Gaz naturel - Biogaz - Power-to-Gas - Potentiels, limites, besoins en infrastructures - WWF Schweiz
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Fiche d’information
Gaz naturel – Biogaz – Power-to-Gas
Potentiels, limites, besoins en infrastructures
© GLOBAL WARMING IMAGES / WWF
Résumé
L’objectif ancré dans l’Accord de Paris sur le climat,
visant à éviter les bouleversements climatiques catas-
trophiques, exige que la combustion de gaz naturel
d’origine fossile cesse presque totalement en Suisse,
au plus tard au cours des deux décennies à venir. Cette
échéance soulève la question de savoir dans quelle
mesure le gaz naturel peut être remplacé, dans ce dé-
lai, par des alternatives plus respectueuses du climat
comme le biogaz ou le gaz synthétique. Pour qu’à
moyen terme, le biogaz devienne respectueux du cli-
mat, son bilan en matière d’émissions de gaz à effet de
serre doit être amélioré de manière significative.
D’une manière ou d’une autre, le biogaz indigène n’est
pas en mesure de se substituer à plus d’un neuvième
des ventes actuelles de gaz naturel fossile, même en
exploitant son plein potentiel. Le biogaz importé
Elmar.GrosseRuse@wwf.ch Version juin 2018
Hintergrundpapier Erdgas - Biogas - Power-to-Gas
n’entre pas en ligne de compte à titre de solution en- pétrole et l’énergie hydraulique1. Tandis que la con-
visageable à terme, par le simple fait que son potentiel sommation de gaz naturel est restée plutôt constante
durable en Europe est bien trop faible pour la décar- en chiffres absolus (environ 36 000 GWh en 2016), sa
bonisation du secteur énergétique. Par ailleurs, le part dans la consommation globale (en baisse) aug-
client suisse achetant actuellement du biogaz importé mente sans cesse2. Près des deux tiers du gaz naturel
ne profite pas de l’entière plus-value écologique de son servent à des applications à basse température (chauf-
biogaz – mais reçoit du gaz naturel fossile certifié. Les fage de locaux et d’eau) dans les foyers et les entre-
gaz synthétiques ne ménagent le climat que s’ils sont prises de services, tandis qu’un tiers revient à l’indus-
produits, entre autres, avec 100% de courant renouve- trie (chaleur utilisée dans les processus). Les agents
lable produit en plus. Les pertes de rendement élevées énergétiques gazeux n’ont joué à ce jour qu’un rôle mi-
des procédés Power-to-Gas (PtG) ont pour effet de nimal dans le trafic et la production d’électricité en
rendre les coûts du gaz synthétique nettement plus Suisse. L’ensemble du gaz naturel consommé en
élevés que ceux de l’utilisation directe de l’électricité Suisse est importé, pour l’essentiel de l’UE, de Russie
(pompes à chaleur, mobilité électrique), et d’accroître et de Norvège.
fortement le besoin de production de courant supplé-
Le réseau de conduites en Suisse, sans les raccorde-
mentaire, avant tout d’origine éolienne et solaire.
ments aux ménages, s’étend sur près de 20 000 km –
Dans le secteur du bâtiment, la baisse des besoins
la majeure partie (environ 17 500 km) faisant partie
énergétiques, l’utilisation directe d’énergies renouve-
des réseaux de distribution régionaux. En comparai-
lables (géothermie en profondeur, énergie solaire
son internationale, le réseau suisse est plutôt petit (le
thermique, bois) ainsi que les pompes à chaleur ali-
réseau de gaz naturel allemand complet est environ 25
mentées par du courant renouvelable doivent être pri-
fois plus grand3). Il n’est pas conçu pour stocker d’im-
vilégiées. Il reste au gaz synthétique avant tout les
portantes quantités de gaz naturel: sa limite est de 28
champs d’application où une utilisation efficace et di-
GWh (en raison des variations de pression). S’y ajou-
recte de l’électricité n’est pas possible. On ignore en-
tent de petites installations de stockage journalier,
core si le PtG sera nécessaire pour le stockage saison-
d’une capacité totale de 49 GWh, permettant de cou-
nier de l’électricité. Même si le PtG était utilisé dans ce
vrir la consommation de gaz naturel en Suisse pen-
but, le réseau de distribution de gaz serait superflu.
dant 18 heures. Il n’existe par ailleurs pas d’installa-
Il faut donc s’attendre à voir reculer massivement les tion de stockage de grande ampleur en Suisse. Pour
ventes d’agents énergétiques gazeux en Suisse en l’es- compenser les petites variations et assurer l’approvi-
pace de quelques décennies. Cette évolution aura des sionnement, notre pays s’est assuré, par un accord bi-
conséquences pour les propriétaires et les exploitants latéral, un droit d’accès au réservoir naturel d’Etrez,
de réseaux de distribution de gaz, c’est-à-dire pour les en France. La capacité de stockage disponible
fournisseurs ainsi que les villes et communes: des pour le gaz naturel se monte ainsi à 1510 GWh4
adaptations de la durée d’amortissement, de la tarifi- en tout et couvre la consommation suisse pour
cation et de la planification de l’entretien sont donc 15 jours.
Quelle est la pertinence du gaz
urgentes, comme la mise en œuvre d’une planification
intelligente, régionale et différenciée du démantèle-
naturel pour la protection
ment des réseaux de distribution de gaz. Si ces me-
sures ne sont pas prises, l’exposition au risque des ex-
du climat?
ploitants et propriétaires de réseaux va fortement
augmenter et les objectifs de l’Accord de Paris sur le
climat vont devenir difficilement accessibles.
