La décarbonisation par la bioénergie forestière

Le marché baissier de l’industrie forestière incite à concevoir de nouveaux produits et procédés. Le potentiel d’atténuation du changement climatique amené par les produits forestiers est une incitation supplémentaire. La bioénergie forestière attire l’attention, principalement due à son bilan carbone plus faible que les énergies fossiles. De nombreux pays, dont le Canada, ont annoncé des plans ambitieux pour réduire leurs émissions de GES à la suite des engagements nationaux et internationaux pris, entre autres, en vertu de l’Accord de Paris. De même, la province de Québec (servant d’étude de cas ici) prévoit atteindre zéro émission nette d’ici 2050 par divers moyens, comme celui d’augmenter la production bioénergétique. La bioénergie forestière est une solution énergétique stockable, compatible avec l’infrastructure fossile existante, sans danger pour la sécurité alimentaire et socialement acceptable au Canada. De plus, au Québec, elle se base sur la valorisation de la biomasse résiduelle comme, par exemple, les résidus forestiers laissés en décomposition sur le sol.

De nombreuses études ont évalué le rôle de la bioénergie dans l’atténuation des changements climatiques dans le cadre de modélisation simulant la dynamique des stocks de carbone forestier. Cependant, ces études n’évaluent pas les avenues les plus rentables pour réduire les émissions de GES. Notre étude repose sur le modèle énergétique nord-américain TIMES (NATEM), un modèle ascendant, nous permettant de contrer les limites d’autres approches et de tenir compte de la concurrence entre les secteurs du marché. Ce type de modèle est apte à générer différents scénarios pour mieux comprendre le choix d’une combinaison de technologies rentable ou favorable, compte tenu de diverses hypothèses et des choix politiques. Ce manuscrit vise à analyser de manière critique les facteurs affectant les émissions de GES associées aux technologies de bioénergie forestière. Nous avons entré ces facteurs dans NATEM pour étudier les avenues possibles de décarbonisation d’ici 2050. C’est la première fois que différentes technologies bioénergétiques forestières primaires et secondaires sont modélisées dans un outil énergétique ascendant aussi détaillé que TIMES.

La figure 1 présente le système énergétique de référence des technologies de conversion courantes et émergentes pour produire la bioénergie lignocellulosique. Elle montre le flux d’approvisionnement en ressources, à partir de la production et des applications de conversion jusqu’aux technologies d’utilisation finale. Les données relatives à 45 technologies primaires et secondaires ont été tirées de diverses publications et modélisées dans NATEM après les modifications nécessaires.

Fig. 1 – Synthèse des procédés courants et émergents de bioénergie forestière convertie pour produire la bioénergie lignocellulosique.

Les biocarburants de première génération, carburants compétitifs aux bioénergies forestières, sont en vert.

Au lieu d’une catégorie intitulée « résidus forestiers » comme seule matière première d’origine forestière dans NATEM, différentes sources de biomasse forestière résiduelle y sont entrées, ainsi que de nouvelles technologies nécessitant des types précis de matières premières. Pour chacune de ces matières premières, une courbe d’approvisionnement a été définie avec différentes disponibilités et leurs coûts relatifs.

Nous considérons quatre scénarios pour explorer la contribution de la bioénergie forestière émergente dans la transition énergétique du Québec : i) le statu quo (business-as-usual, BAU) sans autres contraintes de réduction des GES et sans bioénergie forestières ; ii) le statu quo où le modèle utilise des bioénergies forestières (BAU+BIOF) pour explorer leur rôle dans le système énergétique du Québec en l’absence de contraintes supplémentaires de réduction des GES ; et iii) deux scénarios de réduction avec des objectifs de diminution des GES de 70 % (GESA) et 80 % (GESB) d’ici 2050.

Décarboniser l’industrie lourde : le plus grand défi

Dans le scénario BAU, les émissions de GES diminuent entre 2011 et 2025, augmentant ensuite entre 2025 et 2050. La première tendance à la baisse est due au remplacement de certains véhicules à combustibles fossiles par des véhicules électriques, grâce aux politiques gouvernementales incluses dans le scénario. Mais la demande croissante de services énergétiques entraîne une nouvelle augmentation des émissions de GES par la suite (figure 2a).

