Bilan énergétique et de gaz à effet de serre de la production de Granules de l'usine Granule LG de Saint-Félicien

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1 Bilan énergétique et de gaz à effet de serre de la production de Granules de l'usine Granule LG de Saint-Félicien réalisé par Achille-B. Laurent à la demande de Stéphan Tremblay Février 2010

2 Table des matières Mise en contexte...3 Introduction...3 Hypothèses retenues...4 Transport...4 Emballage...4 Méthodologie...5 La collecte de données...5 Calculs d'équivalences...5 Résultat...6 Bilan énergétique...6 Inventaire de gaz à effet de serre...6 Tableau récapitulatif...7 Conclusion...8 Discussion...9 Comparaison des émissions de GES des différents moyens de chauffages domestiques...9 Estimation des émissions de GES pour le chauffage d'une maison selon différents combustibles...11 Influence du transport pour la distribution de granule sur les émissions de GES12 Bibliographie...13

3 Mise en contexte La concentration de gaz à effet de serre (GES), principalement de dioxyde de carbone (CO 2 ), est en augmentation régulière depuis les dernières décennies. Cette problématique fait l'objet de recherches scientifiques regroupées dans les quatre rapports (IPCC 1990 (FAR); 1995 (SAR); 2001 (TAR); 2007 (AR4)) du Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'évolution du Climat (GIEC). Les conclusions indiquent que les émissions de GES sont principalement d'origine anthropique due à la consommation de combustibles fossiles à des fins énergétiques. Selon le German Advisory Council on Gloabl Change (WBGU) 1, la clé consiste à déployer la bioénergie en remplacement des sources d énergie à fortes émissions de CO 2. Pour l'agence International de l'énergie (IEA) 2, lorsque l'on considère le cycle du carbone, la biomasse est neutre en émission de CO 2. L'utilisation de granule de bois en remplacement d'un combustible fossile permet ainsi de réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES). Introduction Même si la combustion de biomasse est neutre en CO 2, des gaz à effet de serre sont émis lors des différentes étapes avant d'utiliser la biomasse comme combustible. Cette étude a pour objectif de quantifier la consommation énergétique et de gaz à effet de serre émis à l'usine de Saint-Félicien pour la production de granules. Sur l'aspect énergétique, nous avons quantifié les différentes énergies consommées à l'usine pour la production de granules. L'ensemble des dépenses énergétiques est comparé au pouvoir calorifique des granules. En d'autres termes, nous avons évalué le rapport de l'énergie consommé sur l'énergie potentielle des granules. Deux appellations sont couramment utilisées, soit bilan énergétique net ou encore balance énergétique. Nous utiliserons les deux appellations sans distinction par la suite. Les émissions de gaz à effet de serre sont calculées à partir des données énergétiques. Un facteur canadien est appliqué pour déterminer les différents gaz à effet de serre puis rapporté dans une unité commune, le CO 2 équivalent. La méthodologie, afin de déterminer le présent bilan GES, est fortement inspirée par la norme ISO , qui traite de la quantification de GES. Tout comme pour le bilan énergétique, on retrouve plusieurs appellations dans la littérature, inventaire de gaz à effet de serre ou bilan GES. 1 Future Bioenergy and Sustainable Land Use, German Advisory Council on Gloabl Change (WBGU), octobre Greenhouse Gas Balances of Biomass and Bioenergy Systems, International Energy Agency (IEA), 2002.

4 Hypothèses retenues Les paragraphes suivants présentent les hypothèses retenues pour permettre de déterminer les bilans énergétiques et carboniques. Transport Le transport de matière première, des usines de transformation jusqu'à l'usine de granule, a été calculé à partir de la distance moyenne entre les différentes usines et de la consommation moyenne des camions qui acheminent la matière première. Il s'agit de simplifications qui permettent d'obtenir une consommation de diesel représentative et ainsi de calculer les émissions de gaz à effet de serre déroulantes. Il existe une multitude de possibilités concernant la distribution des granules. En effet, en plus des différents types d'emballage (sac de 40 lb, big bag ou vrac), les lieux de consommation finaux sont variables. Une majorité des granules produits à l'usine de Saint-Félicien est exportée, différents moyens de transport sont utilisés et les destinations sont très variées. Un suivi minutieux est indispensable afin de permettre une quantification des émissions représentatives. Emballage Dans cette étude, le bilan de GES est représentatif pour les granules vendus en vrac, car nous n'avons pu considérer les émissions dues au plastique d'emballage. Il nous est difficile d'avoir les caractéristiques exactes des différents plastiques d'emballage de la part des fournisseurs. De plus, les facteurs d'émissions de ces matériaux ne sont pas disponibles dans le contexte nord-américain. Des facteurs d émissions européens existent toutefois, mais les différences géographiques rendent les comparaisons hasardeuses.

