DAB / OPECST/ Claude Roy- Directeur

Octobre 2001

I. Biomasse – Bioénergies Prévision et prospective de contribution énergétique

(voir chapitre III)

Filière Situation 2000Objectif 2010

(PNAEE)(CPEA)

Potentiel prévisible de marché et

d’approvisionnement(~ 2020 - 2030)

A) Bois énergie domestique 8,5 Mtep / an 9 Mtep / an ~ identique

(9 Mtep / an)

B) Bois énergie industriel 1 Mtep / an 1,6 Mtep / an ~ 2 Mtep / an

C) Bois énergie collectif et urbain 0,16 Mtep / an 0,5 Mtep / an ~ 1 Mtep / an

D) Biocentrales cf B) dont 1,5 Twh

cf B) + 0,9 Mtep / an

dont 3,5 Twhcf ~ B) + 2 Mtep / andont 6 Twh (ou plus)

E) Bioincinération (déchets

organiques)0,3 Mtep / andont 0,7 Twh

1,2 Mtep / andont 1,7 Twh (1)

~ 2 Mtep / andont 3 Twh (1)

F) Méthanisation 0,15 Mtep / an 0,55 Mtep / andont 1,8 Twh

~ 0,7 Mtep / andont 2,2 Twh

G) Biocarburants et composants 0,3 Mtep / an 1,7 Mtep / an

(hypothèse) ~ 3 Mtep / an(hypothèse)

H) Chimie végétale 0,08 Mtep / an 0,2 Mtep / an(hypothèse)

~ 0,5 Mtep / an(hypothèse)

TOTAL 10,5 Mtep / an(dont 2,2 Twh )

15,6 Mtep / an(dont 7 Twh)

~ 20 Mtep / an(dont 11 Twh)

(1) y compris farines animalesDAB / OPECST

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Octobre 2001

II. Les facteurs stratégiques limitants (voir chapitre III)

Scientifiques et technologiques  : R&D ; process ; référentiels ; industriels…

Cela concerne notamment   :

- Les biocentrales et la bioincinération (eg. pyrolyse/ gazéification)

- La méthanisation- Les biocarburants (incorporation à grande échelle et

filière hydrogène) - La chimie végétale (labellisation)

Marketing  : compétitivité ; efficacité ; barrières non tarifaires ; effets d’échelle…

Cela concerne notamment   :

- Le bois énergie (en général)- La méthanisation- Les biocarburants- La chimie végétale

Ressources et Approvisionnements  : gisements ; concurrence ; mobilisation ; localisation…

Cela concerne notamment   :

- Le bois énergie collectif et tertiaire - Les biocentrales- Les biocarburants (incorporation à grande échelle)

Politiques publiques et réglementaires  : fiscalité ; politiques liées (ex : déchets) ; acceptabilité locale ; normes…

Cela concerne notamment :

- La bioincinération- La méthanisation- Les biocarburants- La chimie végétale

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- Le bois énergie collectif/tertiaire (les réseaux de chaleur)

DAB / OPECST

Octobre 2001

III. A l’horizon 2020 – 2030 Où sont les limites   ?

(voir tableau I)

A. Bois Energie Domestique (35 Mm 3 /an) (8,5 Mtep/an) (+ 0 % par an)

2/3 du marché est du « rural –traditionnel » en déclin progressif.

1/3 du marché est du « périurbain » en croissance complémenté à l’électricité (ou au gaz).

Le parc d’appareils se renouvelle de 3 % par an (250 000 appareils sur 6,75 millions).

Les technologies sont maîtrisées (mais pas la facilité d’usage).

Le combustible est concurrentiel et normalisé.

Les réseaux de distribution « périurbains » sont insuffisants.

L’ingénierie de financement « clé en main » des équipements est inexistante.

C’est un marché mature qui n’a plus de « ressort » SAUF crise énergétique grave (pétrole à plus de 40 Dollars le baril) ou saut technologique majeur (pile à combustible - voir D)).

L’objectif est de « maintenir la performance » globale du secteur en palliant le repli du marché rural par une offensive sur le pavillonnaire neuf et la bi-énergie avec des réseaux de distribution de bois de chauffage banalisés, des appareils toujours plus efficaces, et l’appui d’instruments financiers adaptés.

