Filière CSR – énergie

Dans de précédents articles, nous regardions le flux matière. Ici, nous regardons les aspects énergétiques. La puissance de l’installation annoncée est de 20 MW (en fait 19,9 pour ne pas être soumis au quota carbone). L’installation produit principalement de la chaleur. Et si on fait passer la vapeur dans une turbine, elle fait un peu d’électricité aussi.

Nous allons montrer deux choses dans cet article le très piètre rendement énergétique de la filière CSR:

70 GWh, soit 55% de l’énergie produite, est auto-consommé par l’installation CSR elle-même

Et comparer le coût de production au photovoltaïque :

Produire en électricité photovoltaïque la chaleur nette du CSR coûterait deux fois moins cher

Éléments chiffrés

Pour rappel, un réacteur nucléaire, c’est 900 MW électriques. En équivalent photovoltaïque pour 20 MW, il faudrait environ 5 hectares de panneaux. Cette estimation de surface peut paraître erronée de prime abord à celles et ceux qui suivent, mais on y reviendra à la fin de cet article.

L’énergie maximale produite par une installation de 20 MW, sur une année: 24 heures x 365 jours x 20 MW = 175 200 MWh, ou encore 175 GWh

Ce genre d’installation a besoin d’être arrêtée de temps en temps, on compte donc 8 000 heures de fonctionnement par an: 8 000 heures x 20 MW = 160 000 MWh ou 160 GWh

Faisons un autre calcul : cette installation est dimensionnée pour brûler 45000 tonnes de CSR, dont le pouvoir calorifique PCI doit être de 12 MJ/kg minimum (ou encore 3,33 kWh/kg – conversion de Joules en kWh: 1 kWh = 3,6 MJ). La chaudière doit (règlementairement) avoir un rendement R = 0,85.

45 000 tonnes x 12 MJ/kg ÷ 3,6 x 0,85 = 127 000 MWh ou encore 127 GWh. C’est la valeur nominale que nous retenons pour la suite.

La capacité est d’incinérer de 45 000 tonnes en 8 000 heures, soit 5,5 tonnes à l’heure, ce qui semble compatible avec ce qu’annoncent des installations similaires.

L’incinérateur CSR de Tromsø en Norvège, Kvitebjørn Varme (littéralement : la chaleur de l’ours blanc) fonctionne depuis 2016. Il a deux chaudières de 10 MW chacune, et produit 130 GWh d’énergie par an, injecté dans un réseau de chaleur. Notre estimation ci-dessus correspond.

Mais où passe le reste ?

Le projet annonce une production énergétique de 57 GWh. Voyons, il en manque 127 – 57 = 70 GWh, c’est à dire 55% de 127 GWh. Où sont-ils passés?

Nous calculons que la filière CSR, la préparation de ce combustible et les opérations de séchage, sont particulièrement énergivores. Le TMB et l’atelier de préparation le sont également. Voici des ratio pêchés ici et là:

• coût énergétique de la préparation du combustible CSR: 30 kWh par tonne
• nous n’avons pas de chiffre de la consommation électrique du TMB. Prenons la même consommation que l’atelier CSR, soit 30 kWh par tonne
• coût énergétique séchage des digestats: 1,2 à 1,3 kWh par litre d’eau évaporé.

Sur ce dernier point, faites l’expérience: prenez un sweatshirt, versez un litre d’eau dessus. Séchez-le avec un sèche-cheveux de 1000 watt, sans l’égoutter ni l’essorer : ça prendra 1h, 1h10 pour le rendre parfaitement sec. Voila le 1,2 à 1,3 kWh pour sécher les digestats.

Le refus de l’atelier CSR doit également être séché. Ce n’est pas un digestat, mais appliquons la même intensité énergétique pour son séchage, 1,25 kWh par litre d’eau séché – cela paraît un peu absurde, parce que c’est un matériau que l’on a brumisé à l’étape précédente, dans l’atelier CSR.

Voici les volumes indiqués sur le bilan matière projeté CSR 2030, donc nous avons signalé qu’il était optimiste voire trompeur à plusieurs égards

• On produit 45 kt de combustible à brûler, et 7 kt que l’on garde sous le coude (dans l’idée de le vendre bien que cela ne vaut rien, et si on trouve preneur), et dont on a vu précédemment que ce stock donne une idée faussement optimiste du bilan matière
• On ôte par séchage 21 000 tonnes d’eau des digestats
• On ôte par séchage 13 000 tonne d’eau du refus de l’atelier CSR

On met dans le shaker à calculs:

(45 000 + 7000) x 30 x 2 + (21 000 + 13 000) x 1000 x 1,25 = 40 370 000 kWh, soit 40,4 GWh

Nous n’arrivons pas tout à fait aux 70 GWh manquants, qui sont annoncés dans le bilan, mais on s’en approche. Nos estimations de consommation sont sans doute encore trop optimistes, il doit nous manquer des postes de consommation énergétique dans le process.

70 GWh, 55% de l’énergie produite, est auto-consommé par l’installation CSR elle-même

Tel qu’on peut le déduire par les éléments fournis à l’audition du 1er mars, et que nous avons cherché ici à croiser et corroborer avec d’autres sources.