5 Méthodologie La collecte de données En partenariat avec la direction de Granule LG, nous avons collecté l'ensemble des données pertinentes pour permettre de réaliser les calculs qui suivent. Il y a eu une très bonne collaboration de la direction afin de collecter les informations nécessaires pour le calcul des bilans. Nous avons pris la période d'avril 2008 à mars 2009 comme année de référence. Les rapports par tonne de granules produites sont évidemment réalisés pour cette même période. Calculs d'équivalences À partir des données de consommation, nous avons déterminé les équivalences énergétiques en gigajoule, à partir de valeur donnée par Environnement Canada 3. Le même rapport d'environnement Canada donne également des valeurs d'émissions de CO 2, CH 4 et N 2 O pour chaque combustible. Afin d'obtenir une valeur en CO 2 équivalent, nous avons appliqué le facteur appelé Global Warning Potential (GWP) fourni dans le premier rapport du GIEC. À titre informatif, le GWP du CH 4 est de 21 et de 310 pour le N 2 O, malgré que ces valeurs aient été révisées dans les derniers rapports du GIEC, elles restent celles utilisées dans le cadre du protocole de Kyoto. Nous avons ensuite calculé les rapports des émissions de GES et de la consommation énergétique avec la production de granules et le potentiel énergétique découlant de la combustion de la production annuelle de granules. Veuillez noter que nous ne considérons pas les rendements de combustion des systèmes aux granules en raison de la grande variabilité entre les équipements. Nous avons donc utilisé le pouvoir calorifique inférieur (PCI) des granules en question obtenu par un laboratoire indépendant. La valeur du PCI est de BTU/lb soit un équivalent de 19.5 GJ/tm. 3 Canada's Greenhouse Gas Inventory , Greenhouse Gas Division, Environment Canada, August 2004

6 Résultat Pour ne pas surcharger le présent rapport nous présenterons que les résultats finaux, pour de plus amples détails veuillez consulter le tableau des résultats placés en fin de ce paragraphe. Bilan énergétique La consommation énergétique, à l'usine, pour la production de granules de l'année de référence, fut de GJ, soit un peu moins de MWh. La production de granules, pour la même période, fut de tonnes de granules à 8 % d'humidité. Le pouvoir calorifique d'une tonne de granules, tel qu'énoncé précédemment, est de 19,5 GJ/t. Nous obtenons ainsi un potentiel énergétique de GJ ou encore légèrement plus de MWh. La consommation énergétique est de 0,56 GJ, ou 155 kwh pour produire une tonne de granules. Le bilan énergétique net, en considérant les consommations à l'usine seulement, est de 2,86 %. Cela revient à dire que moins de 3 % de l'énergie contenue dans une granule est consommée pour sa fabrication. Les gains énergétiques pour la production de granules sont de presque 35 fois la mise. Inventaire de gaz à effet de serre La production des tonnes métriques de granules, calculées sur la base de la consommation énergétique, a émis 291 tonnes de CO 2 équivalent. Pour se référer au vocabulaire de quantification de GES, ces émissions représentent la somme des émissions stationnaires et des émissions mobiles, car nous n'avons pas distingué ces deux émetteurs dans les données de consommation énergétique. Le rapport des émissions par la production de granule est de 4,2 kg de CO 2 équivalent par tonne soit encore 0,22 kg de CO 2 équivalent par GJ de granule produit à l'usine de Saint-Félicien. Les émissions mobiles indirectes dues au transport de matière première représentent 387 tonnes de CO 2 équivalent. Ces émissions sont considérées comme indirectes, car les camions de transport de matière première ne sont pas la propriété de l'entreprise Granule LG. Les émissions totales de gaz à effet de serre sont de 673 tonnes de CO 2 équivalent pour l'année Le rapport sur la production est ainsi de 9,9 kg de CO 2 équivalent par tonne de granules. En rapportant les émissions par le potentiel énergétique, on obtient seulement 510 g de CO 2 équivalents par GJ.

