Dans des terres agricoles plates à l'extérieur de Decatur, dans l'Illinois, un camion-benne rempli d'épis de maïs roule dans un entrepôt à une extrémité d'une usine d'éthanol dirigée par le géant de produits Archer-Daniels-Midland Company. Le maïs est envoyé dans une grande cuve de fermentation qui le convertit en éthanol, qui sera transporté par camion vers une raffinerie qui le mélangera avec de l'essence à vendre à travers le pays. Le processus de fermentation libère du dioxyde de carbone, qui est capturé dans un grand conduit de fumée, puis acheminé vers une tête de puits. Les pompes envoient le gaz profondément sous terre, où il sera emprisonné dans la roche de grès.

Ce projet pilote est sur le point d'achever son essai de trois ans en tant que nouveau moyen d'extraire le dioxyde de carbone de l'atmosphère tout en fournissant un produit commercial viable qui en paie le prix. Le CO2 est absorbé par les plants de maïs au fur et à mesure de leur croissance; l'injection de gaz dans le grès le stocke en permanence.

Mais l'utilisation du maïs comme carburant, qui a pris de l'ampleur aux États-Unis dans les années 2000, est controversée. Le maïs pouvait nourrir les gens et le bétail; La culture de plantes destinées aux biocarburants occupe des terres qui pourraient autrement être utilisées pour faire pousser des cultures. La combustion de l'éthanol dans les voitures produit de nouvelles émissions de CO2, tout comme la récolte et le transport du maïs. La fermentation, le pipelining et l'injection nécessitent tous de l'énergie qui, dans le Midwest au moins, peut provenir de combustibles fossiles. On ne sait pas si l'éthanol à base de maïs peut produire même une petite réduction nette du CO2 atmosphérique.

L'usine de Decatur est un exemple d'une suite de processus connus sous le nom de Bioénergie avec capture et stockage du carbone, ou BECCS. Bien que l'installation utilise des céréales, la plupart des techniques ciblent les plantes ligneuses, y compris les arbres, les arbustes et les herbes, qui sont converties en combustibles liquides ou brûlées pour produire de l'électricité. Les émissions provenant de ces activités pourraient être séquestrées sous terre ou collectées et vendues comme matière première – principalement pour les usines chimiques ou pour pomper dans des champs pétrolifères tenaces pour expulser davantage de pétrole.

La plupart ignorée il y a 10 ans, la biomasse joue désormais un rôle important dans les plans d'atténuation du changement climatique. La liste des applications est longue et croissante; en plus des biocarburants, il comprend la combustion de la biomasse pour l'électricité et la chaleur, les biodigesteurs qui créent du méthane commercial, le biochar pour améliorer les sols, ainsi que l'isolation, les matériaux de construction et les bioplastiques. Les feuilles de route qui dépendent fortement de la biomasse comprennent le rapport 2018 du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) Global Warming 1.5 ° C et son rapport spécial de 2019 sur le changement climatique et le changement climatique. terre; l'évaluation nationale du climat des États-Unis publiée en novembre 2018; et les scénarios de Project Drawdown dans son 2020 The Drawdown Review. Les industries puissantes telles que l'électricité, les carburants et les plastiques parient gros sur la biomasse comme matière première, poussant la demande projetée à un niveau très élevé.

Le consensus scientifique derrière les feuilles de route est que pour préserver un climat propice à la civilisation, le réchauffement climatique devrait être limité à 1,5 degrés Celsius au-dessus des niveaux préindustriels. Cela nécessite une réduction de 45% des émissions d'ici 2030 et zéro émission nette d'ici 2050, par rapport aux niveaux de 2010, selon le rapport 1,5 ° C du GIEC. Le budget carbone restant de l'humanité – la quantité d'émissions futures qui peuvent être tolérées avant de dépasser 1,5 ° C – varie de 420 à 580 milliards de tonnes. Pour rester dans cette limite, nous devons réduire les émissions et éliminer le CO2 de l'atmosphère. Le GIEC estime que le BECCS pourrait séquestrer 0,4 à 11,3 milliards de tonnes par an. Project Drawdown n'inclut pas le BECCS, mais représente en moyenne 1,1 milliard à 2,5 milliards de tonnes par an provenant d'autres applications de la biomasse.

