouest canadien, profitant de la grande quantité de résidus de bois rendue disponible par l infestation de dendroctones. Le procédé de densification permet de réduire les frais de transport et d augmenter la valeur énergétique de la biomasse. La combustion des bûches densifiées rejette 50 % de moins de particules fines que la combustion des bûches traditionnelles. Les poêles utilisés peuvent, selon les disponibilités, brûler des granules de graminées, de maïs, de blé ou de bois. Le principal inconvénient des granules est qu il faut se procurer un poêle adapté qui est relié à un évent et muni de batteries de secours rechargeables. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 43

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55 Section 3 : Les biocarburants liquides Les biocarburants tels que le biodiésel et l éthanol produits à partir de cultures de canola, de soya, de maïs ou de céréales par exemple, entrent en compétition avec les productions alimentaires. Ils peuvent être utilisés comme carburant dans les véhicules motorisés en étant directement incorporés dans le diesel ou l essence, ce qui leur permet de bénéficier des réseaux actuels de distribution de carburants. Les technologies de transformation pour la production de ces carburants de première génération sont bien développées et éprouvées. Il est possible aujourd hui de produire de l éthanol cellulosique à partir d une large gamme de biomasse (résidus ligneux et cellulosique, végétaux à croissance rapide) qui ne requiert pas l utilisation intensive de bonnes terres agricoles. Les technologies de conversion sont cependant en développement pour produire ce biocarburant de deuxième génération de façon rentable. 3.1 Le biodiésel Le biodiésel est produit à partir de ressources renouvelables ou recyclables telles que les huiles végétales provenant de cultures oléagineuses (principalement colza ou canola, soya, tournesol, huile de palme), les huiles de friture recyclées et le gras animal. Le canola est généralement cultivé pour la production d huile alimentaire, mais sa culture a beaucoup diminué dernièrement au Québec à cause de la chute des prix. Les huiles de poisson provenant des usines de transformation peuvent aussi être transformées en biodiésel. Le biodiésel est utilisé en mélange au diésel dans des concentrations de 2 % (B2), 5 % (B5) et 20 % (B20). Dans ces cas, aucune modification et aucun ajustement des moteurs ne sont nécessaires. Utilisé pur à 100 % (B100), des modifications sont nécessaires. Un mélange à 2 % génère de 1 à 2 % moins d'émissions de GES que le diésel (de la culture d'oléagineux, ou de la récupération des déchets animaux, à la fabrication et à l'utilisation du biodiésel). Un mélange à 20 % produit 12 à 18 % d'émissions en moins, et le biodiésel pur produit 64 à 92 % d'émissions de gaz à effet de serre en moins que le diésel de pétrole. Le biodiésel est obtenu par un processus chimique appelé la transestérification qui fait réagir les huiles et les gras à un alcool (méthanol ou éthanol) en présence d un catalyseur (comme l hydroxyde de sodium ou de potassium). Ce procédé est expliqué en détail à l annexe 6. De ce processus résultent des coproduits : la glycérine et le tourteau. La glycérine est utilisée dans la fabrication de produits alimentaires et de soins personnels. Comme l'objectif du gouvernement fédéral, qui est de 500 Ml de biodiésel d'ici 2010, entraînera la production de 50 Ml de glycérol brut chaque année, cette croissance risque de faire chuter les prix du glycérol dont le marché est limité. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 45

56 Des études en cours à l'université de Saskatoon ont cependant permis de découvrir que la pyrolyse du glycérol donnerait un produit final composé à 93 % de syngas (Fondation Biocap Canada, 2006). Le tourteau quant à lui peut être commercialisé en tant qu aliment pour les animaux de ferme ou peut être condensé pour fabriquer des granules. Il pourrait aussi être pyrolysé pour produire de la biohuile. Exemples d application Au Québec, l unique producteur de biodiésel à échelle commerciale est Rothsay Biodiesel, une filiale de Maple Leaf. Cette entreprise utilise seulement des gras animaux provenant des usines de la compagnie et des huiles recyclées collectées dans les restaurants et entreprises de transformation alimentaire de la région de Montréal. Il y a quelques microproductions «maison» au Québec. Par exemple, un groupe d étudiants du Centre collégial de transfert de technologie en oléochimie industrielle OLEOTEK (Thetford Mines), ont collecté 240 litres d huiles alimentaires provenant d une cafétéria, d un aréna et d un restaurant. OLEOTEK a prêté l équipement nécessaire à la production du carburant. Ce dernier a été utilisé dans les véhicules à moteur diésel de la Ville de Thetford Mines et dans ceux d une entreprise de la même ville. À la suite du succès de ce projet pilote, la Technopole de la région de Thetford Mines ainsi que ses principaux partenaires envisagent le développement d une activité économique permanente de collecte et de transformation (Tremblay, 2007). La transformation d huiles ou de gras récupérés, qui ont déjà été chauffés et qui contiennent des acides gras libres, est complexe et elle occasionne des problèmes techniques difficiles à régler. Le gras animal provenant des abattoirs ou de la transformation de la volaille serait une matière plus intéressante à utiliser (Chaala, 2007). Il faut cependant nuancer notre propos concernant le marché du gras animal, celui-ci étant accaparé par les entreprises de Alex Couture et de Rothsay, détenues toutes les deux par Maple Leaf. Le prix serait passé de 300 $/t. en 2006 à 700 $/t. en 2007 (Turmine, 2007). Les avis divergent sur les quantités disponibles. La transformation en savon ou la méthanisation du gras animal représenteraient de meilleures options (Chaala, 2007). La mise en marché du biodiésel exige une certification qui respecte des normes de qualité très strictes et dont les analyses sont très coûteuses. Comme chaque lot doit être certifié, il est préférable de produire de grandes quantités qui seront testées en une seule fois pour éviter des frais supplémentaires (2000 $/lot testé). Cette façon de procéder exige l assurance de qualité de l approvisionnement, sans quoi un petit volume provenant d une source non fiable peut contaminer tout le stock. Pour contourner la certification, les productions à petite échelle sont souvent écoulées localement, sans passer par la vente du produit, et ce, par l entremise d une coopérative de producteurs agricoles par exemple. À ce moment-là, les usagers doivent être conscients du risque associé à la qualité du carburant, surtout si celui-ci n a pas subi de tests de qualité. 46 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

57 Dans le cas d une flotte captive de véhicules appartenant à une municipalité par exemple, une autre contrainte s applique, soit l obligation de procéder par appel d offres pour son approvisionnement en carburants, à moins qu elle ne soit propriétaire de l usine de biodiésel. Actuellement, les producteurs agricoles bénéficient d un carburant diésel bon marché et il ne semble pas avantageux de se lancer dans la production de biodiésel, à moins de retirer d autres avantages de cette initiative. Un projet de construction d une usine pilote de biodiésel en Gaspésie a été annoncé en février 2007, plus précisément à Amqui, dans la vallée de la Matapédia. Fait surprenant, le promoteur utilisera une technologie développée à l étranger pour produire du biodiésel à partir de la biomasse forestière. Le procédé (thermocatalyse?) est déjà éprouvé et utilisé à d autres usages industriels. Le promoteur désire installer son usine dans cette région, car son approvisionnement en biomasse forestière semblerait assuré à long terme. Les approvisionnements seraient déjà négociés et le financement accordé. M. Michaud, commissaire industriel de la ville d Amqui qui est en lien avec le promoteur étranger, ne peut livrer d informations sur le sujet, celles-ci étant pour le moment confidentielles. La fabrication artisanale de biodiésel peut être une avenue intéressante. Comme exemple, soulignons le cas d Aliksir, une entreprise familiale qui s est spécialisée dans l extraction des huiles essentielles. L entreprise récupère les huiles de friture dans les restaurants locaux et fabrique son propre biodiésel. Ce dernier est utilisé comme combustible pour chauffer les cuves d extraction. Le coût de revient d un tel système serait d environ de 0.75 $ le litre (Langlais, 2007). Photo 9 : Installations de Aliksir CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 47

