Lutter contre les changements climatiques et la déforestation avec le charbon vert

Juillet 2008

Fondée au Brésil en 1986, Pro-Natura est l’une des premières Organisations Non Gouvernementales des pays du Sud à s’être internationalisée : à la suite de la Conférence de Rio en 1992 est née Pro-Natura International dont le siège est à Paris. Elle mobilise plus de 400 bénévoles de haut niveau sur des programmes d’action dans les pays du Sud, liant la lutte contre la pauvreté avec la conservation de la biodiversité et la mobilisation contre les changements climatiques.

Deux milliards de gens doivent faire face à un problème d’énergie domestique qui les pousse à la déforestation, accentuant sécheresse et désertification. Pour y remédier, Pro-Natura a inventé et développé la technologie innovante du « charbon vert ». Cette technologie se révèle très compétitive par rapport au charbon de bois, a un effet positif en termes de changement climatique et a reçu en 2002 le 1er prix d’innovation technologique de la Fondation Altran.

L’accès à l’énergie, qui est de plus en plus considéré comme un droit fondamental, est une condition nécessaire à tout processus de développement. En Afrique, en Amérique Latine et en Asie - y compris en Inde et en Chine - le bois devient de plus en plus difficile à trouver et les énergies de substitution n’existent en général pas. Deux milliards de personnes à travers le monde dépendent de bois issu de déforestation pour leur besoin en énergie domestique. En Afrique plus particulièrement, il représente 89% des sources d’énergie. Or, ce recours au bois non durable est une cause majeure de déforestation, ce qui pose un sérieux problème écologique. Cette déforestation accentue la sécheresse, la désertification ainsi que les changements climatiques.

L’utilisation exclusive du bois comme combustible domestique présente de nombreux autres inconvénients majeurs :

• À mesure que la déforestation progresse, le fardeau des femmes et des enfants augmente : ils doivent parcourir une distance toujours plus grande pour s’approvisionner en bois et en autres produits forestiers. Cette charge supplémentaire diminue le temps qu’ils pourraient consacrer à d’autres tâches pourtant indispensables. Dans le Sahel, par exemple, les femmes ont parfois à parcourir 20 kilomètres par jour pour trouver le bois nécessaire à la cuisson des aliments ;

• Avec moins de combustible, la quantité et la qualité de la nourriture diminuent ;

• L’approvisionnement en combustible absorbe une part de plus en plus importante des revenus ;

• Enfin, les fumées dégagées sont nocives pour les yeux et les poumons. L’OMS estime que 1,6 million de femmes et d’enfants meurent prématurément à cause des fumées du bois dans des habitations mal ventilées.

L’ensemble de ces graves contraintes liées à l’utilisation du bois par les populations réduit les perspectives d’amélioration de leurs conditions de vie ainsi que de progrès économiques.

Cette solution consiste à récupérer des résidus agricoles inutilisés ou de la biomasse renouvelable qu’on ne peut pas valoriser autrement et les transformer en briquettes de charbon vert qu’on utilise de la même manière que du charbon de bois. Pro-Natura propose ainsi un combustible domestique constitué de charbon végétal, obtenu grâce à un procédé de carbonisation original, dont l’efficacité a été démontrée.

Ce procédé est fondé sur la carbonisation de végétaux inutilisés en continu. Les pailles de savane, roseaux, pailles de blé, de riz, tiges de coton, de mil, cannes de maïs, balle de riz, parches de café, bambous peuvent être utilisés pour fabriquer le charbon vert. Le bois peut également être carbonisé sous toutes ses formes, y compris la sciure avec un rendement environ 3 fois supérieur aux procédés de carbonisation classiques.

Chaque machine Pyro-7 permet de produire de façon économique et écologique entre 4 et 5 tonnes de charbon vert par jour.

La première machine fabriquée en France est en exploitation au Sénégal dans la région de Saint-Louis depuis la fin 2007 (voir photo ci-dessus). En partenariat avec Areva, la technologie a été transférée en Afrique du Sud à la société Necsa qui a une licence de fabrication pour le cône sud de l’Afrique.

La carbonisation de la biomasse est faite de manière continue

Ce procédé est basé sur la carbonisation de végétaux de manière continue, en agglomérant le charbon ainsi obtenu en boulets, briquettes ou barres. Les essais faits précédemment pour carboniser la biomasse par bottes entières ont échoué à cause de problèmes mécaniques et de mauvais rendement énergétique.