7 Tableau récapitulatif Combustion à l'usine Bilan énergétique Bilan GES quantité unité GJ kwh CO2eq (Kg) huile légère litre diesel litre propane litre électricité kwh biomasse kg à 12%Hr Total Combustion du transport de matière première Transport litre Combustion total Production tonne Rapport Usine produit/conso 34,91 conso/prod 2,86% 4,206 Transport 244,87 0,41% 5,69 Total par tonne de granule 0,56 155,15 9,90 Le tableau présente l'ensemble des résultats du bilan énergétique et de gaz à effet de serre de l'usine Granule LG de Saint-Félicien.

8 Conclusion La production de granules est une activité peu énergivore et faiblement émettrice de gaz à effet de serre surtout lorsqu'on compare ces valeurs au potentiel énergétique qu'elle génère. Une analyse de cycle de vie de ce biocarburant permettrait de voir les faiblesses environnementales de l'ensemble des étapes de production. Un tel outil permettrait d'améliorer la chaine de production et de réaliser des comparaisons réalistes avec les différentes énergies fossiles, pour lesquelles une analyse de cycle de vie est déjà disponible (cf GHGenuis 4 ). À titre informatif, nous avons réalisé une estimation du cycle de vie, placé dans le paragraphe suivant intitulé: discussion, pour laquelle nous avons combiné nos résultats avec des données issues d'une étude récente qui analyse la production de granules en Ontario. Quoi qu'il en soit, pour les clients des granules, comme pour tout combustible issu de la biomasse, les émissions de CO 2 sont considérées neutres. Dans le cas d'un remplacement d'un système de chauffage à un combustible fossile (huile, gaz naturel, propane) par de la granule, la réduction des émissions de GES est nette. En d'autres termes, des crédits de carbone pourraient être attribués pour toute conversion d'un système de chauffage aux combustibles fossiles vers un système aux granules, ou autres combustibles produit à partir de biomasse. Un intérêt particulier aux granules est la faible consommation énergétique pour la production, surtout lorsqu'on le compare avec le pouvoir calorifique de ce combustible. La balance énergétique est d'un peu plus de 3 %. Il s'agit de comparer l'énergie consommée sur l'énergie produite par des granules. Sans en avoir fait mention dans cette étude, la granule présente des avantages socioéconomiques pertinents, surtout dans la situation actuelle de l'industrie forestière. La présence d'une usine comme celle de LG, permet de générer de l'économie localement et quelques dizaines d'emplois. 4 GHGenuis est une entité de Ressources Naturel Canada;

9 Discussion Comparaison des émissions de GES des différents moyens de chauffages domestiques Afin d'estimer les émissions de gaz à effet de serre pour le cycle de vie des granules, nous avons pris les données d'une analyse de cycle de vie réalisée sur deux usines de production de granules en Ontario 5. Le tableau présente les résultats de cette analyse de cycle de vie pour l'usine de Nanticocke. On peut observer que la production de granules présentée ici émet près de dix fois plus que dans le cas étudié de l'usine de Granule LG à Saint-Félicien. L'explication la plus probable, de cette importante différence est due aux émissions indirectes de GES de la consommation électrique en Ontario qui est beaucoup plus émettrice qu'au Québec. Nous avons également remplacé les émissions ontariennes dues au transport de la matière première. La encore on observe une différence entre les émissions des deux usines, qui pourrait s'expliquer par l'importance qu'accordent les dirigeants de Granule LG à trouver des approvisionnements locaux. 5 Life Cycle Assessment of Wood Pellet Use in Ontario s Nanticoke and Atikokan Generating Stations, Heather MacLean, Jon McKechnie and Yimin Zhang, University of Toronto, 2009.