58 Au Nouveau-Brunswick, deux usines de biodiésel ont démarré leur production au printemps Il s agit de Bio-D Énergie située à Clair et d Eastern Greenway Oils Inc. située à Waterville. M. Turmine, de Bio-D Énergie, a d abord démarré une production «maison» de biodiésel au Québec en utilisant l huile résiduelle provenant de la transformation d aliments pour animaux. Pour Bio-D Énergie, le contexte de la culture de pommes de terre au Nouveau-Brunswick est idéal pour lancer une production commerciale de biocarburants à partir d oléagineux, ceux-ci permettant d intégrer des cultures de rotation. Voici la liste des usines de biodiésel au Canada (Canadian Renewable Fuels Association, 2007) : Rothsay Biodiésel, filiale d'aliments Maple Leaf (Ste-Catherine, Qc), 35 millions litres/an, 2 types de biodiésel : à base de graisses animales et à base d'huiles et de graisses de friture recyclées; Rothsay (Montréal, QC), 30 millions de litres/an; Applications : BioBus de Montréal; Milligan Biotech (Foam Lake, Saskatchewan canola), 1 million de litres/an; BIOX Canada Ltd. (Ontario canola et autres sources d huiles et gras), 60 millions de litres/an; la technologie de BIOX permettrait de transformer les huiles et les graisses en biodiésel plus rapidement que tout autre procédé, réduisant considérablement les coûts de production; Bioraffineries de biodiésel (canola) et d éthanol (céréales) (Alberta), 374 millions de litres/an chacune - construction printemps 2007; Investissement : 400 M$ Il y aurait 87 usines de biodiésel aux États-Unis capables de produire plus de 580 Mgal/an (National Biodiesel Board, 2007). Il y aurait une douzaine de projets en cours pour une capacité de production totale de 1.4 milliard de gallons/an. Par ailleurs, les plus grands éleveurs de poulets, de bœufs et de porcs aux États-Unis, Tyson Foods et Smithfield, ont annoncé leur intention de convertir les milliards de kilos de gras animal qu ils produisent annuellement en biodiésel. Tyson Foods évalue qu il produit un peu plus d un milliard de kilos de gras de poulet chaque année, soit l équivalent de 1,1 milliard de litres/an (Gl/an) que l entreprise pourrait transformer en biodiésel (Enjeux-ÉNERGIE, 2007). Efficacité et rentabilité Les économies d échelle sont significatives pour les usines de production de biodiésel. En effet, les coûts d investissement d une usine de biodiésel sont estimés en fonction de la capacité de production. Selon les données présentées dans le tableau 18, les coûts d investissement pour une usine d une capacité de production de 1,9 Ml/an sont estimés à 0,70 $/l, et ces coûts vont en diminuant lorsque la capacité de production augmente. 48 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

59 Tableau 18 : Coût des investissements pour la production de biodiésel Source : TDDC, 2006 Il n y a pas d usine de production à petite échelle au Québec, mise à part l usine de Saint-Mathias appartenant à M. Turmine qui produit du biodiésel avec l huile résiduelle provenant de ses activités de transformation. À titre indicatif et en se basant sur les rendements de cette usine, il est possible d obtenir, à partir de 1000 kg de soya, 820 kg de tourteau (246 $ de revenu en février 2007), 60 kg d eau et 120 kg d huile (102 $ de vente en février 2007). Le prix de l huile était de $/t en février et il fluctuera certainement dans les prochaines années dû à l éventuelle augmentation de la production de biodiésel en Amérique du Nord. Le marché se stabilisera probablement au bout de 2 à 3 ans. Ce délai correspond au temps qu il faut pour construire et roder une usine avant qu elle n atteigne un rendement à pleine capacité (Turmine, 2007). Au Nouveau-Brunswick, l usine de Clair produira 10 Ml/an à pleine capacité pour des coûts d investissement d environ 3 à 4 M$. Afin de réduire les coûts d investissement, l entreprise a acheté une ancienne meunerie. Celleci nécessitera une quarantaine d employés et l approvisionnement nécessitera la mise en culture de à ha de canola. Bien que la production de biodiésel semble simple, il demeure difficile d obtenir un produit de qualité constante. Le contrôle de qualité représente des coûts élevés pour les producteurs. Il est très important de contrôler au maximum la fabrication du biodiesel, et à défaut d investir dans un laboratoire coûteux et qui nécessite une main-d œuvre spécialisée, il est possible de faire seulement des «quick tests» permettant de vérifier quelques critères qui ont une corrélation directe avec la qualité du produit final. Les tests à infrarouge semblent efficaces. Lorsqu un lot est manqué, il peut être utilisé pour chauffer les bouilloires ou vendu pour usage dans les moteurs de bateaux. Des essais d utilisation en été ont permis de constater que les B20, B50 et B90 sont très efficaces et qu ils réduisent la consommation des camions de 0,5 à 0,8%. L utilisation du B100 par contre n a pas fonctionné, les moteurs s arrêtant immanquablement après 12 minutes de marche. Aucune odeur désagréable ne s échappait des véhicules, sinon une odeur d arachide provenant du B100. Les filtres s obstrueraient plus rapidement avec le B20 que le B90, la raison étant que l encrassement proviendrait du diésel et non du biodiésel. Une étude récente du Renewable Energy Laboratory présentait les résultats de tests de qualité suivants : sur 32 échantillons, la moitié a échoué les tests de qualité correspondant à la norme américaine ASTM D 6751 (Turmine, 2007). CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 49

60 En août dernier, le premier ministre du Nouveau-Brunswick annonçait un investissement de $ pour le Centre de développement de biocombustibles. Cette usine pilote de précommercialisation, propriété d Eastern Greenway Oils inc., servirait à créer les conditions qui rendront possible l'établissement d'une chaîne de valeur ajoutée pour les petites usines de production de biocarburant. La raffinerie produira des additifs de biodiésel, des huiles de qualité industrielle et d'autres produits et services respectueux de l'environnement. À sa pleine capacité, l'usine pilote pourra atteindre la cadence de production commerciale d'environ 2,5 Ml/an, ce qui exigera l'apport d'environ hectares de canola. Plusieurs années d'essais de cultures par le gouvernement provincial ont permis de cibler les meilleures cultures pour la production de biocombustibles (Gouvernement du Nouveau- Brunswick, 2006). Avantages et contraintes pour le milieu rural La fabrication de biodiésel permet de maintenir des emplois à la ferme par la production de cultures oléagineuses. L implantation d une usine de biodiésel est créatrice d emplois directs, notamment pour la transformation et le transport. Dans les régions populeuses, la collecte d huiles recyclées et de gras animal est aussi génératrice d emplois. Au Québec, les producteurs agricoles profitent d une subvention pour couvrir une part du coût d achat des carburants à la ferme, ce qui n incite pas les producteurs agricoles à utiliser du biodiésel ni à le produire localement. Le développement de cette filière est influencé par les décisions politiques. Pour ce qui est des avantages agro-environnementaux, l introduction d oléagineux en rotation a un impact positif sur la conservation des sols. En résumé Le biodiésel est produit à partir de ressources renouvelables ou recyclables provenant de cultures oléagineuses, d huiles de friture recyclées et de gras animal. Le biodiésel est obtenu en faisant réagir ces huiles et ces gras à un alcool (méthanol ou éthanol) en présence d un catalyseur. Le biodiésel peut être utilisé en mélange au diésel à 90 % dans des moteurs diésels modifiés. Il est cependant plus couramment utilisé dans des concentrations de 2 %, 5 % et 20 %, sans aucune modification. Les procédés de fabrication sont au point et s améliorent constamment. On compte deux usines en production au Québec (Rothsay, 35 ML/an), deux au Canada (Milligan, 1 Ml/an et Biox, 60 Ml/an) plus quelques projets. On dénombre 87 usines aux États-Unis et Tyson Foods et Smithfield, les plus grands éleveurs de poulets, de bœufs et de porcs aux États-Unis, ont le projet de produire 1,1 Gl/an de biodiésel. 50 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

61 Le principal facteur qui limite la production commerciale de biodiésel à petite échelle est le coût élevé des tests de certification. Et l accès à du carburant fossile subventionné pour les agriculteurs ne les encourage pas à produire et utiliser du biodiésel sur une base coopérative. La commercialisation des sous-produits (glycérine et tourteau) permet de bonifier les revenus. 3.2 Le bioéthanol Le bioéthanol est obtenu par fermentation puis distillation des sucres contenus dans les plantes sucrières telles que la canne à sucre, la betterave à sucre, le topinambour. Lorsque le bioéthanol est produit à partir de céréales telles que le maïs ou le blé, une étape intermédiaire d'hydrolyse (généralement enzymatique plutôt que chimique) est nécessaire pour transformer l'amidon contenu dans la céréale en sucre. L éthanol est mélangé à l essence dans une proportion de 10 % pour donner un carburant automobile couramment appelé E10. Ce carburant convient à tous les moteurs à essence. Au-delà d une concentration de 20 %, des adaptations aux moteurs sont nécessaires. Plusieurs compagnies d automobiles ont développé, ou développent actuellement, des véhicules adaptés à l E85, soit à l essence contenant 85 % d éthanol, mais cette essence n est pas largement vendue en Amérique du Nord. Au Canada, en 2005, la production d éthanol a été de 300 millions de litres (Ml) et elle devrait atteindre 3,1 Ml/an d ici Aux États-Unis, en 2004, plus de 60 usines ont produit 3,4 gigagallons (12,9 Ml) d éthanol. On s attend à ce que la production augmente à 5,0 gigagallons (18,9 Ml) d ici 2015, ce qui représente 3,4 % de la consommation annuelle nationale d essence. Selon Technologie du développement durable Canada MC, les prévisions canadiennes «suggèrent qu un nombre de forces doivent entrer en jeu afin que le Canada atteigne son objectif. Parmi ces forces sont mentionnées le besoin de s assurer d un approvisionnement fiable en matières premières intérieures, l établissement d ententes avec les distributeurs d essence afin d ajouter du bioéthanol à l essence, un allègement fiscal approprié et un soutien au niveau des coûts en capital, des technologies qui diminuent les coûts d investissement et d exploitation, des conditions d utilisation obligatoires du bioéthanol et la mise en place d un solide marché de coproduits». La figure 7 présente les prévisions de production d éthanol au Canada. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 51