Le problème est que la plupart des plans supposent qu'ils peuvent avoir autant de biomasse qu'ils le souhaitent. La vérité est que la terre nécessaire pour produire toute cette biomasse pose une sérieuse contrainte. Le GIEC rapporte que la mise en œuvre à grande échelle de la BECCS nécessiterait à elle seule 300 à 700 millions d'hectares (Mha) de terres – une superficie à peu près équivalente à celle de l'Inde (328 Mha) ou du continent. Australien (769 Mha). Et la plupart des terres propices à la BECCS sont maintenant utilisées pour l'agriculture.

La croissance de la biomasse pour la BECCS à cette échelle, sans parler des autres applications, entrerait en conflit sérieux avec les terres agricoles nécessaires pour produire des cultures vivrières et des pâturages nécessaires au bétail. Les forêts seraient également vulnérables car les plans prévoient de les réduire pour la biomasse et de les remplacer par des eucalyptus à une seule espèce ou des plantations de pins à haut rendement – de grandes monocultures qui détruisent la biodiversité.

Il est possible qu'une consommation modeste de biomasse pour la séquestration du carbone soit durable. Quelques approches améliorent même les rendements des cultures ainsi que la production de plantes ligneuses. Mais la demande projetée est extrêmement élevée. BECCS est l'éléphant dans la pièce. Le GIEC et d'autres organisations ont mis presque tous leurs œufs issus de la biomasse dans ce même panier, même s'il n'y a qu'environ cinq petits projets de démonstration BECCS dans le monde, selon le Global Carbon Capture and Storage Institute. C'est une stratégie risquée pour atténuer le changement climatique.

Une demande fortement accrue de biomasse exacerbera davantage ce qui est déjà devenu une lutte majeure sur la manière dont les terres seront utilisées à l'avenir. La tension monte sur la question de savoir si davantage de terres devraient être consacrées au soja pour nourrir le bétail afin de répondre à la demande croissante de viande, si les terres cultivées devraient être utilisées pour produire des biocarburants pour remplacer les combustibles fossiles et comment les forêts peuvent être préservées au lieu d'être abattues. Les options illimitées ne sont pas possibles sur une planète qui a des limitations inhérentes. Une ruée mondiale vers la biomasse a commencé et, à moins que des changements majeurs ne soient apportés aux attentes, les gouvernements et les industries finiront par entrer en collision.

Les buissons de café cultivés dans les Andes de l'Équateur fleurissent sous des arbres qui peuvent fournir de l'ombre utile ainsi que de la litière de feuilles pour améliorer le sol. Crédit: Morley Read Alamy

Le brouillage à venir

Notre espèce a toujours compté sur la biomasse pour ses besoins de base, sans pratiquement aucune idée de la quantité que nous utilisons. Les plantes ligneuses ont longtemps été essentielles pour fabriquer des outils, des maisons, des bâtiments, des navires, des nattes, des tapis, du papier et du carton. Le bambou a plus de 1 500 utilisations documentées. Depuis nos débuts, la biomasse a littéralement fourni le combustible de nos incendies. Plus de trois milliards de personnes cuisinent encore au feu de bois chaque jour.

Au milieu des années 1800, les entreprises ont commencé à passer du bois aux combustibles fossiles pour l'énergie, les matériaux et les produits chimiques. Cette dépendance est à la base de la prospérité actuelle de la civilisation, mais elle nous a également amenés au bord de la catastrophe climatique.