10 Activité Saint Félicien (g CO 2 éq./tonne métrique de granule) Saint Félicien (g CO 2 éq./gj) Coupe forestière Construction et maintenance des chemins forestiers Remise en production Transport de matière première Densification de granule Transport de granule Total : production et transport de granule Les valeurs prises pour le cycle de vie des granules, basées sur un mixe des données issues de la présente étude et d'une analyse de cycle de vie de la production de granules en Ontario, émettent 73 kg de CO 2 équivalant par tonne métrique de granules. En considérant que le pouvoir calorifique de ces granules est de 19,5 GJ par tonne, les émissions par GJ sont de 3,8 kg de CO 2 équivalent. Des nuances sont à apporter au moins en ce qui concerne le transport de la distribution de granules que nous n'avions pas estimé dans l'étude. Dans le cas présent il s'agit de l'approvisionnement d'une usine de cogénération, le facteur d'émission n'est pas adapté au cas de Granule LG. Nous essayons de voir qu'elle est l'influence de la distance de distribution dans le paragraphe suivant. Selon les données fournies par GHGenius 6, un gigajoule d'huile émet g de CO 2 équivalent sur un cycle de vie. Ce qui représente une différence de g de CO 2 équivalent par GJ. 6 Result from GHGenius Feedstock, Power, Fuels, Fertilizers and Matérials, 2006.

11 Estimation des émissions de GES pour le chauffage d'une maison selon différents combustibles Il ne s'agit là que d'un exercice permettant d'obtenir des estimations grossières des émissions de GES d'une maison moyenne. Nous avons pris pour l'exemple une maison dite moyenne du Saguenay-Lac-Saint-Jean consommant 75 GJ par année de chauffage (soit un peu moins de 4 tonnes de granules ou l'équivalent de litres de diesel). D'après nos résultats, la réduction d émissions de gaz à effet de serre sur un cycle de vie complet, pour la conversion du mazout par des granules, serait de plus de 6,7 tonnes de CO 2 éq. chaque année. Le tableau suivant présentes les émissions de GES, en kg de CO 2 éq., pour le chauffage d'une maison consommant 75 GJ par an. Combustible Granule Huile de chauffage Gaz naturel Électricité 7 Émissions de GES (kg CO2éq.) Le facteur utilisé est de 0,22 g CO2éq./kWh. Cette valeur est celle donnée pour les ACV au Québec, elle comprend les émissions de transport.

12 Influence du transport pour la distribution de granule sur les émissions de GES À partir des résultats calculés dans le paragraphe précédent, basés sur un mixe entre les valeurs obtenues dans une analyse de cycle de vie en Ontario et les résultats du bilan de gaz à effet de serre de l'usine de Saint-Félicien, nous allons estimer l'influence du transport sur le bilan global. La consommation de carburant pour le transport est estimée sur la consommation moyenne d'un camion de transport, qui est d'environs 60 l/100km et de sa capacité de chargement, estimé ici à 20 tonnes. Ce qui revient à dire que le déplacement d'une tonne de granules consomme 3 l/100km. Le facteur d'émission, selon GHGenius, est de 3,5 kg par litre de diesel. Le graphique suivant illustre les émissions de GES lié au transport de granules. Émission de GES en kg de CO 2 éq Distance en km Comme le graphique le montre, la distance de distribution à une très forte influence sur les émissions de gaz à effet de serre. À titre indicatif, on double les émissions lorsqu'on leur fait parcourir un peu plus de 800 km et pour une distance de 6000 km les émissions sont multipliées par 10. Il semble évident que la distance parcourue par les granules doit être minimisée pour conserver l'intérêt de réduction des émissions de GES.

13 Bibliographie Environment Canada, Canada's Greenhouse Gas Inventory , Greenhouse Gas Division, August German Advisory Council on Gloabl Change (WBGU), Future Bioenergy and Sustainable Land Use, octobre Heather MacLean, Jon McKechnie and Yimin Zhang, Life Cycle Assessment of Wood Pellet Use in Ontario s Nanticoke and Atikokan Generating Stations, University of Toronto, International Energy Agency (IEA), Greenhouse Gas Balances of Biomass and Bioenergy Systems, Ressources Naturel Canada, GHGenius Feedstock, Power, Fuels, Fertilizers and Matérials, 2006.