62 Figure 7 : Prévision de la production d éthanol comme carburant au Canada Source : Technologie du développement durable Canada, 2006 Il y a deux méthodes principales de production d éthanol de maïs, soit le broyage humide et le broyage à sec. Ces deux méthodes sont expliquées à l annexe 7. Exemples d application Au Québec, il y a une seule usine, en exploitation depuis février 2007, vouée à la production d éthanol à partir de maïs-grain. Cette distillerie, située à Varennes, est la propriété d Ethanol GreenField, connue autrefois sous le nom de Alcools de Commerce inc. Cent trente millions de dollars ont été investis dans ce projet, dont 109 M$ pour la construction de l usine. L exploitation de l usine de Varennes nécessite 40 employés et crée 20 emplois en impartition. Un volume de t/an de maïs-grain y sera transformé pour produire 120 Ml/an d'éthanol. Quelque 525 producteurs de maïs, oeuvrant dans un rayon d'environ 80 kilomètres de Varennes, garantiront un approvisionnement de à tonnes de maïs par année à l entreprise par l'entremise de Pro-Éthanol, leur coopérative de commercialisation. Cette quantité représenterait environ 35 % de la production annuelle des membres et moins de 10 % de la production de maïs-grain au Québec (LesAffaires.com, 2006). L usine de Varennes prévoit commercialiser t/an de drêches comme aliment pour animaux ainsi que du CO 2 (Roberge, 2007). Ethanol GreenField possède deux autres distilleries en Ontario, à Chatham (210 Ml/an) et à Tiverton (25 Ml/an). Deux autres projets sont en construction en Ontario (les usines seront productives en 2008), soit à Johnston (200 Ml/an) et à Hensell (200 Ml/an). Le tableau suivant présente les autres usines qui produisent de l éthanol au Canada. 52 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

63 Tableau 19 : Usines de fabrication d éthanol au Canada À partir de blé À partir de maïs-grain API Grain (Alberta) = 26 Ml* Ethanol GreenField Husky Energy inc (Saskatchewan Suncor Energy et Manitoba) = 140 Ml (Ontario) = 208 Ml Pound Maker Adventures (Saskakchewan) = 12 Ml *Ml = Millions de litres Efficacité et rentabilité Non spécifié Integrated Grain Processors Co- Operative inc. (Ontario) = 119 Ml; Power Stream Energy Services (Ontario) = 52 Ml Permolex Ltd. (Alberta) = 12 Ml; En projet Terra grain fuel (Saskatchewan) = 150 Ml, fin Le bilan énergétique net de l éthanol de maïs à partir du broyage humide est d environ MJ/m 3 et d environ MJ/m 3 pour le broyage à sec. La viabilité économique du bioéthanol de maïs-grain comme carburant dépend fortement de la commercialisation des coproduits (aliments pour animaux et huile de maïs) (Technologie du développement durable, 2006). Ce type de production est souvent questionné, car la quantité d énergie nécessaire pour produire une unité d énergie semble élevée. L organisation non gouvernementale (ONG) américaine Earth Policy Institute (EPI) souligne que la production d éthanol à base de maïs-grain augmente tellement rapidement qu elle aura bientôt un impact important sur sa disponibilité et son prix. Selon l EPI, la production de ce type d éthanol nécessitera la moitié de la production totale de maïs aux États-Unis en 2008 (environ 20 % en 2006). Selon le Département de l Agriculture américain, le prix moyen d un boisseau de maïs (environ 36 litres) aurait d ailleurs augmenté de 40 % depuis trois ans. «L ONG prévient que cette tendance pourrait causer une réaction négative très forte des consommateurs américains mais également d ailleurs, les États-Unis étant le premier exportateur mondial de maïs» (Enjeux-ÉNERGIE, 2007). Selon l expérience de GreenField, le bilan énergétique de l usine de Varennes se situe dans un rapport de 1:1.7. Cependant, dans un avenir rapproché, ce bilan devrait augmenter à 1:3 en raison des améliorations technologiques qui seront apportées, soit : la cuisson à froid, l utilisation des membranes de Vaperma et l amélioration de la fermentation par des enzymes plus performants. Aussi, comme le bilan énergétique tient compte de l énergie consommée pour la culture du maïs-grain, l usine de Varennes exigera qu au moins ha soient cultivés selon des pratiques culturales durables, dont 6000 ha en rotation, ce qui permettra d atteindre l objectif visé, d ici cinq ans, de 1:3 en bilan énergétique. Le système utilise 4000 m 3 /h de gaz naturel et 4,5 MW/an. La production d éthanol de l usine permettra de réduire les GES d environ t/an, ce qui correspondrait au retrait de voitures/an (Roberge, 2007). La figure 8 réfère à des études qui indiquent une tendance à la hausse du bilan énergétique du bioéthanol de maïs-grain. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 53

64 Figure 8 : Bilan énergétique net de l éthanol de maïs-grain Source : Wang, 2005 Les économies d échelle sont significatives dans le cas d une usine de production d éthanol de maïs-grain. En effet, des études économiques ont démontré que les usines ayant une capacité de production de 80 Mgal/an avaient des coûts d investissement par unité de 23 % moins élevés qu une usine de 40 Mgal/an. Il a été estimé qu en triplant la production (de 55 à 150 Ml/an pour une usine de maïs broyé à sec), les coûts d investissement étaient réduits de 40 % et les coûts d opération de 15 à 20 % (Département de l Énergie des États-Unis, 2005). Selon M. Roberge de Ethanol GreenField et M. Lefebvre du MRNF, directeur général du développement des hydrocarbures, il est illusoire de croire que l on puisse produire de l éthanol dans les milieux ruraux à faible densité, car construire une raffinerie exige beaucoup d investissement et nécessite de grandes quantités de matière première pour faire des économies d échelle. De plus, il faudrait acheminer l éthanol vers les grands centres où se fait le mélange à l essence. Une alternative intéressante selon eux serait de construire des unités de première transformation en milieu rural qui seraient approvisionnées localement en matière première par les producteurs agricoles. L alcool amené à un pourcentage élevé serait acheminé vers des raffineries centrales qui finaliseraient le processus de transformation en biocarburant normé. L avantage serait de transporter un produit ayant un contenu énergétique plus élevé que si on cherchait à transporter la matière première sur de longues distances. La culture du topinambour sur des terres en friche est une option à explorer. 54 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

65 Comme il n existe pas d exemple d unité de première transformation, il est difficile d en évaluer les coûts. En se basant sur l exemple de l usine de Varennes qui produit 120 ML/an à partir de maïs-grain à un coût de construction de 110 M$, soit moins de 1 $/litre de capacité de produit fini; une usine de démonstration pouvant produire 4 Ml/an coûterait au moins 10 M$, soit environ 2,5 $/litre d éthanol produit. Cela donne un ordre de grandeur pour faire des hypothèses (Lefebvre, 2007). Avantages et contraintes pour le milieu rural La filière du bioéthanol représente une source de revenu stable pour les producteurs de maïs installés à proximité des raffineries. L implantation d une usine représente des possibilités d emplois pour la région. La filière du bioéthanol utilise surtout des cultures énergétiques cultivées dans les terres agricoles de qualité, ce qui a un impact sur la valeur des terres. En effet, la hausse de demande pour le maïs a déjà fait augmenter le prix de cette denrée, et plusieurs producteurs agricoles qui souhaitent augmenter leur revenu prévoient semer de vastes superficies de maïs (du moins aux États-Unis). À terme, le manque de disponibilité des terres pour les cultures moins rentables et l augmentation des revenus reliée à la culture du maïs entraînera une augmentation du prix des terres. Une alternative à explorer pour les régions rurales serait la culture du topinambour sur des terres en friche et la transformation en alcool qui serait acheminé vers les bioraffineries. En résumé Le bioéthanol est obtenu par fermentation puis distillation des sucres contenus dans les plantes. Lorsqu il est produit à partir de céréales telles que le maïs ou le blé, une étape intermédiaire d'hydrolyse est nécessaire pour transformer l'amidon contenu dans la céréale en sucre. Il est aussi possible de produire de l éthanol à partir de matières cellulosiques ou ligneuses issues de graminées, d arbres ou d arbustes, mais les procédés sont plus complexes. L éthanol est mélangé à l essence dans des proportions variables (5 à 20 %). Au-delà d une concentration de 20 %, des adaptations aux moteurs sont nécessaires. Les procédés de fabrication sont bien connus et la mise en marché de l éthanol est favorisée par son intégration dans l essence. Cependant, pour être rentables, les usines doivent traiter de grands volumes de matière première. La production de bioéthanol à partir du maïs-grain est souvent questionnée, car son bilan énergétique est faible (1:1, 7). C est une culture énergivore qui nécessite beaucoup d engrais et de pesticides. L utilisation de l éthanol permet de réduire les émissions de GES, mais à un coût élevé. Au Québec, l usine de Varennes est la seule en activité (depuis février 2007). Un volume de t/an de maïs-grain y sera transformé pour produire 120 Ml/an. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 55

