détail du calcul du bilan carbone des combustibles :

Il se compose de la somme des émissions à la combustion, à l’extraction, et pour le bois qui est très humide à la récolte il y a des émissions au séchage.

1 – émissions à la combustion :

Elles se calculent à partir du pouvoir calorifique et de la teneur en carbone : c’est le carbone qui « contient » l’énergie de ces combustibles et l’émission de co2 est proportionnelle à l’émission de chaleur ; c’est la « densité énergétique » des éléments chimiques carbonés qui fait la différence entre les combustibles.

Le pouvoir calorifique correspond à l’énergie libérée par un kg de combustible, quand tout le carbone est retourné à l’état de co2.

La teneur en carbone donne la quantité de carbone de ce kg de combustible.

C’est pourquoi une simple division entre les deux chiffres donne les émissions du combustible, pour une combustion totale.

Pour le charbon :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Charbon#Classification_am.C3.A9ricaine

https://fr.wikipedia.org/wiki/Charbon#Classification

La houille contient env 80 % de carbone, pour un pouvoir calorifique PCS 30 à 32,6 Mj/kg

Pour convertir ce PCS (pouvoir calorifique supérieur) en kWh/kg, il faut diviser par 3,6 : 8,33 à 9 kWh/ kg ce qui fait une moyenne de 8,66 Kwh/kg.

Pour avoir le PCI (pouvoir calorifique inférieur) il faut diviser par 1,05 : 8,66/1,05 = 8,2 Kwh/kg

(le pouvoir calorifique inférieur est, comme son nom l’indique, inférieur au pouvoir calorifique supérieur car il ne tient pas compte de l’énergie contenue dans l’eau dégagée sous forme de vapeur à la combustion, et qui restitue cette énergie lors qu’elle se condense. Les valeurs de PCI et PCS étant différentes, il est important de veiller à comparer ce qui est comparable)

autres chiffres sur le pouvoir calorifique du charbon, qui confirment la première source :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Pouvoir_calorifique#Pouvoir_calorifique_moyen_de_quelques_combustibles

http://www.renovationdurable.eu/Notions-Valeurs-de-conversion.html

(pour le bois = 0 en émissions de co2:)

Charbon à 8,33 Kwh/kg en PCI

http://www.econologie.com/pouvoirs-calorifiques-pci-pcs-fuel-gaz/

coke 7,9 kWh/kg

Houille à 8,1 Kwh/kg

anthracite 8,7 kWh/kg

Pour retrouver les émissions de co2, il faut diviser le taux de carbone par le pouvoir calorifique. Pour du charbon à 80 % de carbone, dans 1 kg il y a 0,8 kg de carbone, et on a calculé que ce kg de charbon donne 8,2 kWh. Donc chaque kWh émet 0,8/8,2 = 0,097 g de carbone soit 3,67 fois plus de CO2 : 0,356 kg/kWh ou encore 356 g/kWh.

A noter : le charbon est très variable dans son taux de carbone, et dans son pouvoir calorifique aussi. Les deux varient dans le même sens : le taux de carbone diminue en même temps que le pouvoir calorifique. pour les charbons de mauvaise qualité. les émissions de co2 sont globalement plus importantes pour les charbons moins énergétiques, mais avec une certaine pondération.

Pour le bois :

le PCI du bois sec à 0 % est de 5 kwh/kg , https://fr.wikipedia.org/wiki/Bois_%C3%A9nergie#Pouvoir_calorifique

et 50 % de carbone, https://fr.wikipedia.org/wiki/Bois#Composition_chimique

selon le même calcul que pour le charbon, taux de carbone divisé par le pouvoir calorifique :

0,5/5 = 0,100 kg de carbone et 0,367 kg de co2/kWh ou encore 367g/kWh.

Émissions équivalentes à ce qu’émet la combustion de la houille donc.

Émissions pour le gaz naturel :

le méthane est à 60 % de carbone par définition, à partir du poids moléculaire.

Son pci est de 50 MJ/kg, https://fr.wikipedia.org/wiki/Pouvoir_calorifique#Pouvoir_calorifique_moyen_de_quelques_combustibles

il faut diviser par 3,6 pour convertir ces mégajoules en kWh : 50/3,6 = 13,9 kwh/kg.

Ensuite, comme d’habitude maintenant, diviser le taux de carbone par ce pouvoir calorifique :

0,6/13,9= 0,043 kg de carbone, donc 0,043 x 3,67 = 0,158 kg par kWh à la combustion, ou encore 158 g co2/kWh.

Ce qui donne en résumé : (émissions en g de co2 par kWh)

bois 367,

charbon 356,

méthane 158 soit 2,3 fois moins que le bois ou le charbon.

2 – émissions à l’extraction :

le taux de retour énergétique (EROI) donne la quantité d’énergie nécessaire à l’extraction rapportée à la quantité d’énergie utilisable ; on peut en déduire les émissions de CO2 correspondantes.

Pour convertir ces dépenses énergétiques en CO2 je vais considérer que cette extraction a consommé du fioul, ce qui est le plus probable.

