Une étude menée par des scientifiques d'Embrapa Meio Ambiente (SP) et de l'Université d'État de Campinas (Unicamp) montre que l'adoption de technologies favorisant les émissions négatives est capable de transformer radicalement l'empreinte carbone de l'éthanol brésilien, la réduisant à des niveaux proches de zéro, voire négatifs.
L'étude a évalué comment l'intégration de la bioénergie avec le captage et le stockage du carbone (BECCS) et l'application du biochar dans les zones agricoles pourraient amplifier les gains environnementaux de RenovaBio, la politique nationale en matière de biocarburants lancée en 2017. Malgré le fort potentiel d'impacts climatiques, les résultats révèlent également que la viabilité dépend de nouveaux mécanismes d'incitation économiques et réglementaires.
Cette technologie capture le carbone biogénique d'origine végétale, émis lors de la production d'éthanol et d'énergie dans les sucreries. Pendant la fermentation du jus et la combustion de la bagasse et de la paille pour produire de la vapeur et de l'électricité, du CO₂ est libéré. Ce CO₂ peut être capturé et injecté dans des formations rocheuses souterraines non poreuses, où il est stocké en toute sécurité. Le procédé, encore coûteux et complexe, nécessite des études géologiques et des infrastructures adaptées. Au Brésil, Usina FS est une entreprise pionnière dans l'application de cette technologie.
Ce procédé consiste à combiner la production d'énergie à partir de biomasse avec la capture et le stockage géologique du CO₂ émis lors de ce processus. Le biochar, ou biocharbon, est une matière végétale – comme la bagasse de canne à sucre – soumise à la pyrolyse, un procédé de chauffage en milieu pauvre en oxygène qui la transforme en une structure carbonée solide et stable. Appliqué au sol, le biochar améliore ses propriétés physiques et constitue un réservoir de carbone durable, contribuant ainsi à la séquestration du CO₂ et à la durabilité de l'agriculture.
Selon la méthodologie officielle du programme, l'intensité carbone (IC) de l'éthanol hydraté brésilien est d'environ 32,8 grammes d'équivalent dioxyde de carbone par mégajoule (gCO₂e/MJ), une mesure qui exprime le total des gaz à effet de serre émis en utilisant le CO₂ comme unité standard.
Si les biochars étaient incorporés lors de la fermentation, l'indice pourrait chuter à +10,4 gCO₂e/MJ. L'application de biochar aux champs de canne à sucre, à raison d'une tonne par hectare, réduirait cette valeur à +15,9 gCO₂e/MJ, explique Lucas Pereira, chercheur au sein de l'équipe d'analyse du cycle de vie d'Embrapa Meio Ambiente. « Dans des scénarios plus ambitieux, la capture du carbone lors de la combustion de la biomasse permettrait également d'obtenir des résultats négatifs, atteignant -81,3 gCO₂e/MJ », indique Pereira.
Le résultat de ces deux procédés – Beccs et biochar – empêche le carbone de retourner dans l'atmosphère. Le biochar est un intrant agricole obtenu par chauffage de la biomasse végétale, formant un matériau stable qui, appliqué au sol, fixe le carbone. Dans le système Beccs, le CO₂ émis par les chaudières et la fermentation est capturé et injecté sous pression dans des formations géologiques souterraines.
Malgré leur pertinence, aucune des plus de 300 usines certifiées par RenovaBio n'utilise actuellement ces technologies. Le principal obstacle réside dans les coûts : alors que les crédits de décarbonation (CBIO), cotés en bourse, s'élèvent à environ 20 $US par tonne de CO₂, le coût estimé des biocomposites à base de carbone (Becc) oscille entre 100 et 200 $US/tCO₂ jusqu'au milieu du siècle. Le biochar, dont les bienfaits pour la séquestration du carbone dans les sols sont avérés, coûte en moyenne 427 $US la tonne.
Selon Nilza Patrícia Ramos, chercheuse à Embrapa Meio Ambiente, l'étude a analysé deux domaines d'application du stockage du carbone dans la chaîne de l'éthanol : pendant la fermentation alcoolique et dans la production d'électricité à partir de bagasse et de paille.
« La fermentation semble être l’option la plus prometteuse, car le CO₂ émis lors de ce processus est relativement pur et techniquement plus facile à capturer. La capture par combustion, bien que capable de générer des émissions négatives à grande échelle, se heurte à des coûts et des défis d’infrastructure beaucoup plus élevés, tels que le transport et le stockage géologique du carbone », a déclaré Ramos.
Bien que des installations pilotes testent déjà le stockage du carbone dans des usines d'éthanol de maïs au Brésil, aucune usine de transformation de canne à sucre n'utilise actuellement cette technologie. Les experts soulignent la nécessité de recenser les formations géologiques appropriées au stockage permanent du CO₂ et de garantir l'étanchéité du site.