La majeure partie de la biomasse récoltée aujourd'hui – plus connue sous le nom de biomasse lignocellulosique – provient des arbres, du bambou, des herbes herbacées et des résidus de cultures comme les tiges de maïs. La biomasse est devenue une solution climatique attractive car elle est, dans une certaine mesure, renouvelable – elle peut être cultivée encore et encore.

Le BECCS est la principale source de biomasse identifiée dans tous les plans. Il s'agit encore principalement d'un processus théorique, capturant les émissions de CO2 en utilisant la même technologie qui épurerait le gaz des centrales à combustibles fossiles. Le plus gros problème est la quantité de biomasse qui serait nécessaire. Dans son rapport à 1,5 ° C, le GIEC déclare que toutes les voies qui limitent le réchauffement climatique à 1,5 ° C ou 2,0 ° C nécessitent l'élimination du dioxyde de carbone de l'atmosphère, autour de 100 à 1000 milliards de tonnes au XXIe siècle. L'élimination comprend la replantation des forêts, et les pratiques agricoles peuvent aider à séquestrer le carbone dans les sols et les plantes pérennes, mais dans le schéma du GIEC, le BECCS est présenté comme le principal outil pour rester dans le budget global du carbone. La conversion de 300 à 700 millions d'hectares de terres cultivées en production de biomasse est tout simplement incompatible avec l'augmentation des besoins alimentaires.

Si la production alimentaire n'est pas négociable, il est difficile de trouver des terres importantes. Certaines terres cultivées précédemment abandonnées pourraient être reconverties pour produire des cultures de biomasse pouvant pousser sur ce sol marginal, mais les pasteurs et les pasteurs font déjà paître le bétail sur une grande partie de cette zone, dont une grande partie est des pâturages. . En attendant, pour nous, abattre des forêts pour créer des plantations de biomasse – ce que les grands plans climatiques considèrent comme indésirable mais inévitable si les émissions mondiales ne sont pas rapidement réduites – est un pas de départ. Les forêts sont d'importants puits de carbone; la déforestation est déjà la source de 9 pour cent des émissions anthropiques. Pour réduire le dioxyde de carbone et préserver la biodiversité, les forêts doivent être protégées et agrandies, pas défrichées. Les projections du projet Drawdown sont quelque peu uniques en ce qu'elles ne prennent en compte que les nouvelles sources d'approvisionnement qui ne compromettent pas la sécurité alimentaire ou la protection et la restauration des forêts.

Les voies vers 1,5 ° C qui n'impliquent pas de BECCS nécessitent toujours des quantités irréalistes de biomasse. L’appétit sans bornes du monde pour les biocarburants liquides est également insoutenable; il n'y a tout simplement pas assez de terres cultivables pour produire des matières premières pour remplacer les énormes quantités de combustibles que nous utilisons. Si 100% de tout le maïs cultivé aux États-Unis était fermenté dans de l'éthanol, cela ne satisferait que 25% de la demande nationale d'essence et de diesel – et cela ne laisserait pas de maïs pour les humains ou les animaux.

Pour voir quel niveau de déploiement de BECCS pourrait pousser la biomasse mondiale et les approvisionnements alimentaires dans un territoire non durable, nous avons analysé la quantité totale de biomasse utilisée dans le monde à toutes fins en 2015, puis projeté la demande jusqu'en 2050, y compris les niveaux bas et élevés de BECCS comme demandé dans gros rapports. Dans les deux scénarios, l'augmentation de l'offre ne pourrait à elle seule répondre à la demande sans déforestation. La réduction de la demande à elle seule ne pouvait pas maintenir la production dans les limites de la capacité de biomasse de la planète. Ce n'est qu'en réduisant agressivement certaines demandes tout en augmentant agressivement certaines formes d'approvisionnement qu'il a été possible de fournir la biomasse nécessaire – dans le cas d'une dépendance modeste vis-à-vis du BECCS (voir graphique ci-dessous). Répondre au scénario BECCS élevé a fini par nécessiter 450 Mha de terres, plus que la superficie de l'Union européenne.