66 La production canadienne d éthanol devrait atteindre 18,9 Ml/an d ici 2015, ce qui représente 3,4 % de la consommation annuelle d essence. Malgré les limites de cette filière, on observe une volonté politique pour son développement. 56 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

67 Section 4 : Les biocarburants liquides de deuxième génération Les biocarburants de deuxième génération, soit la biohuile et l éthanol cellulosique, ont la particularité d être issus de la matière lignocellulosique. Celle-ci est abondante et bon marché et n entre pas en compétition avec les cultures alimentaires. Cependant, sa conversion en sucres fermentescibles est difficile. L intérêt grandissant que suscite cette filière vient du fait que la transformation de la matière lignocellulosique en biocarburant a une incidence environnementale très positive, c est-à-dire que le bilan énergétique (énergie générée moins énergie consommée) est plus élevé que l éthanol fabriqué à partir de maïs-grain. La biohuile est aussi issue de la biomasse lignocellulosique, c est pour cette raison que ce biocarburant liquide est classé dans cette catégorie. La biohuile peut remplacer le mazout ou le gaz naturel, mais ne peut être utilisée comme telle dans les véhicules routiers. 4.1 L éthanol cellulosique (paille) Les espèces végétales sont composées essentiellement de cellulose, d'hémicellulose et de lignine. La cellulose se présente sous la forme de longues chaînes de molécules de glucose (un monosaccharide à six atomes de carbone) qui sont reliées entre elles au moyen d'une autre molécule, l'hémicellulose (chaîne de sucres à cinq atomes de carbone). Grâce à une réaction d'hydrolyse, la cellulose et l'hémicellulose peuvent libérer ces sucres simples (monosaccharides) qui sont ensuite convertis en éthanol par fermentation. De son côté, la lignine effectue la liaison entre les faisceaux de cellulose et confère à la plante sa structure particulière. Cette dernière n'est pas convertie en éthanol (Gnansounou, 2007). Parmi les sources disponibles de cellulose, la paille et les tiges de maïs intéressent beaucoup les promoteurs de cette nouvelle technologie. Selon la littérature, les cultures les plus prometteuses pour produire de la biomasse aux fins de transformation en éthanol cellulosique sont principalement les graminées géantes vivaces et les plantes ligneuses à croissance rapide comme le saule. Ce carburant est transformé par une combinaison de techniques biochimiques et thermiques, soit par hydrolyse enzymatique, fermentation et distillation. La lignine qui ne peut être convertie sert à produire l'énergie requise pour la production de l éthanol. Ce procédé est expliqué à l annexe 8. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 57

68 Exemples d application Présentement, il existe peu de production commerciale d éthanol dérivant de la matière lignocellulosique, mais la recherche se poursuit au Canada, aux États-Unis et en Europe. Plusieurs projets d usines commerciales devraient néanmoins se concrétiser d ici cinq ans. Au Canada, Iogen Technology a construit une usine de démonstration qui peut traiter jusqu'à 40 tonnes de paille chaque jour, pour une production de 3 Ml/an. Ainsi, le parc de véhicules du ministère des Ressources naturelles du Canada a été le premier dans le monde (2004) à être régulièrement ravitaillé à l'éthanol cellulosique. L entreprise réfléchit actuellement à l emplacement de sa première usine commerciale, mais comme elle s intéresse principalement à la paille comme source de matière première, Iogen regarde du côté des Prairies surtout. Le Globe and Mail annonçait en février dernier que le gouvernement fédéral accorderait un montant de 7.7 M$ supplémentaires à Iogen. Dans le budget fédéral de 2007, le gouvernement prévoit investir jusqu à 2 milliards de dollars pour l appui de la production de carburants renouvelables au Canada. Le budget de 2007 met aussi à la disposition de Technologies du développement durable Canada MC 500 millions de dollars sur sept ans pour investir avec le secteur privé dans l établissement de grandes installations de production de carburants renouvelables de prochaine génération, soit d éthanol lignocellulosique (ministère des Finances Canada, 2007). Ethanol GreenField essaie de damer le pion à Iogen en étant la première à ouvrir une usine commerciale d éthanol cellulosique au Canada. La firme veut lancer une usine qui produirait 40 Ml/an à partir de copeaux de bois, au Québec ou en Ontario. Aux États-Unis, le Département de l Énergie a annoncé en février 2007 qu il verserait 385 M$ US à six bioraffineries, dont quatre d entre elles produiront de l éthanol cellulosique, au cours des quatre prochaines années. En incluant les investissements en provenance de l industrie, ce montant atteindra 1,2 milliard $ US (New Improvements for Lignocelulosic Ethanol, NILE Project, 2007). En Europe, on compte une usine de démonstration en Suède (NILE Project). Cette usine est détenue par deux universités suédoises et par Sekab-E-technology. De son côté, Abengoa Bioenergy, une compagnie internationale dont le siège social est situé en Espagne, mène des activités de R-D consacrées au bioéthanol produit à partir de la biomasse cellulosique. 58 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

69 Efficacité et rentabilité Dans le but de rentabiliser le commerce de cette technologie, les chercheurs travaillent principalement à l amélioration du matériel biochimique (enzyme et levure), du fractionnement et des processus de purification. Les chercheurs ont combiné leurs efforts jusqu à maintenant pour résoudre ces problèmes. Pour rentabiliser les usines, celles-ci devront par ailleurs s approvisionner dans un rayon restreint et payer la matière première le plus bas prix possible. L éthanol cellulosique est considéré comme supérieur à l éthanol produit à partir de maïs-grain, car son bilan énergétique serait de 1:4,4 à 1:6,6 comparativement à un bilan maximum de 1:1,7 pour le maïs-grain (Voir figure 9). Rendement énergétique: énergie consommée Granules de panic érigé Éthanol de canne à sucre Biodiésel d huile de palme Combustion directe maïs Charbon et panic érigé (cogénération) Études en zones tempérées Éthanol de panic érigé Biodiesel de soya Études en zones tropicales Biodiesel de canola Éthanol de maïs-grain Figure 9 : Bilans énergétiques pour différents biocarburants Source : REAP-Canada Le rendement énergétique prévu à long terme pour l éthanol cellulosique est quatre fois plus élevé que l éthanol produit à partir de maïs-grain (Figure 10). CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 59

70 Rendement en biocarburant (GJ carburant/ha) Biodiésel de soya Éthanol de maïs-grain Éthanol cellulosique Productivité à court terme Productivité à long terme Figure 10 : Rendements énergétiques comparés de l éthanol cellulosique Source : Lynd, 2006 Concernant la réduction des GES associée à l éthanol cellulosique, elle serait de l ordre de 85 %, tandis que celle découlant de l éthanol à base de maïs-grain se situerait entre 15 % et 30 % (Enjeux-ÉNERGIE, 2007). La capacité de croissance de la filière cellulosique est beaucoup plus importante que celle du maïs-grain qui ne pourra combler que 10 à 15 % de la demande aux États-Unis. De son côté, l éthanol cellulosique pourrait potentiellement satisfaire 40 % de cette demande. Michael Pacheco, directeur du Nation Bioenergy Center au Colorado, estime qu avec les avancées dans ce domaine, il sera possible de convertir, d ici cinq ans, les tiges de maïs en éthanol pour un coût d environ 1,07 $/gallon ou 0,30 $/litre, et que cette production n aurait aucun impact négatif sur la production alimentaire (Globe and Mail, 2007). 4.2 L éthanol cellulosique (bois) La biomasse résiduelle forestière est de moins en moins abondante, car de plus en plus utilisée à cause du nombre croissant d usines de cogénération et d usines de panneaux de fibres, de bûches ou de granules. De plus, la disponibilité de cette ressource est généralement variable et souvent non constante. Par ailleurs, les résidus forestiers et les débris ligneux grossiers ont un rôle écologique important dans les forêts. Leur utilisation pour la production d éthanol doit être examinée et analysée selon une approche de gestion intégrée des ressources. Les promoteurs d usines commerciales d éthanol de bois prévoient donc pour la plupart sécuriser leur approvisionnement par la production de végétaux ligneux à croissance rapide. 60 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