La seconde technologie évaluée, le biochar, est un produit de la pyrolyse de résidus tels que la paille et la bagasse. Appliqué au sol, souligne Cristiano Andrade, chercheur à Embrapa Meio Ambiente, il agit comme un correcteur agricole et peut séquestrer le carbone de manière stable pendant des décennies. L'étude a porté sur deux doses d'application : 1 t/ha, compatible avec les pratiques actuelles des minoteries, et 4 t/ha, qui représenterait la limite viable compte tenu de la disponibilité des résidus.
Outre la séquestration directe du carbone, le chercheur précise que le biochar peut améliorer la fertilité des sols et réduire les émissions d'oxyde nitreux (N₂O), un gaz à effet de serre bien plus puissant que le CO₂. Cependant, des expériences à court terme montrent que, dans certains cas, les émissions de CO₂ peuvent augmenter après son application, en plus de l'effet négatif sur la fertilité, en cas d'utilisation excessive.
Pour quantifier l'impact, les chercheurs ont comparé différents scénarios pour les véhicules alimentés à l'éthanol, à l'essence et électriques, en utilisant les données du Programme brésilien d'étiquetage des véhicules (PBEV) et de la banque internationale ecoinvent. Même sans technologies d'émissions négatives, l'éthanol de canne à sucre, étant biogénique, présente une intensité carbone inférieure à celle de l'essence, d'origine fossile. Avec l'adoption des batteries au carbone biosourcé (BCCS) et du biochar, l'écart se creuse et, dans certains scénarios, l'éthanol peut afficher des performances environnementales comparables, voire supérieures, à celles des véhicules électriques rechargés avec l'électricité moyenne du réseau brésilien.
RenovaBio a été créée pour stimuler la production de biocarburants à faibles émissions de gaz à effet de serre (GES) grâce à l'émission de CBIO – un actif environnemental coté en bourse – où un CBIO équivaut à une tonne de CO₂ évitée. Ces crédits sont acquis par les distributeurs de combustibles fossiles pour compenser leurs émissions, créant ainsi un marché réglementé.
Bien que le programme comprenne déjà une incitation financière, celle-ci pourrait s'avérer insuffisante pour rendre viables des technologies coûteuses telles que le captage et le stockage du carbone et la production de biochar. Les recherches indiquent que des politiques complémentaires, des sources de financement et la participation au marché volontaire du carbone (MVC) seront essentielles pour débloquer ces investissements. Aux États-Unis, par exemple, le crédit d'impôt 45Q rémunère les projets de captage du carbone à hauteur de 180 dollars US/tCO₂, un montant nettement supérieur à la moyenne pratiquée au Brésil.
Si elles étaient mises en œuvre à grande échelle, ces technologies pourraient générer des gains considérables. L'étude estime que la combinaison du stockage du carbone (fermentation et combustion) et du biochar dans toutes les usines certifiées pourrait permettre de capter jusqu'à 197 MtCO₂e en crédits carbone, soit l'équivalent de 12 % des émissions totales brésiliennes en 2022. Le scénario le plus viable, avec l'application des technologies de stockage du carbone (Beccs) uniquement à la fermentation, permettrait de capturer environ 20 MtCO₂e/an, soit en moyenne 75 kt par usine.
Cet impact serait décisif pour atteindre les objectifs climatiques du Brésil, qui visent à réduire les émissions nettes à 1 200 MtCO₂e d'ici 2030, soit environ 500 Mt de moins qu'en 2022.
Malgré cet optimisme, les auteurs soulignent d'importantes lacunes. La plupart des installations présentent encore des faiblesses dans leurs données agricoles, ce qui peut entraîner une surestimation ou une sous-estimation des émissions. De plus, l'analyse des changements d'affectation des sols, pourtant essentielle à la durabilité de la bioénergie, manque encore de précision.
L’étude confirme toutefois que le Brésil est bien placé pour mener la transition vers les carburants à « émissions négatives ». Deuxième producteur mondial d’éthanol et de biodiesel, le pays dispose d’une infrastructure agricole et industrielle solide et de politiques bien établies, telles que RenovaBio.
D'après les chercheurs, l'éthanol brésilien occupe déjà une place de choix parmi les carburants à faible teneur en carbone, mais il pourrait franchir un cap décisif grâce à l'adoption des technologies d'émissions négatives. Le Brésil se trouverait ainsi à l'avant-garde de la transition énergétique mondiale, en concurrence non seulement avec les énergies fossiles, mais aussi avec les véhicules électriques et l'hydrogène vert.
Pour y parvenir, il faudra trouver un équilibre entre innovation technologique, mécanismes économiques et politiques publiques plus ambitieuses. L'avenir de l'éthanol, conclut l'étude, dépendra moins de la disponibilité technique que de la capacité du Brésil à mettre en place des incitations économiques faisant de l'éthanol à bilan carbone négatif un atout concurrentiel sur le marché international.
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