Même le cas de BECCS faible soulève de grandes préoccupations sociales. Une grande partie des terres nécessaires est maintenant exploitée par de petits exploitants, pâturée par des pasteurs ou avec des forêts gérées par des peuples autochtones – des terres qui pourraient être prises contre leur gré. Quelque 12 millions de personnes dans le monde ont déjà été victimes de ces accaparements de terres ces dernières années. Des terres ont été appropriées en Asie du Sud-Est et au Brésil pour développer la production de palmiers à huile et dans certaines parties de l'Afrique pour produire des plantations telles que le cacao.

Crédits: Jen Christiansen

Réduisez le besoin

Réduire la demande de biomasse tout en poursuivant certaines stratégies d'approvisionnement durable peut réduire le CO2 sans affecter la production alimentaire ou défricher les forêts. La première étape consiste à réduire la consommation. Dans le monde entier, le recyclage du papier réduit déjà la demande de bois à pâte provenant des forêts et des plantations de 484 millions de tonnes métriques (MMT) par an. Project Drawdown prévoit que le recyclage passera à environ 1 100 MMT par an d'ici 2050. Le projet estime également que le remplacement des poêles à bois traditionnels par des poêles propres, dont il existe de nombreux types, pourrait réduire la consommation de bois de. 1 700 MMT d'ici 2050. Les poêles peuvent également améliorer la santé en réduisant la fumée domestique, un avantage important.

Certains déchets de biomasse qui sont maintenant jetés en tant que déchets peuvent plutôt devenir des matières premières pour la production d'énergie, y compris les déchets de la transformation du bois et de l'aménagement paysager résidentiel. Les résidus de culture – les restes tels que les tiges de maïs et les épis de maïs qui restent après la récolte des cultures vivrières – pourraient également fournir une certaine biomasse sans changement dans l'utilisation des terres. Cependant, une partie est déjà prise en compte: environ un quart de la matière nourrit désormais le bétail ou accroît les pratiques agricoles. Il vaut mieux laisser 50 pour cent de plus dans les champs pour se décomposer et reconstruire le sol. Cela ne laisse qu'un quart des résidus annuels comme nouvelle matière première.

Ensemble, ces approches peuvent réduire considérablement la demande de biomasse. Mais ils ne libèrent pas suffisamment de biomasse pour freiner le changement climatique.

Augmentation de la production

La deuxième étape vers un approvisionnement durable en biomasse consiste à en produire davantage sur la même empreinte mondiale. L'approche la plus largement préconisée est peut-être une expansion massive des plantations commerciales de bois – d'immenses bosquets d'eucalyptus, de pins et d'autres espèces. Ces plantations produisent beaucoup plus de bois à l'hectare que les forêts naturelles. Mais couvrir de vastes superficies de terres avec une seule espèce d'arbre peut nuire à la biodiversité, à la qualité de l'eau et à l'atténuation des inondations. Au niveau mondial, quelque 294 Mha sont déjà utilisés pour les plantations de bois aujourd'hui, selon l'Organisation mondiale pour l'alimentation et l'agriculture. Ajouter à cette zone sera difficile car, encore une fois, il y a peu de terres à couvrir.

Les forêts naturelles détiennent d'énormes réserves de carbone dans le bois et les sols, une protection accrue des forêts est donc importante. Cependant, ils sont également vulnérables aux incendies de forêt et tout le carbone qui est retiré de l'atmosphère n'est pas séquestré en permanence; les arbres morts et en décomposition en soufflent en l'air.

