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Selon l'Agence américaine d'information sur l'énergie (EIA), la consommation d'énergie devrait croître plus lentement au cours des trois prochaines décennies que par le passé. L'EIA attribue cette décélération projetée à l'efficacité. Pendant ce temps, plus d'électricité est produite à partir de sources renouvelables que jamais auparavant. C'est une bonne nouvelle pour ceux qui se soucient de l'indépendance énergétique et des effets environnementaux de la combustion des combustibles fossiles. Bien que les panneaux solaires et les éoliennes retiennent le plus l'attention des médias lorsqu'il est question de consommation d'énergie, les héros méconnus de l'énergie renouvelable sont la biomasse et le biogaz. Non seulement ils peuvent être utilisés pour la production d'électricité, mais ils améliorent également le processus parfois frustrant de gestion des déchets.
En décomposant le mot, la biomasse est une matière dérivée d'organismes vivants — ou ayant été vivants. Elle contient de l'énergie chimique accumulée provenant du soleil. Cela englobe diverses formes de matière : bois de chauffage, copeaux de bois, bois d'œuvre et sciure ; cultures agricoles, plantes sauvages, algues et tontes de gazon ; déchets solides trouvés dans les ordures comme le papier, les tissus et les sous-produits alimentaires jetés ; ainsi que le fumier de bétail et les eaux usées. Tout ce qui trouve son origine dans la flore ou la faune vivante peut être considéré comme de la biomasse. En fait, ce n'est pas du tout une nouvelle ressource renouvelable. Avant la Révolution Industrielle, c'était la principale source de combustible pour le chauffage et la cuisine. Aujourd'hui, cependant, la conversion efficace de la biomasse en biogaz permet une production significative d'électricité.
Dans les bonnes conditions, la biomasse sert d'usine à biogaz. Bien sûr, les restes de nourriture dans votre poubelle de cuisine ne produisent pas de biogaz utilisable. Pourtant, si vous privez ces restes d'oxygène, comme dans une décharge, vous préparez le terrain pour une activité biochimique qui libère du biogaz. C'est pourquoi les techniciens de fosses septiques et les égoutiers doivent porter un équipement de protection pour effectuer certains travaux — le gaz brut émis peut être dangereux pour leur santé. Que se passe-t-il lors de la conversion de la biomasse en biogaz ? Une série de réactions se produit ; cette séquence est appelée digestion anaérobie.
La digestion anaérobie commence par la biomasse elle-même. Certaines formes sont plus « digestibles », c'est-à-dire plus faciles à extraire du biogaz, que d'autres. C'est comparable à la digestion humaine, où les aliments très fibreux — comme les légumes crus — prennent plus de temps pour que les nutriments entrent dans les cellules. Quels que soient les défis de traitement, la biomasse est souvent appelée substrat. La première étape consiste à placer le substrat dans un environnement sans oxygène. Ce n'est qu'en l'absence d'oxygène que la décomposition essentielle peut avoir lieu. Certains substrats sont prétraités pour les rendre plus digestibles. Comme au fond d'un tas de compost ou dans les profondeurs d'une décharge, dans un digesteur spécialement conçu, les bactéries commencent à décomposer la matière organique, convertissant les composants en divers composés et éléments. Enfin, la production de biogaz à partir des déchets est réalisée lorsque du méthane (CH₄) et du dioxyde de carbone (CO₂) sont libérés lors de ces réactions.
Le plus souvent, l'énergie issue de la biomasse et du biogaz est utilisée pour produire de l'électricité. Cette énergie peut alimenter une installation particulière, comme une ferme, ou elle peut avoir des applications plus régionales, c'est-à-dire pour une utilisation par un service public. Dans la plupart des cas, le biogaz alimente un moteur à combustion qui, à son tour, crée de l'énergie mécanique qui entraîne des génératrices électriques. Parfois, le biogaz passe directement de la digestion vers des chauffe-eau et des chaudières qui nécessiteraient autrement du gaz propane. Alternativement, il est raffiné pour un usage de transport par un service public de gaz local. Le digestat restant après la digestion est un engrais nutritif et peut servir à d'autres usages agricoles et industriels.
Comme mentionné, la digestion anaérobie peut se produire dans la nature. Pourtant, l'humanité a trouvé des moyens d'exploiter le biogaz qu'elle produit. Les digesteurs varient en fonction du volume de substrat et du but de la production de méthane à partir de biomasse. Les digesteurs à lagune anaérobie couverte sont rendus hermétiques par une couverture souple et pompent le biogaz directement dans un dispositif de combustion. Les digesteurs à flux piston (plug flow) sont courants dans les fermes laitières, construits sous la surface du sol. Les digesteurs à mélange complet sont souvent des réservoirs aériens utilisés pour les eaux usées et comme digesteurs de boues.
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