Culture énergétique

Une culture énergétique est une plante cultivée comme une récolte à faible coût et nécessitant peu d’entretien, utilisée pour fabriquer des biocarburants, tels que le bioéthanol, ou brûlée pour son contenu énergétique afin de générer de l’électricité ou de la chaleur. Les cultures énergétiques sont généralement classées comme plantes ligneuses ou herbacées; beaucoup de ces derniers sont des herbes de la famille des Graminaceae.

Les cultures énergétiques commerciales sont généralement des plantes cultivées à forte densité et à haut rendement qui sont transformées en biocarburant et brûlées pour produire de l’électricité. Les cultures ligneuses telles que le saule ou le peuplier sont largement utilisées, ainsi que des herbes tempérées telles que le Miscanthus et le Pennisetum purpureum (les deux connues sous le nom d’herbe à éléphant). Si la teneur en glucides est souhaitée pour la production de biogaz, des cultures entières telles que le maïs, l’herbe du Soudan, le mil, le mélilot blanc et bien d’autres peuvent être transformées en ensilage puis converties en biogaz.

Grâce à la modification génétique et à l’application de biotechnologies, les plantes peuvent être manipulées pour augmenter les rendements, mais aussi avec les cultivars existants. De nouveaux avantages sont toutefois possibles, tels que la réduction des coûts associés (c.-à-d. Les coûts liés au processus de fabrication) et la réduction de la consommation d’eau. ne peut être accompli qu’en utilisant Génétiquement_modifié_crops # Cultures génétiquement modifiées avec biocarburant.

Définition et démarcation
Les cultures énergétiques sont des cultures agricoles dont l’objectif principal est de produire de l’énergie, à la différence des plantes destinées à la production alimentaire, aux cultures fourragères et industrielles. Plantes sauvages, le z. B. sont utilisés comme bois de chauffage avec énergie, ne sont pas comptés parmi les cultures énergétiques. Les plantes forestières cultivées sur des terres agricoles à des fins énergétiques (par exemple dans des plantations à rotation rapide) sont généralement incluses. En partie, les plantes énergétiques ne sont parlées que lorsque de l’énergie est utilisée dans toute la plante.

L’utilisation de la plante est décisive. Le maïs est donc cultivé pour la production de biogaz, à la fois en maïs sucré destiné à la consommation humaine et en maïs fourrager (ensilage de maïs) destiné à l’alimentation animale, ou en maïs énergétique. Selon le sens d’utilisation, les variétés et les méthodes de culture utilisées pour les cultures énergétiques diffèrent en partie de celles utilisées pour l’alimentation humaine et animale.

Groupes de plantes et utilisation
De nombreuses espèces de plantes sont appropriées pour une utilisation énergétique. Parmi celles-ci, on trouve à la fois des cultures traditionnelles de l’agriculture, car les variétés partiellement optimisées pour l’utilisation de l’énergie sont cultivées (comme le colza, le maïs), ainsi que des cultures qui n’ont pas été utilisées ou qui sont à peine cultivables, mais qui sont intéressantes du point de vue de la consommation d’énergie. (par exemple, miscanthus, pérenne Silphie, Sida hermaphrodita). Jusqu’à présent, la culture s’est concentrée sur des cultures arables déjà répandues. La sélection de nouvelles variétés et l’utilisation de nouvelles cultures ne font que commencer. Le tableau ci-dessous répertorie certaines espèces et groupes de plantes cultivées en Europe centrale en tant que cultures énergétiques. Les cultures énergétiques ayant une superficie ou un potentiel important dans d’autres régions peuvent être affectées. une. Soja, huile de palme, noix de purge et canne à sucre.

De plus en plus de plantes ligneuses à croissance rapide telles que les saules, les peupliers et le robinier sont cultivées sur des sites agricoles d’Europe centrale afin de répondre à la demande croissante en biomasse ligneuse. Cela montre que les champs particulièrement humides sont propices à la culture de saules et de peupliers, car leur croissance est étroitement liée à la disponibilité en eau. Par exemple, les estimations potentielles pour l’Allemagne indiquent des emplacements particulièrement favorables dans le nord-ouest (méthodes et résultats, avec des données et des cartes dans les sources). Lors de la croissance, il convient toutefois de noter que la forte consommation d’eau des plantes peut également avoir un impact négatif sur les écosystèmes aquatiques vulnérables. Néanmoins, la culture offre une forme d’utilisation alternative pour les terres agricoles surpeuplées.

