L’optimisation de la culture de l’herbe vivace au sein des champs de maïs et de soja offre une solution aux conséquences environnementales indésirables de ces cultures dominantes, telles que l’érosion des sols, le ruissellement des engrais et les émissions de gaz à effet de serre.
Pour inciter les agriculteurs à convertir une partie de leurs terres agricoles en prairies, une rentabilité financière doit être démontrée. C’est pourquoi une équipe de recherche dirigée par la spécialiste en écologie paysagère, Lisa Schulte Moore, de l’Université d’État de l’Iowa, étudie depuis six ans comment transformer efficacement l’herbe récoltée en gaz naturel renouvelable lucratif.
« Nous examinons les marchés existants où la demande est déjà présente, en utilisant les infrastructures actuelles pour réduire les coûts de la transition énergétique et créer des gains dans plusieurs catégories. Nous souhaitons des gains pour les agriculteurs, les entreprises, les municipalités et la société », explique Lisa Schulte Moore, professeure d’écologie et de gestion des ressources naturelles et directrice du Consortium for Cultivating Human And Naturally reGenerative Enterprises (C-CHANGE).
« Nous pouvons avoir de grandes discussions sur ce qui pourrait être, mais à moins que cela ne profite à tous les acteurs de ces chaînes d’approvisionnement, cela ne se réalisera pas. »
Études de faisabilité économique
Deux articles récents, évalués par des pairs et publiés par le groupe de recherche de Schulte Moore, modélisent la faisabilité économique de la production de gaz à partir de l’herbe dans différents contextes et selon diverses perspectives. Ces analyses permettent de mieux comprendre le potentiel gagnant-gagnant du système.
« Pour remplacer le gaz naturel par des ressources qui revitalisent l’agriculture durable, il faut pouvoir quantifier la quantité d’énergie produite et démontrer que cela peut être rentable et respectueux de l’environnement », affirme Mark Mba-Wright, professeur associé de génie mécanique et co-auteur des études.
Scénarios urbains
Les travaux en cours se concentrent sur l’optimisation et l’expansion de l’utilisation des digesteurs anaérobies. Le biogaz, libéré lors de la digestion anaérobie, est capturé dans des digesteurs en forme de réservoir et peut être transformé en un carburant facilement substituable au gaz naturel à base de pétrole. Il peut également alimenter des générateurs électriques et produire des engrais.
Dans une étude publiée dans BioEnergy Research, les chercheurs de l’Université d’État de l’Iowa ont modélisé comment un réseau de digesteurs autour d’Ames pourrait répondre aux besoins en chaleur et en électricité de la ville. Les déchets d’élevage, les sous-produits des biocarburants, les déchets alimentaires et les eaux usées rejoindraient la biomasse herbeuse comme sources d’approvisionnement pour jusqu’à 10 digesteurs. Les emplacements, la taille et le nombre des installations dépendaient de l’objectif principal du réseau : produire du gaz naturel ou de l’électricité.
L’analyse a révélé que le gaz naturel renouvelable était l’option la plus économiquement viable, avec un coût nivelé environ deux fois supérieur au prix moyen historique du gaz naturel traditionnel. Les incitations soutenant la production d’énergie propre pourraient rendre les prix compétitifs. Quoi qu’il en soit, comprendre comment les chaînes d’approvisionnement des digesteurs pourraient fonctionner pour répondre aux besoins municipaux aide les dirigeants de la ville à envisager les possibilités, selon Mba-Wright.
« Nous voulions prendre en compte la saisonnalité de l’offre et de la demande sur une année pour offrir, par exemple, à un maire des scénarios à examiner et à planifier », a-t-il déclaré.
Les chercheurs ont discuté de la digestion anaérobie avec des responsables des eaux usées municipales dans plusieurs villes de l’Iowa, et généralement, ils se sont montrés curieux, selon Schulte Moore, co-directrice de l’Institut de la Bioéconomie.
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« Leur besoin immédiat est de fournir un service à leurs clients 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Mais ils travaillent sur des horizons de planification de 15 à 30 ans, donc ils pensent aussi à l’avenir », a-t-elle ajouté.
Feuille de route de l’herbe au gaz
Une étude publiée dans Global Change Biology Bioenergy a modélisé l’impact économique et environnemental de deux digesteurs hypothétiques traitant de la biomasse herbeuse dans le bassin de la rivière Grand, au nord-ouest du Missouri et au sud-ouest de l’Iowa.
Sur leur durée de vie prévue de 20 ans, les digesteurs produiraient un bénéfice combiné de plus de 400 millions de dollars dans les meilleures conditions, selon l’analyse des chercheurs. Les 45 millions de gigajoules de gaz naturel renouvelable créés sur deux décennies – équivalant à environ 12,5 milliards de kilowattheures – auraient une empreinte carbone inférieure de 83 % à celle du gaz naturel dérivé des combustibles fossiles. Les émissions seraient également inférieures à celles de l’éthanol à base de maïs ou du biodiesel à base de soja.
La plupart des digesteurs anaérobies existants qui produisent du gaz naturel renouvelable fonctionnent avec du fumier de vache, il est donc essentiel de déterminer comment ils fonctionneraient avec un régime à base d’herbe, selon Mba-Wright.
« Cela consiste à vérifier minutieusement les détails pour confirmer que les avantages sont ceux que nous attendons. Nous fournissons une feuille de route pour aider à construire l’infrastructure, ce qui réduira à son tour les coûts futurs », a-t-il déclaré.
Les scénarios rentables examinés dans l’étude reposent sur les programmes de crédits carbone existants, y compris la norme sur les carburants à faible teneur en carbone de la Californie et la norme fédérale sur les carburants renouvelables. Les résultats les plus précieux nécessitent également des rendements élevés d’herbe et la restauration des prairies sur certaines des terres agricoles les moins productives.
Les chercheurs ont cherché à être aussi réalistes que possible dans les deux études, en tenant compte de tous les coûts connus, y compris les dépenses en capital. Mais ils seront encore plus précis dans les années à venir, à mesure que les méthodes s’amélioreront et que de nouveaux résultats de recherche seront disponibles, selon Schulte Moore.
« À l’avenir, nous affinerons nos modèles en intégrant les données collectées par nos équipes de recherche ici même en Iowa », a-t-elle conclu.
Légende illustration : Un digesteur anaérobie utilisé par l’installation de contrôle de la pollution de l’eau de la ville d’Ames. L’une des deux récentes études de faisabilité réalisées par une équipe de recherche de l’université d’État de l’Iowa sur l’utilisation de l’herbe des prairies pour produire des biocarburants a modélisé un réseau élargi de digesteurs anaérobies à Ames. Crédit : Lisa Schulte Moore
Article : « Techno-economic and life cycle analysis of renewable natural gas derived from anaerobic digestion of grassy biomass: A US Corn Belt watershed case study » – DOI: 10.1111/gcbb.13164