Scénario dégradé

Si la valeur calorique du combustible produit n’atteint par exemple que 8 MJ/kg de PCI (sous le minimum requis de 12 MJ/kg), ce qui bien possible avec une source OMR, la production d’énergie baisserait de 127 GWh à 85 GWh par an. Le bidule consommerait autant en valeur absolue : 70 GWh : il y a autant de tonnage OMR, autant de combustible CSR à préparer, autant de digestats à sécher. Donc en sortie, il resterait non pas 57 GWh, mais 85 – 70 = 15 GWh disponibles, portant la part auto-consommée à 15 ÷ 85 = 83%. Et si ça se dégradait encore (PCI < 5,6 MJ/kg), ce que l’on ne souhaite pas, il faudrait apporter de l’énergie pour arriver à les brûler, ces fichus CSR. Un comble.

C’est un arbitrage entre énergie produite et refus. Plus on sèche les refus, plus on dégrade le bilan énergétique. Plus on valorise le bilan énergétique, en séchant moins, plus on augmente les refus. La plage d’exploitation positive, le domaine de vol pour prendre une analogie aéronautique, n’est pas si large. Donc filière pas très robuste.

Rappelons que le CSR gagne son pouvoir calorifique (celui recherche par les cimentiers) avec les biogènes, c’est à dire le papier, carton, déchets de bois, déchets d’ameublement, bois issus d’encombrants de déchetterie etc. Le reste des OMR est bien peu calorique.

Et si on voulait produire la même énergie en photovoltaïque?

Avec 2700 heures d’ensoleillement annuel à Montpellier, pour produire 57 GWh d’électricité (plus utile que 57 GWh de chaleur, Montpellier n’a pas besoin de chaleur), il faudrait :

57 000 GWh ÷ 2700 h = 21 MW installés, soit bien environ 5 ha de panneaux. Ce chiffre confirme la première approximation en début d’article.

Les astucieux auront objecté que le photovoltaïque ne produit pas la nuit ou par ciel couvert, et que donc pour produire la même énergie qu’une chaudière de 20 MW, qui elle brûle son combustible à toute heure, il faut en fait environ 40 MWc de panneaux. Mais comme l’énergie produite par la chaudière est à plus de moitié consommée par la filière CSR, c’est bien 21 MW de panneaux qui fourniraient une énergie nette comparable. Et électrique, pas en chaleur, donc plus utile.

Cinq hectare, c’est pas si grand, en fait, si c’est pour éviter une pollution de l’air permanente, insidieuse, généralisée

En coût

Source: Coût des énergies renouvelables et de récupération en France, édition 2022, publié par l’ADEME. L’indicateur de référence est le LCOE Levelized Cost Of Energy, qui inclut coût d’investissements APEX et coûts de fonctionnement, OPEX

LCOE CSR – ce sont des coûts par année, investissement et exploitation, sur la durée de vie de l’installation, 25 ans

55 €HT par MWh, soit : 55 x 127 000 = 7 M€

Le coût total de production énergétique sur 25 ans : 7 x 25 = 175 M€ est bien plus élevé que le simple coût d’investissement annoncé ~100 M€, parce que le LCOE inclut les coûts d’exploitation

LCOE Photovoltaïque (au sol, pour faire simple), idem coût par an

60 €HT par MWh : 60 x 57 000 = 3,4 M€, moitié moins que le CSR

La différence étant due au faible rendement d’ensemble de la filière CSR, qui comme on l’a vu, auto-consomme 55% de l’énergie qu’elle produit. Le PV a un coût d’exploitation faible, l’essentiel des coûts apparaît à l’investissement, ce qui prévient les dérives de coût futures, comme l’augmentation des coût d’exploitation auxquelles une chaudière à gaz ou une chaudière CSR sont vulnérables.

Le coût de production de chaleur par combustion CSR est le double de l’électricité photovoltaïque

Le photovoltaïque prend plus de place au sol, il est vrai : 5 ou 6 ha, là où l’installation CSR mobilise autour d’un ha.

De son coté, le CSR a besoin d’un espace de stockage pour le combustible. Sur al consommation d’espace, un à un, balle au centre.

Le CSR en Europe

La direction des entreprise (ministères des finances) a publié ce rapport de février 2019

On y voit que les Anglais font pas mal de combustible CSR, mais qu’ils l’envoient brûler en Allemagne. Que les Allemand en produisent et en brûlent le plus en Europe, CSR über alles, et qu’en France, seuls les cimentiers font du CSR. Aux Pays-Bas, l’incinération de CSR issu des OMR est généralisé. Si on veut des points de comparaison sur des filières CSR issu d’OMR, il faut aller voir aux Pays-Bas, en Allemagne, en Italie.

Dans le titre du rapport, le terme parangonage , un terme d’imprimerie, peut surprendre. J’y vois une astuce pour éviter l’angliscisme benchmark. Marrant pour un rapport qui utilise comme principal terme RDF, l’acronyme anglais Refuse Derived Fuel pour CSR, qui apparemment en 2019 ne s’était pas encore imposé.

On comprend de l’ambiance actuelle que l’État français pousse la filière CSR: la CRE (exemple d’Albioma Bois Rouge à La Réunion), l’Ademe, le Federec, tout le monde pousse à la roue.