Les cultures énergétiques en Europe centrale et leur utilisation

matière première méthode produit Plante (fruit)
parties de sucre et de féculents Fermentation (fermentation à l’éthanol) biocarburant liquide
(bioéthanol, additifs pour carburant)
Betterave à sucre, pomme de terre,
grain de maïs, grain de maïs
parties de plantes grasses Presser / extraire,
(transestérification)
biocarburant liquide
(carburant à base d’huile végétale, biodiesel)
Colza, graines de tournesol
combustibles solides biogéniques
(plante entière ou partielle, morceaux de bois, copeaux de bois, pellets)
la combustion Chaleur et électricité à partir de combustible solide biogénique Arbres, herbes, céréales (céréales),
miscanthus
biomasse fermentable
(substrat: plante entière ou partielle, déchets organiques)
Fermentation (dégradation anaérobie avec formation de méthane) Chaleur et électricité à partir de biomasse,
biocarburant gazeux (biométhane)
Maïs, grains, céréales,
Betterave à sucre

Les cultures énergétiques sont utilisées pour la production de chaleur, d’énergie électrique et de biocarburants. Une variété de chemins d’utilisation sont utilisés, notamment la fermentation ou la production de biogaz dans des installations de biogaz (utilisation comme substrat de fermentation), la combustion (utilisation comme biocarburant) et diverses autres formes de conversion complète ou partielle de la biomasse (y compris la pyrolyse, la production de biocarburants synthétiques ( BtL)).Les vecteurs énergétiques sont soit le substrat de la plante lui-même après la fragmentation (combustibles solides biogéniques tels que bois de chauffage, pellets), le pressage / extraction ou la transformation ultérieure (combustibles liquides biogéniques tels que le combustible à base d’huile végétale, le bioéthanol, le biodiesel, le BTL) ou des gaz riches en énergie obtenue par gazéification de la biomasse (par exemple gaz combustibles biogéniques tels que biogaz, gaz de synthèse, hydrogène).
Les types

Par état

Biomasse solide
Énergie générée par la combustion de plantes cultivées à cet effet, souvent après la transformation en granulés de la matière sèche. Les cultures énergétiques sont utilisées pour alimenter des centrales électriques, seules ou avec d’autres combustibles. Alternativement, ils peuvent être utilisés pour la production de chaleur ou de production combinée de chaleur et d’électricité (CHP).

Afin de couvrir les besoins croissants en biomasse ligneuse, des taillis à courte rotation (SRC) ont été appliqués sur des sites agricoles. Au sein de ces systèmes de culture, des essences à croissance rapide telles que les saules et les peupliers sont plantées au cours de cycles de croissance de trois à cinq ans. La culture de ces cultures dépend des conditions du sol humide et pourrait constituer une alternative aux sols de terrain humides. Cependant, une influence sur les conditions locales de l’eau ne pouvait être exclue. Cela indique qu’un établissement devrait exclure le voisinage des écosystèmes de zones humides vulnérables.

Biomasse gazeuse (méthane)
Les digesteurs anaérobies ou les installations de biogaz peuvent être directement complétés par des cultures énergétiques une fois ensilés. Le secteur de l’agriculture biologique allemande qui connaît la croissance la plus rapide a été celui des “cultures à énergie renouvelable” sur près de 500 000 ha (1 200 000 acres) de terres (2006). Des cultures énergétiques peuvent également être cultivées pour augmenter les rendements en gaz lorsque les matières premières ont une faible teneur en énergie, telles que le fumier et les céréales gâtées. On estime que le rendement énergétique actuel des cultures bioénergétiques converties en méthane par le biais de l’ensilage est d’environ 2 GWh / km2 (1,8 × 1010 BTU / km²). Les petites entreprises de culture mixte avec des animaux peuvent utiliser une partie de leur superficie pour cultiver et convertir des cultures énergétiques et répondre aux besoins en énergie de toutes les exploitations avec environ un cinquième de la superficie. Toutefois, en Europe et en particulier en Allemagne, cette croissance rapide n’est survenue qu’avec un soutien substantiel des pouvoirs publics, comme dans le système allemand de bonus pour les énergies renouvelables. Des développements similaires d’intégration de l’agriculture et de la production de bioénergie via le méthane d’ensilage ont été presque entièrement négligés en Amérique du Nord, où des problèmes politiques et structurels et une énorme pression continue pour centraliser la production d’énergie ont éclipsé les développements positifs.