71 Le procédé de production d éthanol consiste à récupérer le maximum de sucres issus des fractions cellulosiques et hémicellulosiques par hydrolyse enzymatique et par fermentation. Les divers procédés en développement sont expliqués à l annexe 9. Exemples d application Lignol Innovations, une compagnie canadienne située à Vancouver, qui a développé un procédé intégré qui permet de transformer la fraction cellulosique du bois en éthanol et la lignine en divers coproduits à valeur ajoutée, a récemment été achetée par Lignol Energy Corporation. Cette compagnie, en partenariat avec Suncor Energy Products Inc., a comme projet de construire d abord une usine de démonstration, puis des usines commerciales. Lignol utilise le procédé Organosolv (voir annexe 9) ainsi que l hydrolyse et la fermentation enzymatiques pour convertir les sucres en éthanol. Les produits qui peuvent être commercialisés sont équivalents ou identiques à ceux produits par les raffineries de pétrole, de charbon ou de gaz naturel. Parmi les procédés les plus avancés et prometteurs, mais non encore rentables, on retrouve ceux développés par les Dr. Zhang et Lynd du Dartmouth College au New Hampshire. Le premier procédé comprend trois étapes : prétraitement de la cellulose, saccharification acide et extraction par organosolvant. Contrairement aux procédés existants, il opère à température modérée (50 C) et à pression atmosphérique. Les quatre produits résultant du fractionnement : lignine, sucres hemicellulosiques, cellulose amorphe et acide acétique sont valorisables, ce qui augmente la rentabilité des bioraffineries. La cellulose amorphe peut être transformée en sucres par hydrolyse en présence d'enzymes spéciales, ce qui conduirait à une digestion de 97 % de la cellulose disponible. L autre procédé utilise un seul micro-organisme anaérobie pour les trois étapes de l'extraction, de l'hydrolyse et de la fermentation (Ministère des Affaires étrangères, 2006). Mascoma Corporation, dont le siège social est situé au Massachusetts et son laboratoire au New Hampshire, a reçu 14.8 millions de dollars américains pour construire et exploiter une usine de démonstration à Rochester (NY). La technologie utilisée par Mascoma implique des procédés consolidés qui utilisent un seul micro-organisme anaérobie pour les trois étapes de l'extraction, de l'hydrolyse et de la fermentation («thermophilic Simultaneous Saccharification and Fermentation (tssf)» et «Consolidated Bioprocessing (CBP)»). Ce procédé simple, facile et automatisé permet de réduire les coûts. L approvisionnement en bois de feuillus pour fournir les usines se fera dans un rayon de 160 km maximum. Mascoma privilégie le bois à la paille ou aux tiges de maïs, car il est plus économique de transporter de la matière dense. Néanmoins, si les «super enzymes» sont capables de consommer indépendamment le bois et ces autres résidus organiques moins denses qui sont facilement accessibles, ils accepteront tout. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 61

72 Cependant, comme la multiplication des enzymes est coûteuse, l entreprise préfère maximiser le procédé en utilisant du bois qui permettra éventuellement de produire aussi d autres produits à valeur ajoutée tels que des composés chimiques et autres carburants liquides. En effet, Mascoma prévoit gazéifier la lignine pour produire du syngas. En fait, toutes les options sont ouvertes, mais pour le moment, ils se concentrent sur la production d éthanol seulement. Les promoteurs se sont joints, en mars 2007, à Royal Nedalco, un leader européen dans les technologies de production de l éthanol. La production devrait commencer d ici 5 ans (Richard, 2007). L État de New York a accordé des subventions totalisant 25 M$ qui permettront l ouverture de deux usines commerciales et qui produiront environ 2,4 Ml/an d éthanol lignocellulosique. L une des deux usines aura également la capacité de générer 20 MW d électricité avec la biomasse résultant du processus de production. L usine de Lyonsdale produira l/an d éthanol à partir de bois d œuvre de basse qualité et de saules plantés sur les terres agricoles adjacentes à l usine. Le second projet, à Greece, utilisera plutôt les résidus d une papetière située à proximité et des copeaux de bois afin de produire 1,9 Ml/an. À noter que l État de New York ne prélève pas de taxes sur la vente de biocarburants, ce qui permet d enlever environ 0,40 $ par gallon, ou 0,11 $ le litre. (Enjeux-ÉNERGIE, 2007) Efficacité et rentabilité Une usine comme celle de Mascoma nécessiterait de 300 à 700 tonnes de matières sèches par jour, ce qui équivaut à environ à t/an. Les coûts de production se situeraient entre ceux de Iogen et ceux d une usine de maïs-grain, soit autour de 1 $/litre (Richard, 2007). Rappelons qu il est aussi possible de produire de l éthanol à partir de la biomasse lignocellulosique en utilisant le procédé de gazéification d Enerkem Technologies. Le gouvernement du Québec a annoncé dans sa stratégie énergétique (MRNF, 2006) qu il fera de la production d éthanol lignocellulosique issue de la biomasse forestière une priorité. Son objectif est que d ici 2012, les distributeurs d essence puissent fournir en moyenne 5 % d éthanol sur l ensemble de leurs ventes de carburants. Selon cette stratégie, le développement d une filière éthanol proprement québécoise ne pourra se faire sans que des conditions d approvisionnement stables et concurrentielles n aient été définies. De plus, la production annuelle de la seule biomasse forestière résiduelle, à partir des parterres de coupe et du bois non commercialisable, serait estimée à 5 Mt/an. Cela représente théoriquement un potentiel de 1,6 Gt/an d éthanol, soit 20 % de la consommation annuelle d essence du Québec. 62 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

73 Finalement, l exploitation d une fraction de ce potentiel fournirait des revenus d appoint aux entreprises forestières, renforcerait un secteur d activité stratégique pour l ensemble du Québec et créerait des emplois et de la richesse en région. Avantages et contraintes pour le milieu rural La filière de l éthanol cellulosique représente plus d avantages que la filière du bioéthanol pour les communautés rurales. La remise en culture sur de bonnes terres agricoles abandonnées avec des végétaux à croissance rapide et la récupération de résidus forestiers permettraient de diversifier les activités économiques. Cependant, le désir de réaliser des économies d échelle incite les promoteurs à construire des usines qui exigent des capitaux et des volumes d approvisionnement importants. En résumé La matière lignocellulosique est abondante et relativement bon marché selon la source d approvisionnement (ex. : tiges de maïs, résidus forestiers, production de saules, etc.). La culture de biomasse sur des superficies agricoles sous-utilisées n entre pas en compétition avec les cultures alimentaires. Ces cultures permettent de sécuriser les approvisionnements. Les technologies de transformation ne sont pas encore au point. La conversion de cette matière en éthanol requiert l utilisation d enzymes coûteuses à multiplier, d où la nécessité de construire de grandes usines pour réaliser des économies d échelle. Cette filière a une incidence environnementale très positive, notamment à cause de son bilan énergétique élevé. 4.3 La biohuile La biohuile est un condensat liquide noir issu des résidus forestiers et agricoles au moyen d un procédé appelé liquéfaction directe ou pyrolyse rapide. Outre les résidus ligneux ou cellulosiques, on peut aussi utiliser la litière de volaille. La biohuile est principalement utilisée comme huile à chauffage. Comme elle contient plusieurs molécules d hydrocarbones similaires à celles dérivant du pétrole, ainsi que des oléfines, pyrroles, pyrazines, furannes, benzènes, phénoliques, aliphatiques et plusieurs autres molécules et composés intéressants, elle peut être raffinée pour obtenir plusieurs produits chimiques. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 63

74 Photo 10 : Biohuile Source : Dynamotive Le procédé consiste à décomposer la structure de la biomasse en moins de deux secondes pour produire 60 % de biohuile liquide, 20 % de charbon solide et 20 % de gaz. Le procédé est expliqué à l annexe 10. Exemples d application Le Canada est un leader mondial dans l application industrielle de cette technologie et quelques entreprises ont conçu des systèmes de pyrolyse qu elles commercialisent. L Institut Pyrovac inc., situé à Sainte-Foy, est une entreprise privée de recherche et de développement dans le domaine de la pyrolyse sous vide. La société est une filiale à part entière de Groupe Pyrovac inc. Cet institut a développé un procédé de pyrolyse sous la marque de commerce Pyrocyclage MC par Pyrovac International inc., filiale à 50 % de Groupe Pyrovac inc. Ensyn Technologies inc., situé à Nepean en Ontario, est un constructeur et un opérateur d'installations commerciales qui liquéfie la biomasse en biohuile. Le «Rapid Thermal Processing» (RTP), qui est en fait une pyrolyse rapide, peut traiter des résidus de l'industrie forestière, des déchets de l'agriculture, des résidus de la préparation d'aliments, de la boue sèche de vidanges municipales, des produits du papier non recyclé et des déchets de bois résiduels tels que palettes, caisses ou autres. L huile peut servir directement dans des fournaises et des chaudières, ou dans des moteurs diésel stationnaires et des turbines à gaz pour produire de l'électricité en cogénération. Ensyn possède quelques usines commerciales aux États-Unis, et une en Ontario qui transforme 70 tonnes de matières par jour pour une production d environ 19 Ml/an de biohuile. 64 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