Quelques sources sur le taux de retour énergétique :

http://energie-developpement.blogspot.fr/2012/10/EROEI-taux-retour-energetique.html

Biodiesel 1.3
Sable bitumineux 3
Huile de schiste 5
Solaire photovoltaïque 6.8
Nucléaire 10
Hydrocarbures 14.5
Éolien 18
Charbon 80
Hydroélectrique 100

https://fr.wikipedia.org/wiki/Taux_de_retour_%C3%A9nerg%C3%A9tique#Taux_de_Retour_.C3.89nerg.C3.A9tique_des_principales_sources_d.27.C3.A9nergie

pour le charbon :

2 à 30, 80 sur la précédente source… je pourrais retenir 16, moyenne de la première source, la deuxième semblant au chiffre retenu pour les gisements exploités au début du siècle précédent.

Si l’évolution de l’eroi du charbon a suivi celle des hydrocarbures, il serait plus logique de retenir un eroi de 10.

un eroi de 10, ça veut dire que pour 10 kWh produits avec du charbon il a fallu dépenser 1 kWh pour extraire ce charbon.

Donc pour 1 kWh il a fallu 0,1 kWh pour l’extraction.

Avec 324 g de CO2 par kWh pour le fioul (tableau ci dessous), ces 0,1 kWh ont émis 0,1 x 324 = 32,4 g de CO2.

Pour le gaz :

je retiens un eroi de 5, moyenne des sources.

Ce qui veut dire que pour 5 kWh produits avec du gaz il a fallu 1 kWh pour extraire ce gaz, soit par kWh produit avec du gaz il faut 1/5 = 0,2 kWh.

Convertis en CO2 sur la base des émissions du fioul, les émissions du gaz pour l’extraction sont de : 324 x 0,2 = 64,8 g de CO2.

Pour le bois :

cette source ADEME donne les émissions CO2 du bois à la récolte, par déduction :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Contenu_CO2#.C3.89missions_directes_en_CO2_des_combustibles

Combustibles Émissions
directes
Émissions
ACV
Bois énergie 18,8 29,5
Charbon 345 377
Essence (SP95, SP98) 253 314
Fioul domestique 272 324
Fioul lourd 283 324
Gaz naturel 204 243
Gazole 256 323
GPL 233 260

Sur ce tableau 18,8 g de CO2 sont comptabilisés pour la combustion, et l’analyse en cycle de vie donnerait donc 29,5 – 18,8 = 11,7 g de co2/kWh pour cette part d’extraction.

Les émissions trouvées par le calcul se recoupent plutôt bien avec celles de ce tableau : pour le gaz (+8%) et pour le charbon (-3%) ce qui rassure sur la validité du calcul. Les émissions calculées du gaz sont sur la base du méthane pur, ce qui peut expliquer la différence avec les émissions du gaz naturel données sur ce tableau.

3 – cas particulier du bois, le séchage :

Le bois vert contient plus de la moitié de son poids en eau. .https://fr.wikipedia.org/wiki/Bois_%C3%A9nergie#Teneur_en_eau

C’est la raison pour laquelle les bûches doivent sécher à l’air deux ans avant d’être efficaces comme combustible. Le bois est séché mécaniquement dans le processus de fabrication des plaquettes, et qui plus est, séché au bois, ce qui rend le calcul plus simple : il est juste de rajouter les émissions de cette énergie sur la base des émissions du bois.

Cette énergie se retrouve aussi par le calcul, en calculant l’énergie nécessaire à échauffer cette eau de 20° à 100° (4,18 KJ soit 0,00116 kWh par Kg d’eau et par degré,), puis pour la faire évaporer, c’est à dire la chaleur latente de vaporisation de cette eau (2265 Kj/kg, soit 0,63 kWh/kg).

En prenant 50 % de taux d’humidité, ce bois contient, par kg, 0,5 kg d’eau pour 0,5 kg de matière sèche. Pour 1 kg de matière sèche il y a donc 1kg d’eau à évaporer. Pour chauffer cette eau : 0,09 Kwh (=1 x 0,00116 (100°-20°)), Pour évaporer cette eau : 0,63 Kwh (=1×0,63) Soit 0,72 Kwh au total.

Le pouvoir calorifique du bois sec à 0 % est d’environ 5 kWh/kg, il est toujours inférieur en pratique puisqu’il y a une eau résiduelle qui est évaporée en prélevant de l’énergie de la combustion du bois.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Bois_%C3%A9nergie#Pouvoir_calorifique

Donc dans 2 kg de bois à 50 % d’humidité, il y a 1 kg de bois sec qui a un pouvoir calorifique de 5 kWh, et 1 kg d’eau qui a demandé 0,72 kWh pour son évaporation.

En proportion cela fait 0,72/5= 0,144 soit 14,4 % de l’énergie contenue dans le bois.

Ce séchage émet donc 367g x 0,144 = 52,8 g co2 / kWh

Le total des émissions du bois est donc de : 367 g (combustion) + 11,7 g (extraction) + 52,8 g (séchage) soit 431,5 g co2/kWh.

 

TOTAL DU BILAN : (g co2/kWh) :

gaz méthane : 158 + 64,8 = 222,8

charbon : 356 + 32,4 = 388,4

bois : 367 + 11,7 + 52,8 = 431,5