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La limite est principalement liée à la demande

B. Bois Energie Industriel ( 4 Mm 3 /an) (1 Mtep/an) (+ 5 % par an)

Le marché relève, pour l’essentiel, des entreprises de la filière bois qui valorisent sur place leurs propres déchets. Il est en croissance soutenue.

Les technologies et la compétitivité sont acquises.

La production de déchets et sous produits valorisables en énergie par l’industrie du bois (écorces, sciures, DIB …) est faiblement croissante (seuls 2 Mm3/an sont encore inutilisés).

Les sources d’approvisionnement de l’industrie de la trituration en produits connexes de scierie (partiellement concurrentes de la filière bois-énergie) doivent impérativement être préservées.

C’est un marché presque mature.

L’objectif est de couvrir (à partir des gisements encore disponibles) les besoins futurs en énergie des scieries résineuses notamment (séchage des sciages) et du secteur menuiserie –charpente- ameublement.

La limite est principalement liée à la demande et aux gisements de

ressources propres des entreprises de la filière bois.

C. Bois Energie Collectif et Urbain (1 Mm 3 /an) (0,3 Mtep/an) (+ 20 % par an)

C’est un marché natif en très forte croissance dont la demande révèle des besoins potentiels très supérieurs au bilan actuel (chaufferies collectives, tertiaires et réseaux de chaleur) dès lors que le prix du gaz tend à croitre.

Les technologies sont performantes et maîtrisées.

La filière est très créatrice d’emplois (2 à 3 par 1 000 tep).

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La concurrence du gaz (et du fioul lourd) est impitoyable. Même si le combustible bois d’origine déchet (5 à 6 cts/kwh) est très compétitif (sachant toutefois que ses gisements s’épuisent) les chaufferies bois sont encore 3 à 4 fois plus chères que les concurrentes au gaz.

Les approvisionnements classiques actuels (écorces, sciures, DIB) seront saturés à court terme et principalement utilisés par l’industrie du bois elle-même (voir B)). L’obligation de recourir aux gisements forestiers (plaquettes forestières de rémanents) est donc INCONTOURNABLE : mais ces gisements sont pour l’instant encore 3 fois plus coûteux à mobiliser que les déchets de scierie (15 cts/kwh) ! ! !

C’est un marché prometteur contraint par la concurrence (gaz, fioul) et par le coût d’accès au gisement forestier. Il ne peut donc se développer sans un appui financier public conséquent.

L’objectif est de développer à moyen terme des réseaux d’approvisionnement forestiers optimisés et compétitifs (~ 10 cts/kwh) tout en soutenant les investissements des collectivités et du secteur tertiaire et en préparant (voir également D)) le lancement futur de cultures énergétiques dédiées (vers 2010 – cette option supposant le soutien de la PAC et des besoins alimentaires mondiaux modérés).

La limite est principalement liée aux ressources en bio-

combustibles, à la concurrence GAZ – FIOUL et à l’ampleur du soutien

financier public

D. Les Biocentrales (cogénération) (1,5 Twh/an) (croissance potentielle)

Le marché actuel n’existe que très ponctuellement (centrales à bagasse, papeteries) pour des grosses unités industrielles traitant leurs déchets sur site et réutilisant l’énergie. Le tarif de vente actuel de l’électricité n’a pas permis son développement. Il s’agit pour l’instant de cogénérations avec turbines à vapeur à faible rendement électrique (< 20 %).

L’hypothèse d’un tarif de rachat électrique à 45 ou 50 cts/kwh peut entraîner dans un premier temps l’installation de nouvelles

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biocentrales à vapeur (type : 50 Mwth ; 10 Mwe ; 100 000 T/an de bois consommées ; 120 MF d’investissements) dont une dizaine de projets sont déjà connus et une vingtaine prévus d’ici 2010.Le problème sera de valoriser la vapeur (ce qui est indispensable tant au plan énergétique qu’au plan économique ) et, de ce fait, de sélectionner les sites en conséquence.