75 Dynamotive Energy Systems Corporation, dont le siège social est situé à Vancouver, est une société qui développe et commercialise aussi des technologies et des produits fabriqués à partir de biomasse. Elle a construit une usine de démonstration de pyrolyse rapide à Guelph en Ontario et qui est en opération depuis le mois de mars Cette usine est conçue pour traiter 200 tonnes de biomasse par jour (46 Ml/an). Les coûts d investissement sont évalués à 16,5 M$. Dynamotive vise le marché du pétrole industriel (mazout) qui est largement inexploité et qui représente environ 25 % de l utilisation d hydrocarbures. La biohuile de Dynamotive aurait une performance équivalente à celle du gaz naturel, du mazout domestique et du diésel avec le même apport de chaleur (apport thermique équivalent). À long terme, cette société souhaite aussi produire de l éthanol et du diésel synthétique à partir de la biomasse. Dynamotive envisage l ouverture d autres sites de production en Australie, en Chine, en Europe, en Amérique du Sud et aux États-Unis, en plus de l ajout d installations d une capacité de 200 tonnes par jour à l usine de Guelph. Pour le moment, la biohuile ne représente qu une infime part du marché des carburants. Toutefois, on prévoit que sa croissance se fera par l entremise de nombreuses petites unités, relativement peu dispendieuses à construire et qui peuvent être situées à proximité de la matière première. La mise au point d unités de pyrolyse mobiles, telles que développées par Advanced BioRefinery inc. (ABRI) suscite un grand intérêt. Cette compagnie, située près d Ottawa, a conçu des prototypes pouvant transformer une tonne (1 DTPD-one dry ton per day), 50 tonnes (50 DTPD) ou 100 tonnes (100 DTPD) de matière sèche par jour. Pour le moment, ABRI aurait vendu deux modules de 100 DTPD ainsi qu un module de 1 DTPD, tous destinés à la transformation de litière de volaille. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 65

76 4. L air chaud et la vapeur sont séparés par un processus qui crée un effet de cyclone. La biomasse sèche est entraînée vers le bas où un convoyeur l achemine vers le réacteur. 5. Le réacteur est en fait une chambre sans oxygène où la matière est rapidement chauffée. Il en résulte deux produits, soit de la vapeur et du charbon. 6. Le charbon est brûlé dans une fournaise et procure de la chaleur au système. 3. Le pulvériseur fractionne la biomasse en petit morceaux. L air chaud permet de sécher la matière. 2. Le second convoyeur déplace la biomasse humide vers le séchoir/pulvériseur. 7. La vapeur est refroidie et est transformée en bio-huile. Le restant de vapeur non transformée est nettoyé et utilisé pour générer de l électricité au système. 1. Déchargement des résidus de tailles variées sur le convoyeur. Figure 11 : Unité mobile de pyrolyse d une capacité de traitement de 50 tonne/jour (50 DTPD) Source : Adam Valenta, ABRI Ces unités automatisées ont été conçues dans le but de réduire la main-d œuvre et d être aisément transportables par voie routière. Le module 1 DTPD peut être rempli une fois aux 8 à 12 heures et peut fonctionner sans surveillance. En termes de création d emplois, ce système génèrerait quatre emplois/mw. Comme un module de 100 DTPD génère 4 MW, son utilisation nécessiterait 16 employés (8 employés pour un module de 50 DTPD). Le coût d investissement pour un 1 DTPD est de $, ce qui inclut un séchoir pour réduire le taux d humidité de la matière (Fransham, 2007). 66 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

77 Photo 11 : Module de 1 DTPD Source : Photo 12 : Transport du module de 1 DTPD Le coût d investissement pour un 100 DTPD est de 3,5 M$. Les coûts de production sont d environ 6 $/GJ. Puisque la valeur énergétique est d environ 18 MJ/l ou 0,018 GJ/l et qu il y a 55 litres/gj, le coût de production revient à environ 0,11 $/l. Avec une tonne de matière, on peut produire 600 litres/jour (22 Ml/an) (Fransham, 2007). Le transport de ce module nécessite quatre camions. Bien qu il soit facilement transportable, le modèle 100 DTPD n est pas considéré comme étant mobile. Un module de 50 DTPD nécessite trois camions. Ce modèle (voir photo 13) prend quatre heures à démonter et sept heures à remonter. Il n est pas rentable de déménager le module de 50 DTPD à moins d avoir au moins tonnes de biomasse à transformer, ce qui équivaut à six mois d exploitation. Comparativement aux systèmes permanents qui ne peuvent se déplacer à proximité de la matière, ce système a l avantage de réduire de beaucoup les coûts de transport, puisqu une fois convertie en biohuile, la biomasse concentrée est moins coûteuse à transporter (Peter Fransham, 2007). Photo 13 : Module de 50 DTPD Source : CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 67

78 Photo 14 : Transport du module de 50 DTPD Source : Les coûts d investissement pour l usine de Dynamotive sont de 16,5 M$ pour 200 tonnes/jour, et ceux d ABRI sont de 3,5 M$, pour 100 tonnes/jour. Les coûts d exploitation et de transport sont moins élevés pour ABRI. Dynamotive prévoit d autres investissements pour augmenter l approvisionnement de 200 t/j supplémentaires, ce qui permettrait de faire des économies d échelle. En terminant, ABRI est en train de mettre au point un système pour fabriquer des granules énergétiques qui sera normalement en exploitation à l automne Efficacité et rentabilité Selon M. Fransham, la biohuile a un pouvoir énergétique de 50 % comparé au diésel, ce qui équivaut à 20 MJ/kg (40 MJ/kg pour le diésel). À titre de comparaison, il en coûte environ 3 $/GJ pour brûler du bois directement, 7 $/GJ pour brûler des granules de matière condensée et environ 15 $/GJ pour brûler de la biohuile (autour de 6 $/GJ à produire). Pour que ce carburant soit suffisamment alléchant pour que les consommateurs décident de changer de système de chauffage, il faudrait que la biohuile soit vendue à un prix 30 % inférieur à celui du gaz naturel. Celui-ci se vend à 10 $/GJ et l huile de catégorie #2 se vend à 15 $/GJ. Ce qui signifie que la biohuile devrait être vendue à 7 $/GJ (30 % de moins que le produit le moins cher). La biohuile peut être convertie en carburant automobile, mais cela coûterait 11 $/GJ de plus. Ajouté au 15 $/GJ, ce carburant n est pas compétitif avec le diésel qui en coûte 20 $/GJ. Il est aussi possible de produire de l électricité à partir de la biohuile, mais cela coûte environ 0,03 $/KW pour faire fonctionner une turbine. 68 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

79 Aucune source d énergie autre que celle générée par le système n est nécessaire (gaz et charbon). De plus, lorsque la matière contient peu d humidité, le procédé produit un surplus de charbon qui peut être vendu. Pour obtenir un produit de meilleure qualité, on peut ajouter du glycérol dans la biohuile. Cet ajout ne se traduit pas en revenus de vente supplémentaires, mais permet de mieux satisfaire les clients. Avantages et contraintes pour le milieu rural Le développement de la filière des biohuiles présente des avantages certains pour les communautés rurales, d abord parce que les usines nécessitent de la main-d œuvre (4 emplois/mégawatt ou 16 emplois/100 DTPD) et que la récupération de résidus en forêt est créatrice d emplois. Les exploitations agricoles qui pratiquent l élevage sur litière pourraient se procurer des unités mobiles de pyrolyse (minimum une tonne/jour) pour convertir le fumier en biohuile. Advanced Biorefinery inc. a déjà vendu des unités (non mobiles) de 100 tonnes/jour à deux producteurs de volaille situés dans l est et l ouest du pays. Lorsqu il y a des surplus de résidus de cultures accessibles, ils peuvent aussi servir à produire de la biohuile. Éventuellement, la biohuile pourra être acheminée vers des bioraffineries qui la transformeront en multiples bioproduits à valeur ajoutée. La biohuile peut remplacer le mazout ou le gaz naturel pour chauffer les bâtiments municipaux, communautaires ou industriels. En résumé La biohuile est un condensat liquide noir obtenu par pyrolyse des résidus forestiers et agricoles. Aucune source d énergie autre que celle générée par le système n est nécessaire pour sa fabrication (ABRI). Principalement utilisée comme huile à chauffage, la biohuile peut aussi être raffinée afin d élaborer d autres produits chimiques à haute valeur ajoutée. Des recherches sont en cours pour traiter la biohuile afin qu elle soit utilisable dans les moteurs diésel. La technologie de production de la biohuile est au point et plusieurs entreprises canadiennes, telles Ensyn Technologies inc., Dynamotive Energy Systems Corporation et Advanced BioRefinery inc., commercialisent des systèmes. Une usine transformant 200 tonnes/jour de résidus peut représenter des coûts d investissement de 16,5 M$ (Dynamotive). Une usine transformant 100 tonnes/jour de résidus peut représenter des coûts d investissement de 3,5 M$ (Advanced BioRefinery inc.). Les unités mobiles de 1 DTPD et de 50 DTPD ont l avantage de nécessiter moins de capitaux et de réduire les coûts de transport de la biomasse. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 69