Le transport produit plus de la moitié des émissions totales de GES selon les périodes de temps et les scénarios, à l’exception du GESB en 2050 (Fig. 2b). La dépendance à l’égard des combustibles fossiles pour répondre à la demande de transport est la principale cause des émissions de ce secteur. Dans le scénario GESA, des réductions importantes sont réalisées dans les secteurs du transport, industriel, commercial et résidentiel, de 24,2, 6,7, 4,9 et 3,2 MtCO₂-eq respectivement en 2050, par rapport aux valeurs de référence. Dans le scénario GESB, des réductions supplémentaires sont nécessaires dans les secteurs du transport et de l’industrie pour atteindre l’objectif plus ambitieux. Le secteur industriel est le principal émetteur d’ici 2050 dans le scénario GESB, mettant en lumière le défi que représente la décarbonisation de l’industrie lourde.

Fig. 2 – a. Émissions totales de GES au Québec, b. Émissions de GES liées à l’énergie par secteur au Québec (Kouchaki-Penchah et al., 2022).

Électrification généralisée : un passage obligé

En 2011, les produits pétroliers, l’électricité et le chauffage dominaient la consommation finale d’énergie (Fig. 3a). Des changements importants interviennent dans les scénarios de réduction des GES vers 2050. L’électricité et le chauffage représentent, respectivement, 60 % et 70 % de la consommation finale d’énergie dans les scénarios GESA et GESB en 2050. Donc, une électrification généralisée est nécessaire pour atteindre les objectifs de réduction des GES.

Fig. 3 – a. Consommation finale d’énergie au Québec, b. Consommation de bioénergie par type au Québec (Kouchaki-Penchah et al., 2022).

La contribution essentielle de la bioénergie forestière

La bioénergie augmente sur un horizon temporel dans les scénarios BAU et BAU+BIOF (Fig. 3b). Cette tendance est renforcée par les contraintes strictes de réduction des émissions de GES dans les scénarios GESA et GESB. La quantité totale de bioénergie dans le scénario GESB est inférieure à celle de GESA, car la priorité est donnée à l’utilisation limitée de matières premières pour certaines bioénergies comme le bioéthanol cellulosique plutôt que le chauffage d’origine biologique. Le modèle donne la préférence au bioéthanol cellulosique dans le scénario GES le plus rigoureux, diminuant l’obligation de réduire les émissions de GES dans le secteur du transport. La production de bioénergie se diversifie dans les scénarios de réduction des GES grâce à la production de diesel Fischer-Tropsch et d’électricité comme coproduit.

Conclusion

Cette étude démontre que le transport est le principal contributeur aux émissions de GES sur l’horizon temporel dans tous les scénarios, à l’exception du scénario GESB en 2050. Le secteur industriel est le principal émetteur en 2050 dans le scénario GESB, démontrant les difficultés à décarboniser l’industrie lourde. En outre, une électrification généralisée est nécessaire pour atteindre les objectifs de réduction des GES. La part de la bioénergie devrait augmenter considérablement dans les secteurs du transport et de l’industrie, ce qui palliera la nécessité de réduire les émissions de GES. Les bioénergies forestières, comme le bioéthanol cellulosique, le chauffage biosourcé, le diesel FT et l’électricité comme coproduit, peuvent appuyer efficacement cette transition énergétique.

Le gouvernement québécois envisage une augmentation de 50 % de la production de bioénergie d’ici 2030 par rapport au niveau de 2013. Cependant, NATEM calcule une expansion de 75 % de la bioénergie pour le scénario GESA et de 114 % pour le GESB en 2030 par rapport au scénario BAU de 2013. Par conséquent, le gouvernement du Québec pourrait envisager une plus grande pénétration de la bioénergie dans son plan 2030 vers une économie verte. Notre étude révèle que la bioénergie forestière devrait être une composante importante de la stratégie de décarbonisation du Québec. D’autres régions du monde voyant une tendance à la baisse des produits forestiers traditionnels devraient également envisager une telle stratégie. Nos recherches futures aborderont les limites de cette étude, soit la disponibilité de matières premières supplémentaires et le fait de considérer les émissions de CO₂ biogéniques comme carboneutres, ce qui peut fausser les résultats.

Information supplémentaire

Pour plus de détails sur le sujet, veuillez consulter l’article suivant :

Kouchaki-Penchah, H., Bahn, O., Vaillancourt, K. & Levasseur, A. The contribution of forest-based bioenergy in achieving deep decarbonization: Insights for Quebec (Canada) using a TIMES approach. Energy Conversion and Management 252, 115081 (2022).