Vu la rareté des déchets lignocellulosiques industriels disponibles (DIB – connexes – paille voir B) et C)) le recours au gisement forestier (et à terme aux cultures énergétiques dédiées) est inévitable (voir C)) malgré leur coût plus élevé de mobilisation.

De ce fait la justification de telles unités n’apparaît alors pleinement que si le rendement électrique est significatif c’est à dire si les technologies de gazéification [cycle combiné gaz – vapeur] se substituent à terme (2005 – 2010) aux chaudières et turbines à vapeur en permettant d’atteindre 35 % de rendement électrique et de rémunérer ainsi les producteurs de biomasse.

C’est un marché en devenir où les obstacles technologiques (gazéification), économiques (tarifs électriques, sites achetant la vapeur) et spatiaux ( il faudrait 70 000 ha de cultures énergétiques pour produire 1 Twhe à partir de centrales à gazéification !) sont importants.

Pour des raisons géostratégiques on imagine mal, à terme, plus de 50 unités industrielles ou urbaines de ce type en France.

La R&D (au stade pilote) sur les technologies de gazéification, pyrolyse, thermolyse butte encore sur des obstacles certains (purification et traitement des gaz, devenir des cokes …) qui seront certainement levés en 2010.Mais les moyens sont faibles (CEA, IFP, EDF, CNAM, ADEME …) !

La limite est principalement d’ordre technologique, économique

et géographique

Dans un domaine parallèle d’investigation, avec les mêmes contraintes de faisabilité et les mêmes partenaires (mais à un stade de R&D beaucoup moins avancé) figure la production d’hydrogène ou d’hydrocarbures légers à partir de cellulose par cracking thermo chimique, digestion enzymatique ou reformage.

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ATTENTION

Malgré l’existence du GIS AGRICE, les moyens consacrés à ces filières

du futur en R&D sont très insuffisants (et les exemples

étrangers ne sont pas à ce jour probants)

E. Bioincinération des déchets organiques (0,7 Twh/an) (croissance potentielle)

Le marché actuel n’est pas spécifique aux déchets organiques. Il consiste dans la part des déchets organiques incinérés avec récupération d’énergie dans les UIOM.

Malgré le développement des collectes sélectives de Biodéchets en vue de compostage et retour au sol (amendements), le contexte actuel et prévisible est celui d’une crise d’acceptabilité de l’épandage (boues urbaines, boues industrielles) à laquelle s’ajoute l’obligation de destruction des farines animales et déchets crus animaux (3 MT/an).

L’hypothèse d’un tarif de rachat électrique à 30 cts/kwh devrait dès lors continuer d’accompagner le mouvement « pro-incinération » des déchets organiques non recyclables soit, à l’horizon 2010 :

+ 15 nouveaux sites d’UIOM pour (part organique) 250 000 Tep/an et 0,7 Twh/an supplémentaires

+ 15 sites d’incinération de farines déchets crus animaux et fumiers de volaille pour 600 000 Tep/an et 0,3 Twh/an

Les technologies actuelles sont maîtrisées mais pourraient céder le pas à la thermolyse dans les 5 à 10 ans à venir.

C’est donc en fait un marché « fatal » qui relève à la base du financement des producteurs de déchets.

A l’horizon 2020-2030, il est prévisible que l’extension de la notion de « principe de précaution » suscitera un développement continu du secteur de la bioincinération.

La limite est principalement d’ordre technologique et

réglementaire

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F. Méthanisation

Après un développement rapide et pas toujours maîtrisé dans les années 1980, la méthanisation est quasiment retombée dans l’oubli.150 000 Tep/an sont valorisées, dont l’essentiel dans les IAA et les stations d’épuration pratiquement sans vente d’énergie. La valorisation du biogaz de décharge est à peine amorcée (12 Mwe en cours d’installation).

Dans le même contexte que la bioincinération (voir E.), l’hypothèse d’un tarif de rachat incitatif (de l’ordre de 45 cts/kwh) peut entraîner un véritable mouvement d’investissements dans ce domaine dont 3 projets sont d’ores et déjà annoncés et près de 200 prévus d’ici 2010.