Biomasse liquide

Biodiesel
La production européenne de biodiesel à partir de cultures énergétiques a augmenté régulièrement au cours de la dernière décennie, principalement axée sur le colza utilisé comme huile et comme énergie. La production d’huile / de biodiesel à partir de colza couvre plus de 12 000 km² en Allemagne et a doublé au cours des 15 dernières années. Le rendement typique en huile sous forme de biodiesel pur peut être de 100 000 L / km2 ou plus, ce qui rend les cultures de biodiesel attractives sur le plan économique, à condition que des rotations de cultures durables existent, équilibrant les éléments nutritifs et préventives. de propagation de maladies telles que la hernie. Le rendement en biodiesel du soja est nettement inférieur à celui du colza.

Huile typique extractible en poids

Surgir Pétrole %
copra 62
graine de ricin 50
sésame 50
noyau d’arachide 42
jatropha 40
colza 37
palmiste 36
graine de moutarde 35
tournesol 32
fruit de palme 20
soja 14
graine de coton 13

Bioéthanol
Les cultures énergétiques pour le biobutanol sont des herbes. Le panic raide et le miscanthus géant sont deux des principales cultures non alimentaires destinées à la production de bioéthanol cellulosique. Le bioéthanol cellulosique a été une source de préoccupation en Amérique, la structure agricole supportant le biométhane étant absente dans de nombreuses régions, aucun système de crédits ou de bonus n’est en place. Par conséquent, beaucoup d’argent privé et les espoirs des investisseurs reposent sur des innovations commercialisables et brevetables dans l’hydrolyse enzymatique, etc.

Le bioéthanol fait également référence à la technologie consistant à utiliser principalement du maïs (graine de maïs) pour produire de l’éthanol directement par fermentation, processus qui, dans certaines conditions de terrain et de traitement, peut consommer autant d’énergie que la valeur énergétique de l’éthanol qu’il produit. durable. Les nouveaux développements dans la conversion de la distillation du grain (appelée distillation du grain de distillerie ou DGS) en énergie de biogaz semblent prometteurs pour améliorer le faible ratio énergétique de ce type de procédé au bioéthanol.

Par dédicace
Les cultures énergétiques dédiées sont des cultures énergétiques non alimentaires telles que le miscanthus géant, le panic raide, le jatropha, les champignons et les algues. Les cultures énergétiques dédiées sont des sources de cellulose prometteuses pouvant être produites de manière durable dans de nombreuses régions des États-Unis.

De plus, les sous-produits de déchets verts de cultures énergétiques alimentaires et non alimentaires peuvent être utilisés pour produire divers biocarburants.

Étendue de la culture et développement
En Allemagne, les cultures énergétiques sont cultivées sur 2,28 millions d’hectares (à partir de 2011). Cela correspond à 19% du total des terres arables en Allemagne. Parmi ceux-ci, plus d’un million d’hectares sont consacrés à la culture du colza pour le biodiesel et de l’huile végétale, les plantes produisent plus de 500 000 hectares pour la production de biogaz et plus de 250 000 hectares sont utilisés pour la culture de sucre et d’amidon pour le bioéthanol. La culture de plantes énergétiques a considérablement augmenté ces dernières années: en 1998, la superficie totale consacrée à la culture de ressources renouvelables (y compris la culture à des fins matérielles) était inférieure à 500 000 ha. Selon les estimations actuelles, l’Agence des ressources renouvelables (FNR) estime la superficie de matières premières renouvelables en Allemagne en 2012 à environ 2,5 millions d’hectares. La majorité de ceux-ci, 2,1 millions d’hectares, sont cultivés avec des cultures énergétiques. Les cultures énergétiques les plus importantes sont toujours le colza pour les biocarburants, ainsi que le maïs, les autres céréales et les herbes pour les installations de production de biogaz. La plus petite partie de la superficie est utilisée pour les matières premières renouvelables, qui sont utilisées à des fins de chimie technique dans l’industrie.