Certaines techniques de production de biomasse plus récentes se développent. L'un d'eux fournit la matière première de l'éthanol cellulosique, dans lequel certaines herbes et les tiges de cultures vivrières sont transformées en carburant liquide. Les scientifiques ont fait des progrès dans la recherche de moyens efficaces de décomposer ce matériau fibreux. Les agriculteurs plantent de vastes superficies de graminées vivaces telles que le miscanthus et le panic raide pour brûler la biomasse et espèrent voir les marchés des carburants se développer. Une autre stratégie, appelée taillis à rotation courte, consiste à planter des arbres à croissance rapide comme les saules et les peupliers en rangées extrêmement denses. Les arbres sont récoltés tous les deux à trois ans par des équipements lourds qui déchiquettent la biomasse directement sur le terrain. La superficie de croissance combinée de ces systèmes – environ 200 000 hectares, selon Project Drawdown – est encore petite, mais l'industrie devrait se développer de manière significative.

Les bosquets de bambous fournissent un approvisionnement immédiat en biomasse pour de nombreux usages; On voit ici la bambouseraie d'Arashiyama à Kyoto, au Japon, promue comme une attraction touristique. Crédits:.

Le soulagement

Il existe des moyens d'augmenter considérablement la séquestration du carbone sans retirer les terres agricoles de la production alimentaire, dont certains peuvent en fait augmenter les rendements des cultures. La technique la plus populaire est l'agroforesterie, qui incorpore des arbustes et des arbres dans les champs de culture et d'élevage. En France, les arbres à bois et les céréales d'hiver poussent sur les mêmes terres sans se concurrencer car les arbres feuillent en été et le blé sort en hiver. Les agriculteurs peuvent y cultiver 100 hectares, ce qui prendrait entre 130 et 140 hectares si le bois et les céréales étaient cultivés séparément.

Les plantes ligneuses peuvent également être cultivées dans les pâturages. Une approche particulièrement prometteuse appelée silvopasture se répand rapidement en Amérique latine. Les arbustes sont plantés dans des andains denses, que le bétail recherche des feuilles comestibles, et des rangées d'arbres à croissance rapide comme l'eucalyptus poussent largement espacées pour laisser un espace de pâturage abondant. La sylvopasture intensive peut augmenter la productivité du bétail de deux ou plus tout en séquestrant de grandes quantités de carbone.

Une autre approche connue sous le nom d'énergie à feuilles persistantes permet aux petits exploitants des tropiques de produire de la nourriture et du bois pour l'énergie à partir de la même terre. Les agriculteurs plantent des arbustes légumineux tels que Gliricidia sepium dans les champs de culture. Le feuillage caduque des arbustes féconde le sol et fournit du fourrage pour le bétail. Le bois d'arbustes est récolté à la fin de la saison sèche comme combustible domestique ou pour être vendu aux producteurs locaux qui le brûlent pour produire de l'électricité. L'approche peut considérablement augmenter la production alimentaire et l'énergie de la biomasse et peut stocker du carbone chaque année dans le sol et les racines. Elle peut également améliorer les revenus agricoles et les emplois des populations rurales. L'énergie à feuilles persistantes est déjà répandue au Sri Lanka, est en cours de développement en Afrique et pourrait bien fonctionner en Asie et en Amérique latine. Ce serait un moyen idéal de produire de la biomasse pour BECCS, si cette technologie devenait disponible, sans sacrifier la production alimentaire.

L'agroforesterie élargie a un grand potentiel. Selon la Global EverGreening Alliance, la fertilisation des arbres et des arbustes à elle seule devrait produire 1 200 MMT de biomasse d'ici 2050. L'agroforesterie est déjà répandue; 43% des terres agricoles du monde ont plus de 10% de couvert arboré, la plupart de celles situées sous les tropiques. Les arbres des fermes ont augmenté de 2 pour cent dans le monde entre 2000 et 2010. Des millions de familles d'agriculteurs à travers les tropiques ont adopté des techniques d'agroforesterie et d'autres les adoptent. La Global EverGreening Alliance a lancé une campagne pour réduire chaque année 20 milliards de tonnes de CO2 d'ici le milieu du siècle. La réalisation de ce potentiel exigera cependant un soutien plus soutenu de la part des agriculteurs grâce à la vulgarisation agricole.