Cette technologie est basée sur l’utilisation d’une cornue chauffée à 550°C au travers de laquelle s’écoule la biomasse de façon continue, en l’absence d’oxygène. La température de la cornue est maintenue constante par la combustion des gaz de pyrolyse qui sont recyclés et brûlés dans une deuxième chambre de postcombustion.

Une des originalités du procédé est qu’une fois que la machine est préchauffée, le processus produit sa propre énergie, à part le transfert de la biomasse qui est obtenue par un petit moteur électrique de faible consommation.

Ce processus est donc pratiquement autonome en terme d’énergie et son rendement (poids de charbon vert par rapport au poids de la biomasse à 15% d’humidité) atteint 30 % à 45 % suivant le type de biomasse.

Potentiel en matière de lutte contre les changements climatiques

Le fonctionnement du réacteur se fait sans émissions de gaz à effet de serre autre que du CO₂ recyclé dans le processus de régénération de la biomasse renouvelable.

Tout en étant comparable au charbon de bois traditionnel en termes de pouvoir calorifique, le charbon vert présente les avantages suivants :

• Évite la pression sur les forêts par la substitution d’autres biomasses renouvelables à la place du bois ;

• Améliore le rendement de carbonisation (30 à 45%) comparé à la fabrication traditionnelle (environ 10%) ;

• Élimine les émissions de CH₄ de la carbonisation traditionnelle.

Comparé au scénario de référence, la technologie du charbon vert conduit à une réduction de gaz à effet de serre dans les domaines suivants :

• Déforestation évitée liée à la production de charbon de bois ;

• Émissions évitées de CH₄ dues à la production traditionnelle de charbon de bois ;

• Réductions des émissions de CO₂, CH₄ et N₂O résultant de la combustion de résidus agricoles.

L’estimation des réductions d’émissions est basée sur les hypothèses suivantes :

• Déforestation évitée par tonne de charbon de bois : 5,5 tonnes de bois sec, correspondant à un chiffre conservateur choisi par les Fonds Carbone de la Banque Mondiale ;

• Emissions de CH₄ évitées par tonne de charbon de bois produite : 3,5 tCO₂-équivalent. Cette valeur est une moyenne entre les émissions des techniques de carbonisation traditionnelles les moins sophistiquées dans les régions sahéliennes (qui sont courantes dans le scénario de référence) et la valeur utilisée par le projet Plantar, où des fours sophistiqués sont utilisés.

• Brûlis évité de biomasse inutilisée : permet une réduction de 0,06 kg de CO₂-équivalent par tonne de biomasse utilisée dans la production de charbon vert.

A ce jour, il n’existe aucune méthodologie MDP approuvée par UNFCCC. Cependant, Pro-Natura propose de développer une nouvelle méthodologie qui rendrait le projet éligible en tant qu’opération à petite échelle.

Pro-Natura suit déjà les prescriptions de l’annexe B relative aux modalités simplifiées et aux procédures des projets CDM à petite échelle. Spécifiquement il se conforme au paragraphe 19 : “Pour les technologies d’énergies renouvelables qui remplacent des sources de biomasse non renouvelables, le scénario de référence simplifié est la consommation de sources de biomasse non renouvelable multiplié par un coefficient d’émission correspondant aux sources de biomasse non renouvelable remplacées”.

Les calculs évaluant les crédits de carbone générés par une machine Pyro-7 donnent : 11.6 tonnes de CO₂-équivalent par tonne de charbon vert.

Nous sommes heureux d'annoncer que, par l’intermédiaire du programme Action Carbone de GoodPlanet, Air France donne maintenant à ses passagers l'option de compenser leurs émissions de CO₂ avec des crédits de carbone générés notamment par le projet charbon vert de Pro-Natura au Sénégal. Visiter : www.actioncarbone.org

Choix du mode de carbonisation en cornue et avantage de cette technologie

Il nous a été très facile d’orienter notre choix sur la technique de carbonisation en cornue. Les principales raisons sont :

• La valorisation de tous types de matières végétales ligneuses de valeurs calorifiques non négligeables, donc une biomasse qui peut être de faible granulométrie ;

• Un meilleur rendement de production (biomasse/charbon) ;

• Un meilleur rendement énergétique grâce à la récupération des gaz de pyrolyse.

La technologie développée par Pro-Natura est basée sur l’utilisation d’une ou plusieurs cornues chauffées à 550°C au travers de laquelle s’écoule la biomasse de façon continue. La température est maintenue constante par la combustion des gaz de pyrolyse qui sont recyclés et brûlés dans une chambre de post-combustion.

