| Strategic thinking in sustainable energy

Bioénergie – Ange ou démon?

François Vuille

Présenté dans le cadre de l'Assemblée Générale de l'ADER

05/03/2010

Biomasse – La reine déchue

• Biomasse couvrait ~100% de nos besoins en énergie jusque vers ~1830

• Le bois a été notre principale source d'énergie primaire jusqu'en ~1910

• Part biomasse dans mix énergie primaire 10% aujourd’hui.

[Source: IEA]

La place de la biomasse aujourd'hui

3

Wood biomass87%

9%

4%

Bioenergy77%

Hydro15%

Other renewables8%

Agricultural crops & by-products

Municipal & industrial waste

• Depuis la révolution indutrielle, la part de biomasse n'a cessé de diminué pour atteindre 10% de notre mix énergétique primaire aujourd'hui.

• Très large écart type: 3% (OECD) – 22% (PED) - 90% (Népal)

• Regain d’intérêt pour la biomasse depuis 2000.

Qu’est ce que la bioénergie?

Bioénergie = énergie tirée de la biomasse

Biomasse = Matière organique d’origine végétale ou animale

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Caractéristiques uniques de la biomasse

•est stockable

•a un coût

•est de nature physique et chimique variée

•peut produire divers services énergétiques

•renouvelable ≠ durable

Potentiel biomasse à l'horizon 2050

5

1500

1250

1000

World Technicalenergy biomass

demand potential(2050) (2050)

600

500 World energy demand (2008)

Sustainable biomasspotential (iv ) Crops w /o ex clusion

250 (2050)

200 Worldbiomassdemand

50 (2050) (i) Forestry andagriculture residues

Total world primary energy demand in 2050 in World Energy Assessment (600 - 1000 EJ/year).

EJ

/ Yea

r

World biomass

demand (2008)

(ii) Surplus forestry

(iii) Crops w ith ex clusion

(v ) Agricultural

productiv ity improv ement

• Contraintes sur la demande• Incertitude sur l’offre

Potentiel biomasse très incertain

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Eau et surface nécessaire pour la production agricole

7

Source: UN-water 2007

Source: EarthTrends 2008

Potentiel biomasse par région et scénario

8

IEA Bioenergy Review - 2009

www.ieabioenergy.com

www.e4tech.com

Francois.vuille@e4tech.com

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E4tech – Consulting stratégique en énergie durable

• Consulting basé sur une compréhension des problématiques technologiques

• Expertise dans les secteurs bioenergy, fuel cells & hydrogen, photovoltaics, sustainable buildings, novel energy technologies.

• Excellente compréhension de l’ensemble des problématiques énergétiques

• Projet dans le monde entier

• 20 consultants, bureaux à Lausanne et Londres.

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Fuel cells Energy storage

SustainableBuildings Bioenergy

SolarEnergy

NovelEnergy

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Sélection de clients

Start-up companies

Product and process industries

Financial organisations

Research institutes

Organisations Governementales

International organisations

Energy companies and utilities

Technologies de conversion de la biomasse

• Situation a eu été simple pendant ... 2 million d’années:

Bois → Combustion → Chaleur

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η < 5% -10% < η < 10% 80% < η < 90% 10% < η < 15%

Technologies de conversion de la biomasse

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• Tout s’est complexifié en quelques décennies!

• Aujourd'hui, une gamme de technologies existent qui sont adaptées à la nature physique et chimique de la biomasse, ainsi qu'aux services énergétiques requis.

• 3 Classes de conversions: thermo-chimiques, physico-chimiques et biologiques.

Source: E4tech 2009

Quelle est la meilleure utilisation de la biomasse?

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Besoin urgent de formation des décideurs

15

Source: Energies Renouvelables ,August 2007

• Approche globale de l'efficacité énergétique rarement considérée.

• Comparaison hasardeuse fréquente entre différentes utilisations finales.