Les technologies de valorisation thermique (chaudières) et électriques (moteurs) du biogaz sont pratiquement maîtrisées tandis que les méthaniseurs eux même justifient encore des progrès en R&D notamment en ce qui concerne le traitement des effluents agricoles.

A l’inverse la valorisation du biogaz en injection dans le réseau ou comme biocarburant butte sur des barrières technico-économiques difficilement franchissables, sans que la légitimité économique de telles options soit d’ailleurs probante (du moins à l’horizon 2010).

Comme la bioincinération, la méthanisation devrait suivre une demande croissante jusqu’en 2010 et continuer de croître jusqu’en 2020-2030, mais plus faiblement que la bioincinération car :

- sa performance énergétique est plus faible- le traitement des digestats et leur retour au sol reste

soumis à une exigence d’acceptabilité coûteuse et difficile à satisfaire.

La limite est principalement d’ordre technologique et

réglementaire avec en outre une limite

des marchés accessibles.

G. Biocarburants et Biocomposants

Avec 1 % de la consommation française de carburants, les productions actuelles d’EMHV (310 000 t/an sur 300 000 ha) et d’éthanol (90 000 t/an sur 28 000 ha, transformés en ETBE) sont valorisées comme additifs banalisés dans les gazoles (EMHV lubrifiant) et dans les essences (ETBE prooctane et oxygénant).

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Il s’agit d’un programme pilote, limité en volume, et bénéficiant de forts avantages fiscaux (3,29 F/l d’éthanol ; 2,30 F/l d’EMHV).

L’expertise économique du programme a montré que son seuil de compétitivité pouvait être atteint avec un pétrole à 50 Euros/baril.

Dès aujourd’hui l’accroissement des volumes produits (en éthanol) permettrait de réduire l’aide fiscale à 1,50 F/litre.

Le programme induit à ce jour l’économie de 300 000 Tep/an et de 800 000 t CO2/an en générant en outre des coproduits de haute valeur (tourteaux, drèches, glycérol) et de très nombreux emplois.

Les objectifs européens visent à atteindre 2 % de biocarburants en 2005 et 5 % en 2010 avec une base fiscale homogène révisée.

Outre le coût fiscal d’une politique aussi ambitieuse, certaines questions technologiques restent posées (performance du couple moteur – carburant en 2010, modalités d’incorporation directe d’éthanol dans l’essence et dans les gazoles …).

De même les aspects commerciaux ne sont pas résolus (distribution) et les surfaces agricoles nécessaires (environ 1 000 000 ha) ne sont pas planifiées.

Au-delà des ces filières et à l ‘horizon 2020-2030, on peut certainement envisager que la maîtrise du reformage de l’éthanol permettra son utilisation couplée à des piles à combustibles fixes ou embarquées.

La limite est principalement d’ordre technologique, économique

et réglementaire

H. La chimie végétale

Au-delà des productions et filières classiques (bois, amidon, textile), l’agriculture non alimentaire débouche aujourd’hui sur la substitution accrue de produits d’origine pétrolière : carburants (voir G.), solvants, lubrifiants, émulsifiants, résines, polymères, matériaux, composites fibreux etc …

100 000 ha sont dédiés à ces nouvelles cultures en France pour des marchés de niche (1 %) rapidement croissants dans le monde entier.

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Outre leur bénéfice carbone et les avantages environnementaux (absence de COV, biodégradabilité) ces produits ont souvent des propriétés meilleures que leurs concurrents pétroliers ce qui, avec l’absence d’effet d’échelle, autorise leur développement à des prix supérieurs à la concurrence (et ce sans aide publique sauf à la R&D).

Les contraintes de développement restent encore la recherche (qui date de 1994 et reste limitée), la labellisation des bio-produits et leur promotion marketing.

Les évaluations du secteur industriel sont prudentes (0,2 Mtep/an en 2010 contre 0,08 Mtep à ce jour) mais tout permet de prévoir un développement beaucoup plus marqué d’ici 2020 (0,5 Mtep/an au minimum).

La limite est principalement d’ordre technologique,

commerciale et réglementaire

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