En plus des avantages du procédé de carbonisation en cornue, le coût de fonctionnement du réacteur est abaissé par une production en continu, évitant ainsi l’arrêt de la machine chaque fois que l’on veut récupérer le charbon.

La combustion complète des gaz de pyrolyse, avec cette technologie, permet non seulement d’avoir en permanence une température de carbonisation autour de 550°C pour une biomasse ayant une humidité de 15% maximum, mais aussi de pouvoir faire un soutirage de chaleur servant soit :

• Au préchauffage d’un second réacteur et au fonctionnement d’un séchoir ;

• À la production de vapeur surchauffée permettant de faire tourner une turbine et donc un alternateur pour la production d’électricité.

Agglomération des fines de charbon végétal

Après carbonisation, une agglomération de ces fines de charbon est nécessaire pour faciliter la combustion et le transport des briquettes obtenues.

Ces techniques d’agglomération se rattachent à deux grandes familles : les techniques comprimantes et le bouletage (technique non comprimante).

La fabrication des briquettes ou de boulets de charbon demande un liant à mélanger aux fines. Ce liant peut être soit de l’amidon, de la gomme arabique, de la mélasse ou de l’argile. Le pourcentage varie entre 10% à 20 % dans le cas de l’argile.

Les briquettes humides passent ensuite dans un séchoir pour en éliminer l’eau, de sorte qu’elles soient assez solides pour pouvoir être utilisées dans les fourneaux et foyers domestiques.

Application du charbon vert à l’augmentation de la productivité agricole

La fertilisation du sol par le charbon de bois est une pratique ancestrale initiée il y a plus de 7 000 ans par les Indiens pré-Colombiens des régions amazoniennes. D'après les plus récentes études, les enrichissements que ces derniers appliquèrent sur leurs champs consistaient principalement en un mélange varié de matières carbonées (comme le charbon de bois, appelé biochar dans ce contexte) et de déchets organiques, qui ont mené à la formation d'une terre très particulière de couleur sombre et d'une remarquable fertilité, la "Terra Preta".

Ces propriétés ont été conservées jusqu'à nos jours, et découvertes récemment par la communauté scientifique qui leur accorde désormais un intérêt croissant.

De récentes recherches ont ainsi montré que la grande fertilité de la Terra Preta résulte principalement de la présence de nombreuses particules carbonées qui agissent comme un "nid" facilitant la fixation d'eau et de nutriments et le développement d'une riche population de microorganismes dans le sol.

Eux-mêmes responsables d'une meilleure croissance et résistance des plantes qui y poussent. Cela explique également pourquoi la fertilité optimale est en fait obtenue en combinant un enrichissement par du biochar (environ 15 tonnes/ha) avec une fertilisation complémentaire traditionnelle (compost, fumier...) apportant les micro-éléments essentiels qui s'y logeront.

Si la durée exacte de la rétention du carbone par la Terra Preta reste toujours entourée de mystère, les sols retrouvés prouvent que cette longévité peut facilement atteindre plusieurs milliers d'années, ce qui permet de la considérer comme un véritable "puits de carbone" capable d'apporter une solution efficace, propre et durable aux problèmes de changements climatiques en absorbant et en stockant sous forme de carbone l'excès de CO₂ de l'atmosphère.

Face à ce constat et aux résultats de nombreux tests biochar très concluants menés ces dernières années à travers le monde, Pro-Natura a décidé d'encourager l'utilisation de son charbon vert comme biochar et a lancé des projets pilotes en ce sens sur plusieurs de ses sites d'intervention. Les bénéfices environnementaux de cette application innovante s'ajoutent aux avantages déjà reconnus de la substitution du charbon de bois par le charbon vert (déforestation évitée, pas d’émissions de méthane...). Il est ainsi possible de rendre le bilan carbone globalement négatif (en retirant davantage de CO₂ de l'atmosphère qu'il n'en émet) tout en luttant efficacement contre la pauvreté et la faim par l'augmentation durable et à moindre coût de la productivité des terres et la réduction de la dépendance aux engrais traditionnels chers et polluants.

Contact

Pro-Natura International, 15 Avenue de Ségur, 75007 Paris (membre de l’UICN)

Guy F. Reinaud, Président de Pro-Natura International : guy.reinaud@pronatura.org

Rachid Hadibi, Directeur du projet Charbon vert : rachid.hadibi@pronatura.org