• Non-prise en compte des différents objectifs et priorités politiques

Part de marché des différents services énergétiques

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Commerce de la biomasse

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Japan

ethanol pellets palm oil & agricultural residues

USA Japan

W. Europe

Brazil

E. Europe & CIS

South East Asia Ethanol Wood pellets Palm oil & agricultural residues

Canada

Source: Junginger and Faaij (2008)

Barrières et risques pour le déploiement de la bioénergie

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Risques d'approvisionnement• Quantité• Qualité• Prix

Risques technologiques• Variabilité biomasse• Logistique• Economie d'échelle• Contamination• Emissions

Risques de marché• Compétitivité• Compétition• Législation• Confiance des investisseurs• Acceptabilité par ONG

Des risques et barrières au déploiement de la bioénergie se trouvent tout au long de la chaîne de valeur de la bioénergie et concerne tous les produits énergétiques finaux.

Risques environnementaux et sociaux

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Potentiel de réduction des GES des biocarburants

20

Source: IEA 2009

Message principal

• Contribution de la Bioénergie à nos besoins énergétique peut être augmentée de manière substantielle

• L’utilisation de la biomasse peut apporter un nombre de bénéfices importants:• Réduction des émissions de gaz à effet de serre

• Développement socio-économique des zones rurales

• Sécurité énergétique

• Utilisation de résidus organiques

• Bénéfices environnementaux (reforestation, anti-érosion, filtrage, rétention, etc.)

• Mais le déploiement de la bioénergie pause des défis de important:• Compétition pour surface agricole et pour matière premières (ILUC, etc.)

• Technologie, logistiques et infrastructure

• Compétitivité

• Impact environnementaux potentiellement négatif (biodiversité, eau, etc.)

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=> Messieurs les politiques, faites gaffe !!!!

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Mange ton maïs !Y'a des millions de

voitures qui meurent de faim dans le monde !!!

Source: F. Vuille, based on pictures from Calvin & Hobbs cartoon

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CommercialBasic & applied R&D Demonstration Early commercial

Biomass to heat only

Combustion

Gasification

Co-firing

Anaerobic Digestion (AD)

Biomass densification

IGFC3

Combustion(in boilers & stoves)

IGCC4,IGGT5

Gasification + Steam cycle

Combustion in ORC2

or Stirling engine

Microbialfuel cells

2-stage AD1-stage AD,Landfill gas

Indirectco-firing

Combustion+ Steam cycle

Directco-firing

Small-scalegasification

PelletizationPyrolysisTorrefaction

Biogas upgrading

Biomass densification techniques Biomass to heat only Biomass to power or CHP

Parallelco-firing

Bioenergy routes

1 Hydrothermal upgrading; 2 Organic Rankine cycle; 3 Integrated gasification fuel cell; 4/5 Integrated gasification combined cycle (CC) / gas turbine (GT)

HTU1

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CommercialBasic & applied R&D Demonstration Early commercial

Diesel-type biofuels

Biomethane

Other fuels & additives

Hydrogen

Bioethanol

Biobutanol,Pyrolysis–based fuels

Biodiesel(by transesterification)

DME2 Methanol

Renewable diesel(by hydrogenation)

Ethanol from sugar & starch crops

Lignocellulosic ethanol

Biogas upgrading

Biodiesel from microalgae

Syndiesel(from gasification + FT1)

All other novel routes

Gasification with reforming

Biogas reforming

Novel fuels(e.g. furanics)

Gasification + methanation

Biofuels

Gaseous biofuelLiquid biofuel1 Fischer-Tropsch; 2 Dimethylether

26

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Sugarcane(Brazil, India,

Thailand)

Sugar beet(UK, Spain, Germany,

France)

Corn/maize(USA, China,

France, Hungary)

Wheat(UK, Spain)

Rapeseed(France,

Germany)

Palm(Indonesia, Malaysia)

Soybean(Brazil,

Argentina)

Soybean(USA)

Tallow(UK)

Prod

uctio

n co

st

US$/litre US$/GJ

BiodieselBioethanol

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Biomass yield

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