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81 Section 5 : Synthèse des procédés de transformation de la biomasse Il est possible de transformer diverses matières en vecteurs énergétiques solides, gazeux ou liquides. La biomasse peut être brûlée pour produire de la chaleur ou de l électricité. Elle peut être transformée, par biochimie, en combustibles liquides (comme l éthanol). Elle peut être digérée ou gazéifiée pour produire des combustibles gazeux, ou pyrolysée pour produire des huiles et des produits chimiques de qualité. La conversion de la biomasse engendre parfois des coproduits qui peuvent être valorisés en tant que bioproduits industriels (protéines, lubrifiants, produits intermédiaires entrant dans la composition de plastiques, produits composites et isolants, adhésifs, résines, solvants, etc.). Les produits de la biomasse proviennent généralement des scieries et de l exploitation forestière, des exploitations agricoles, des déchets urbains solides et des résidus industriels. On identifie six principaux procédés de transformation de la biomasse en énergie : 1. La digestion anaérobie Procédé naturel utilisant des bactéries qui décomposent, ou digèrent, la biomasse en l absence d oxygène. Ces bactéries anaérobies entraînent la production de biogaz riches en méthane qui peuvent être transformés en chaleur et en électricité. Ce procédé est utilisé dans les sites d enfouissement et, plus récemment, sur les exploitations agricoles pour le traitement des déjections animales et autres résidus agricoles. 2. La gazéification Production de gaz synthétiques dans un milieu privé d oxygène, à haute température. Le syngas peut servir de combustible pour produire de la chaleur et de l électricité. Il est également possible de le purifier pour éliminer les contaminants et le convertir en méthanol et en éthanol. 3. La combustion Façon la plus répandue de transformer la biomasse en énergie. La combustion permet de produire de la chaleur, de la vapeur et de l électricité. Les moyens de combustion sont accessibles et technologiquement éprouvés. La combustion directe de résidus forestiers ou de biomasse condensée (bûches et granules) ou la cogénération font partie de ce procédé. 4. La transestérification Procédé qui permet de produire un carburant automobile, le biodiésel, en faisant réagir des huiles et des gras avec un alcool (méthanol ou éthanol) en présence d un catalyseur (hydroxyde de sodium ou de potassium). CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 71

82 5. La fermentation et l hydrolyse enzymatique La fermentation permet de produire de l éthanol à partir de plantes sucrières telles que la canne à sucre et la betterave à sucre. La production d éthanol à partir de plantes amylacées telles que le maïs ou le blé, nécessite une étape intermédiaire d'hydrolyse enzymatique pour transformer l'amidon en sucre. Il est aussi possible de produire par ces procédés de l éthanol cellulosique à partir de paille ou de bois. 6. La pyrolyse Procédé anaérobie de décomposition thermique rapide de la biomasse (bois, paille) à des températures élevées (> C). Cette technologie permet de produire un carburant liquide, la biohuile, qui peut être utilisée en remplacement du mazout ou du gaz naturel pour produire de la chaleur. Tel que présenté dans la figure 12, il est possible de produire des carburants automobiles par les procédés 2, 4, 5 et 6 ou par la combinaison de ceux-ci. Coproduits Séparation Estérification Oléagineux Huile végétale Transesterification Neutralisation Purification Biodiésel Mélange catalytique Alcool Céréales Amidon Processus biologique Hydrolyse enzymatique 6-C Fermentation Purification Bioéthanol Hydrolyse enzymatique 5-C Fermentation Cellulose Coproduits Rés. de bois Hémicellulose Rés. forestiers Prétraitement/ Séparation Lignine Processus thermochimique Pyrolyse Huile pyrolytique Craquage thermique Biodiésel Coproduits Gasification Syngas Ferm. anaérob. Bioéthanol Figure 12 : Schéma simplifié résumant les possibilités de conversion de la biomasse en biocarburants liquides Source : Mabee, La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

83 Section 6 : Comparaisons entre les différents types de biocarburants Il est très difficile de chiffrer les bénéfices que procure la production de biocarburants en milieu rural. Certains systèmes peuvent permettre de régler des problèmes environnementaux ou faire réaliser des économies en énergie, d autres peuvent être créateurs d emplois, certaines activités peuvent engendrer des revenus supplémentaires ou diversifier l économie, etc. Néanmoins, il existe quelques sources d information qui permettent de comparer les coûts d investissement et de production de divers biocarburants. La figure 13 compare les coûts de construction d usines, tandis que le tableau 20 compare les coûts de production estimés. Figure 13 : Coûts de construction d une usine de production de biocarburant Source : MBC Energy and Environment CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 73

84 Tableau 20 : Comparaison des coûts de production estimés de divers biocarburants Source : MBC Energy and Environment La figure 14 compare les coûts de production des carburants fossiles et ceux des biocarburants de remplacement. À l exception du gaz naturel et du charbon, les coûts de production des énergies fossiles sont plus élevés que ceux des biocarburants. Figure 14 : Comparaison des coûts de production de carburants Source : TDDC 74 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

85 Le concept de bioraffinerie Théoriquement, une bioraffinerie est une installation qui permet de transformer de la biomasse en plus d un produit. Pour le moment, les exemples de bioraffineries que l on connaît sont les raffineries de pétrole qui produisent du carburant liquide et des produits pétrochimiques tels que les oléfines pour le marché des polymères. De la même façon, une bioraffinerie cherche à produire du biocarburant liquide, des bioproduits à haute valeur ajoutée ainsi que diverses formes d énergie, et ce, dans un but de maximisation du potentiel de la biomasse, et incidemment pour optimiser la rentabilité des usines. Cette approche permet d intégrer plusieurs secteurs d activités économiques et de favoriser des corridors d approvisionnement et de distribution. Ainsi, le milieu rural, qui a accès à une grande part des ressources agricoles et forestières, se voit intégrer dès le départ dans cette stratégie. Une bioraffinerie modèle serait idéalement approvisionnée en biomasse préalablement transformée en liquide (biohuile, alcools) dans les régions sources, ou encore en biomasse préalablement condensée, de taille régulière et exempte de saleté (voir photo 15). Les liquides ou la matière condensée fabriquée à partir de matières cellulosiques, ou préférablement ligneuses, peuvent être par la suite transformés en carburants divers (éthanol ou biodiésel de synthèse) et en de multiples coproduits à valeur ajoutée. Photo 15 : Essais de compactage de granules pour le transport Source : CEPAF Les granules de biomasse condensée de la photo 15 sont caractérisées par leur imperméabilité qui leur permet d être transportées par voie liquide. Elles ne sont pas encore au point, mais la Fondation BIOCAP Canada s y intéresse fortement. Cet organisme, qui établit et élabore des stratégies et des solutions en ce qui concerne le besoin d'énergie durable et renouvelable, le changement climatique et le développement économique rural, réfléchit à un système d approvisionnement, de transformation et de distribution de biomasse par un réseau de pipelines qui acheminerait la matière première vers des ports situés le long des Grands Lacs et du fleuve Saint- Laurent. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 75

86 Dans le modèle proposé dans La Stratégie énergétique du Québec 2006, les bioraffineries seraient situées à proximité d usines de pâtes et papiers et utiliseraient la matière première disponible pour produire de l éthanol ainsi qu une gamme de produits dérivés, notamment des produits de base pour l industrie pharmaceutique et chimique. Cette approche a aussi été adoptée par les États-Unis (Département de l Énergie des États-Unis, 2005). Par ailleurs, Technologies du développement durable Canada MC a présenté, dans le cadre de Americana 2007, un modèle intégré de production de biocarburants avec de petites unités de transformation de biomasse en biohuile et en granules, ces unités étant réparties sur le territoire (de l Ontario dans ce cas) et en lien avec des points de service qui stockent et qui raffinent la biohuile pour produire d autres produits. Ultimement, ces produits seraient acheminés vers des ports de mise en marché et de distribution situés le long des Grands Lacs et du fleuve Saint- Laurent. Le défi à la mise en place de tels systèmes ne serait pas d ordre technologique, mais plutôt politique. 76 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

87 Section 7 : La récupération de biomasse Un des défis à relever pour produire de l énergie à partir de la biomasse forestière est de développer des procédés de récupération en forêt, que ce soit sur les parterres de coupe ou en bordure des chemins. Les systèmes doivent être adaptés aux diverses sources d approvisionnement et aux exigences des utilisateurs. En 2004, l Institut canadien de recherches en génie forestier (FERIC) a effectué une revue de littérature sur la récolte et le transport de la biomasse forestière ainsi que sur sa transformation en résidus combustibles. Elle a aussi développé un modèle d aide à la décision (modèle BIOS, ) pour prévoir les coûts d approvisionnement en biomasse et les meilleures options selon les conditions de peuplement. Les projets futurs concerneront l analyse et le développement de méthodes : i) pour réduire le taux d humidité de la matière et ii) pour améliorer la manutention des résidus et les méthodes d empilage et de stockage. Pour réduire les coûts de récolte, il est dorénavant conseillé de prévoir l intégration de la récolte traditionnelle de bois avec celle de la biomasse. En fait, toutes les activités forestières devraient être intégrées globalement à l avenir. Certains procédés de broyage peuvent être effectués en forêt, cependant, les procédés de transformation tels que la pyrolyse requièrent des particules uniformes et de petites dimensions (voir section 4.3), ce qui ne seraient pas rentables lorsqu effectués directement en forêt (Cormier, 2007). Photo 16 : Morbark, Horizontal Grinder, Modèle 5600 (usagé $ US) Source : CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 77