Malgré les efforts de quelques scientifiques et agriculteurs dévoués, l'agroforesterie aux États-Unis est à la traîne du reste du monde. Il n'y a pas de raison biophysique à ce manque d'application: l'agroforesterie se porte bien dans d'autres régions tempérées et dans des essais aux États-Unis. La réticence est plus une question de mentalité en agriculture. L'agriculture mécanisée n'est pas non plus une limitation; environ 9 pour cent des terres agricoles de l'Union européenne sont utilisées pour l'agroforesterie. La production de biomasse peut peut-être commencer aux abords des champs et progresser lentement. (La plantation de rangées d'arbres le long des champs pour briser les vents causant l'érosion a aidé à pousser le centre des États-Unis hors du Dust Bowl des années 1930.) La France et la Chine se sont développées. systèmes d'intégration d'arbres dans les grandes exploitations mécanisées. L’Inde fait également d’importants progrès.

Les fermes mécanisées dans des endroits comme la ceinture de maïs aux États-Unis pourraient incorporer des graminées pérennes, y compris le panic raide et le miscanthus. Ces hautes herbes peuvent être cultivées, récoltées et transportées vers des bioraffineries qui produisent du carburant ou de l'électricité. Les technologies d'agriculture de précision aident les agriculteurs à identifier les zones de leurs champs qui produisent peu de cultures vivrières et qui pourraient être mieux exploitées pour les graminées pérennes.

Le traitement énergétique de certaines herbes peut également fournir un produit appelé concentré de protéines de feuilles. Il contient environ 50% de protéines et est riche en vitamines et minéraux. Bien que comestible par les humains, il peut être le meilleur substitut du soja pour le bétail. Les graminées peuvent produire des rendements plus élevés de cette protéine par hectare que le soja ou toute autre culture vivrière, et comme les graminées sont pérennes, elles séquestrent le carbone dans le sol.

Une voie à suivre

Il n'est ni possible ni souhaitable de planter de la biomasse dans une zone de la taille de l'Australie pour répondre à la demande de BECCS et d'autres solutions climatiques. Une production et une consommation plus intelligentes de biomasse peuvent réduire le dioxyde de carbone sans nuire à l'approvisionnement alimentaire ou aux forêts, mais elles ne peuvent pas remédier à nos problèmes climatiques. Le GIEC note sagement que dans les scénarios les plus susceptibles de limiter le réchauffement à 1,5 ° C, des politiques cohérentes et coordonnées sont nécessaires pour améliorer la sécurité alimentaire et limiter les changements d'utilisation des terres. De nouvelles transformations rapides et profondes seront encore nécessaires pour éliminer les émissions de gaz à effet de serre, notamment en réduisant la consommation des pays et des individus riches, en passant à l'énergie propre et en électrisant les transports et les transports. industrie.

Peut-être pouvons-nous nous inspirer des populations locales qui essaient déjà de vivre un avenir intelligent dans le domaine de la biomasse. Les membres de la coopérative Campesino Las Cañadas de Veracruz, au Mexique, en fournissent un exemple intéressant. L'exploitation forestière a converti 70 à 90% de la forêt nuageuse native de la région en pâturages. Dans ce paysage montagneux, le solaire et le vent ne sont pas des options prometteuses. La vingtaine de familles utilisent les meilleures pratiques de la biomasse du monde entier pour répondre à leurs besoins. Ils ont intégré des plantes ligneuses dans leurs champs de maïs et leurs pâturages, ont planté du bambou et des arbres à bois de chauffage à croissance rapide, installé 50 000 arbres indigènes pour le reboisement et adopté des foyers propres qui conservent le bois. Ils expérimentent un gazéificateur qui brûle du bois pour produire de l'électricité. Le membre Ricardo Romero estime qu'une famille peut satisfaire ses besoins annuels en combustible de cuisson à partir d'une parcelle d'environ 26 mètres sur 26. Peut-être que le reste d'entre nous pouvons apprendre de la vision de la coopérative.