Promotion
La culture de plantes énergétiques a jusqu’à présent été financée par des paiements directs dans le cadre de la politique agricole commune de l’Union européenne (dite “prime aux cultures énergétiques”). Cette promotion d’un maximum de 45 € / ha a été supprimée en 2010. En vertu de la mise en jachère obligatoire jusqu’en 2007, les agriculteurs n’étaient pas autorisés à cultiver des aliments ni à nourrir une partie de leurs terres arables et se voyaient accorder une prime de mise en jachère. Cependant, la culture de plantes énergétiques sur ces zones était autorisée. Une prime aux cultures énergétiques n’est accordée aux agriculteurs que pour les terres non désaffectées. En supprimant le gel obligatoire et la prime aux cultures énergétiques, la promotion directe de la culture de plantes énergétiques perd de son importance.

Effets sur l’environnement
En utilisant des cultures énergétiques, les sources d’énergie peuvent être fournies d’une manière écologiquement rationnelle. La réduction des émissions de dioxyde de carbone (CO2) pour réduire l’effet de serre est un facteur important. L’impact de la culture et de l’utilisation de cultures énergétiques sur le climat fait l’objet de discussions controversées. Outre les économies de CO2 résultant de l’utilisation de matières premières renouvelables, les bilans climatologiques des cultures arables doivent également calculer les émissions de protoxyde d’azote N2O, importantes pour le climat, qui proviennent en particulier des cultures arables fertilisées à l’azote. La culture et l’utilisation des terres peuvent également avoir un impact majeur sur l’impact des cultures énergétiques sur le climat: défricher les forêts tropicales, cultiver des tourbières ou aménager des prairies pour produire des cultures énergétiques libèrent de grandes quantités de gaz à effet de serre.

L’Union européenne a adopté la directive sur les énergies renouvelables (CE), qui sera applicable à partir de juin 2009. Elle fixe notamment des critères de durabilité pour la promotion des biocarburants et leur inclusion dans les objectifs de l’UE en matière de biocarburants. Ces critères de durabilité ont été transposés en droit allemand avec l’ordonnance sur la durabilité de la biomasse et de l’électricité (Biost-NachV, en vigueur depuis août 2009) et l’ordonnance sur la durabilité des biocarburants (Biokraft-NachV, en vigueur depuis septembre 2009).

L’un des objectifs de la recherche sur les cultures énergétiques est d’améliorer le rendement énergétique par superficie en utilisant des plantes entières et en optimisant les processus. De plus, des méthodes d’agrandissement de la surface utilisable sont à l’étude, par exemple: Élevage d’algues d’eau de mer dans les zones désertiques ou culture de l’huile de frugal Jatropha.

Toutefois, les superficies nécessaires à la culture de plantes énergétiques pourraient également être utilisées à d’autres fins économiquement et écologiquement rationnelles (par exemple, matières premières renouvelables pour l’utilisation de matériaux, extensification de l’agriculture). En outre, ils ne sont plus disponibles pour la production alimentaire (concurrence par zones). Compte tenu de la croissance démographique, les questions éthiques sont abordées dans ce contexte, notamment l’utilisation de denrées alimentaires telles que les céréales (par exemple la combustion des céréales) qui fait l’objet de critiques (concurrence pour l’utilisation).

La culture de plantes énergétiques est souvent exploitée comme une agriculture à haute intensité, en ce qui concerne l’utilisation d’engrais et de pesticides, ce qui peut entraîner des dommages écologiques. La culture de plantes provenant de régions d’origine étrangère en tant que cultures énergétiques comporte des risques, par exemple: par la propagation des néophytes.