88 Il existe une grande variété d équipement disponible, mais aucun n est idéal pour toutes les conditions rencontrées. Étant donné que la distance de transport jusqu à l usine est le facteur qui affecte le plus les coûts, et qu il est difficile de transporter la charge limite permise à moins que le matériel ne soit très humide, il est préférable de maximiser la charge utile en fragmentant ou en compactant le matériel de faible valeur, de faible densité et ayant un contenu élevé en humidité. Pour rentabiliser l utilisation de ces équipements et ne pas faire attendre les camions de transport, il est important de préparer les résidus à l avance en les regroupant et en les rapprochant à une distance accessible. Photo 17 : John Deere, 1490D Energy Wood Bundler (fagoteuse) Il est possible d obtenir plus d information sur la manutention de la matière résiduelle forestière en consultant un rapport d étude produit par le CRIQ (Douville, 2006). Concernant les effets de récolte sur le milieu forestier, la perte des résidus réduit l abondance des organismes du sol qui sont étroitement impliqués dans le cycle des éléments nutritifs, cependant, cet effet est réversible. Des études à long terme seraient nécessaires, mais par précaution, il est recommandé de conserver de 10 à 30 % des débris de coupe sur le site (Campagna, 2007). 78 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

89 Section 8 : La production de biomasse Au cours de nos recherches, les intervenants ont souvent mentionné l importance de sécuriser les approvisionnements. Pour ce faire, la plupart d entre eux considèrent que la mise en culture de végétaux à croissance rapide est une voie à explorer. Les facteurs clés qui contribueront à produire cette biomasse en grandes quantités sont notamment : L utilisation de terres marginales; L identification des espèces les plus productives et ayant des caractéristiques répondant aux besoins (teneur en huile, nombres de tiges, densité, peu exigeantes en eau ou en engrais, etc.); L amélioration des rendements par hectare (optimisation des pratiques agronomiques, maintien de la fertilité des sols par des pratiques écologiques, amélioration génétique des végétaux, amélioration du contrôle phytosanitaire, etc.); L optimisation des méthodes de récolte et de stockage. Au Québec, des équipes de recherche travaillent à évaluer la sylviculture à courte rotation visant à produire de la biomasse à des fins énergétiques. C est le cas notamment à l Institut de recherche en biologie végétale (IRBV) de l Université de Montréal et au Resource Efficient Agricultural Production (REAP) à Sainte-Anne-de-Bellevue. Les essences à croissance rapide mises à l essai sont le peuplier, le saule hybride et le panic érigé. Également, des producteurs agricoles font des essais de variétés de graminées vivaces à croissance rapide (MRC du Granit) ou cultivent le saule ou le panic érigé pour les convertir en bûches ou granules condensées, ou éventuellement pour fournir des usines de gazéification, de pyrolyse ou d éthanol cellulosique. Ces cultures sont très polyvalentes quant à leur usage énergétique. Elles peuvent être utilisées pour la combustion (directe, bûches et granules, cogénération), pour la production de biogaz dans les bioréacteurs, pour la production d éthanol par gazéification, pour la production de biohuile par pyrolyse et éventuellement pour la production d éthanol cellulosique par hydrolyse enzymatique. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 79

90 8.1 Les graminées géantes La culture de graminées vivaces géantes en tant que cultures énergétiques soulève un certain intérêt au Québec. Le panic érigé (Panicum virgatum, Switchgrass) a fait l objet de nombreuses recherches. Les autres espèces privilégiées à ce jour sont l alpiste roseau (Phalaris arundinacea, Reed canary grass), l agropyre intermédiaire (Agropyron intermedium), le miscanthus (Elephant grass), la spartine (Spartina pectinata), la barbe de Gérard (Andropogon gerardii, Big blue stem) et le phragmite. Ces deux dernières espèces n ont pas fait l objet d essais au Québec. À notre connaissance, il n y a pas eu de recherche menée sur plus de deux ans sur la production de graminées, mises à part celles effectuées par le REAP, sous la supervision de Roger Samson. Le phragmite croît abondamment un peu partout au Québec, surtout en bordure des autoroutes. C est une plante très envahissante qui pourrait simplement être récoltée, moyennant une entente avec le ministère des Transports. Ces graminées, de type C 4, utilisent mieux la lumière et l eau disponibles que les plantes de type C 3. En effet, les plantes de type C 4 consomment 50 % moins d eau qu une plante de type C 3. Aussi, la biomasse provenant de ces plantes est de meilleure qualité et leur combustion génère moins de cendre. Puisque c est dans la tige que l on retrouve le plus de matière qui servira à la production de granules, on sélectionnera des espèces qui produisent plusieurs tiges par plant. À cet égard, des recherches ont démontré que la barbe de Gérard produirait plus de tiges que le panic érigé. Cependant, contrairement au panic érigé, la barbe de Gérard n a jamais fait l objet d essais au Québec pour la production de biomasse. L alpiste roseau, quant à lui, peut atteindre un mètre de haut (8-10 t/ha/an m.s.) et est résistant aux conditions climatiques extrêmes. Il supporterait bien les inondations (5 à 8 semaines) ainsi que la sécheresse. De plus, il tolère des ph de 4.9 à 8.2, mais tolère peu la salinité. Il s implanterait cependant lentement. N ayant pas davantage d informations sur les autres graminées pérennes, cette section concernera exclusivement la culture du panic érigé. Roger Samson, chercheur au REAP (Resource Efficient Agricultural Production, Collège MacDonald de l Université McGill), a mené plusieurs recherches sur le panic érigé. Il a choisi cette graminée, car elle possède un très bon réseau de racines qui lui permet de bien résister aux sécheresses et aux excès d eau. Le quart de la masse totale des racines meurt chaque année et retourne au sol, ce qui permet de maintenir un bon taux de matière organique. Cette vivace agressive a une durée de vie de sept à dix ans. Sa production peut atteindre 10 t/ha/an selon la région climatique, mais sans fertilisation on obtiendra 60 % du rendement potentiel. La récolte se fait à peu près comme celle du foin. M. Samson projette d expérimenter un mélange de semis de panic et de légumineuses (le «thick tree file» de la famille du lotier et originaire des Prairies) pour réduire les coûts d application d engrais chimiques et d herbicides. L achat de semences représente un dixième des investissements, l utilisation d herbicides représente un autre dixième et les engrais chimiques, un sixième. 80 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF

91 Lorsque le panic est récolté au printemps, cela permet un lessivage de minéraux qui se traduit par des granules de meilleure qualité. Lorsque récolté à l automne, la présence de ces minéraux forme une sorte de ciment qui obstrue les brûleurs des poêles à granules. Ainsi, pour maximiser le lessivage des minéraux, on fauchera à l automne, on laissera la récolte au sol pour l hiver et on la ramassera au printemps suivant. Cette technique permet aussi d obtenir une cendre résiduelle de meilleure qualité. La récolte d automne a cependant comme avantage de permettre un retour sur l investissement plus rapidement tout en réduisant les pertes de biomasse. De plus, une récolte tardive permet aux oiseaux et aux insectes de s abriter des intempéries. La culture du panic érigé requiert très peu d énergie en comparaison avec d autres types de culture (figure 15). Figure 15 : Collection d énergie solaire et demande d énergie fossile pour différentes cultures Source : REAP À titre de comparaison, le tableau 21 présente diverses caractéristiques de trois types de matières cellulosiques, soit la paille de blé, les tiges de maïs et le panic érigé. On constate notamment que le panic érigé a un rendement net supérieur, qu il nécessite moins de superficie pour fournir le même poids et qu il peut être récolté tous les ans. Évidemment, tel que décrit plus haut, le panic érigé a aussi d autres avantages concurrentiels. CEPAF La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec 81

92 Tableau 21 : Rendements comparés pour trois types de biomasse cellulosique Combien de Superficie Superficie Rendement Demande fois/an la Culture cultivée totale net (t/ha) annuelle biomasse est (ha) (ha) disponible Rayonnement d approvisionnement (km) Paille de blé , , ,488, Tiges de maïs , , ,510, Panic érigé ,000 74, ,481, Source : Sokhansanj et Fenton, 2006 Des essais effectués par le REAP ont démontré que pour une unité d énergie investie dans la production de granules de panic érigé, on obtient 14 unités d énergie sous forme de chaleur. À titre de comparaison, la production d éthanol fabriqué à partir de maïs-grain obtient pour sa part un ratio de 1:1.7, et ce, dans les meilleures conditions de cultures et de transformation actuelles. Le panic érigé peut également être transformé en éthanol cellulosique (voir la section sur les carburants de 2 e génération), en biogaz ou utilisé en cogénération avec du charbon. La figure 16 démontre cependant que ces options représentent des pertes d énergie par rapport à l utilisation de granules. Rendement énergétique (GJ/ha) Biomasse directe Après conversion Granules PÉ Biogaz PÉ Éthanol PÉ et cellulosique charbon PÉ (cogénération) Éthanol de maïs **PÉ = Panic érigé Type de carburant Figure 16 : Comparaison énergétique entre divers types de conversion de panic érigé Source : REAP 82 La production de biocarburants dans les milieux ruraux du Québec CEPAF