Comment et pourquoi
La combustion de gaz naturel dégage du CO2, un gaz à
effet de serre. L’effet du gaz naturel sur le climat est
utilisons-nous
encore plus important lorsqu’il n’est pas brûlé et qu’il
est libéré directement dans l’atmosphère, le potentiel
du gaz naturel aujourd’hui?
du méthane en matière d’effet de serre étant nette-
ment plus élevé que celui du CO2. Pour des raisons de
protection du climat, le gaz naturel devrait rester si
La part du gaz naturel dans la consommation finale possible sous la surface de la terre.
d’énergie en Suisse est de tout juste 14%, plaçant cet
agent énergétique en troisième position derrière le
1 3
OFEN. Statistique globale suisse de l’énergie 2016 https://www.fnb-gas.de/de/fernleitungsnetze-/zahlen-und-
2
Ces chiffres et les suivants sont extraits de: Statistique an- fakten/zahlen-und-fakten.html
4
nuelle de l’ASIG 2017 HSR. Speicherkapazität von Erdgas in der Schweiz. 2017
Elmar.GrosseRuse@wwf.ch Version juin 2018
2
Hintergrundpapier Erdgas - Biogas - Power-to-Gas
Le facteur d’émission du gaz naturel est de 228 g CO2eq
par kWh de teneur en énergie finale en prenant en Objectif de protection climatique de
compte la production et le transport en Suisse5. Les la Suisse compatible avec l'Accord
émissions spécifiques sont ainsi d’un quart inférieures de Paris
à celles du mazout, près de deux fois plus élevées que 50
celles du biogaz (130 g CO2eq par kWh) et environ neuf 40
Mio.tCO2
fois plus importantes que celles des pellets en bois6.
30
L’utilisation du gaz naturel comme combustible occa-
sionne en Suisse près de 7 millions de tonnes de CO2eq, 20
par année, soit près d’un cinquième des émissions de 10
CO2 liées à l’énergie en Suisse.7 0
1990
1994
1998
2002
2006
2010
2014
2018
2022
2026
2030
2034
2038
Emissions influençant le climat
g CO2eq/ kWh énergie finale
énergies fossiles. Dans le secteur du bâtiment en par-
301 ticulier, les besoins énergétiques actuels peuvent être
228 fortement réduits et le reste couvert par les énergies
130 108 renouvelables9.
27 En bref: l’objectif global porté par l’ensemble
de la société visant à éviter les bouleverse-
Mazout Gaz Biogaz Chauffage Granules
ments climatiques catastrophiques exige,
EL naturel à distance (pellets)
entre autres, que la combustion de gaz naturel
Si la Suisse prend au sérieux l’Accord de Paris sur le d’origine fossile en Suisse cesse presque tota-
climat qu’elle a ratifié au niveau international, son lement au cours des deux décennies à venir au
budget d’émissions nationales nettes à compter de plus tard.
l’année d’entrée en vigueur de l’accord (2016) est li-
Si le gaz naturel fossile n’a plus sa place dans le sys-
mité à 450 millions de tonnes de CO2eq maximum. En
tème d’approvisionnement énergétique du futur
cas de diminution linéaire, la Suisse devra réduire ses
proche, la question se pose de savoir quel rôle peuvent
émissions nettes à zéro sur son territoire au plus tard
jouer les agents énergétiques plus respectueux du cli-
jusqu’en 2038.8 Et même si l’on se base sur des hypo-
mat comme le biogaz ou le gaz synthétique et quelles
thèses moins strictes et que l’on accorde à la Suisse
sont les infrastructures nécessaires dans ce but.
Quel est le rôle joué par le bio-
quelques années d’émissions fossiles supplémen-
taires, la conclusion reste la même: la combustion de
gaz?
toutes les matières premières fossiles, et donc aussi
celle du gaz naturel, doit être terminée au plus tard
dans deux à trois décennies. Le futur proche est placé
sous le signe du 100% renouvelable et du 0% gaspil-
D’après la statistique globale suisse de l’énergie de
lage. En effet, l’objectif «zéro net» tolère encore au
l’OFS, près de 1360 GWh d’énergie brute ont été pro-
mieux les émissions que les connaissances actuelles
duits sous forme de biogaz en 201610. Sur cette quan-
ne permettent pas totalement d’éliminer, comme
tité, moins d’un quart (317 GWh) s’est retrouvé dans
celles de l’agriculture, et qui doivent donc être com-
le réseau, le reste ayant servi à produire de l’électri-
pensées par des émissions négatives. Les usages pré-
cité et/ou de la chaleur sur le lieu de sa production.
vus du gaz naturel dans notre pays – chaleur dans les
En effet, en raison de la complexité technique, le trai-
habitations, eau chaude, processus industriels – peu-
tement et l’injection du gaz dans le réseau ne sont ac-
vent et doivent en revanche pouvoir fonctionner sans
tuellement judicieux que pour les installations de
5 8
Selon certaines études, les fuites de méthane durant l’ex- EBP. Budget CO2 de la Suisse. Rapport succinct. 2017
traction et le transport sont nettement sous-estimées. En Le cas échéant plus tôt encore: Eckardt et al. Paris-Abkom-
tout cas, le gaz issu du fracking présenterait un facteur men, Menschenrechte und Klimaklagen. 2018
9
d’émission nettement plus élevé. https://jere- Agora Energiewende. Efficiency First: Wie sieht ein effi-
myleggett.net/2016/05/09/an-open-letter-to-solar-compa- zientes Energiesystem in Zeiten der Sektorkopplung aus?
nies-beware-alliance-with-the-gas-and-oil-industry/ consulté 2017: «La réduction de la consommation d’énergie primaire
le 23.5.2018 des bâtiments a une importance décisive dans la réalisation
6
KBOB. Données des écobilans dans la construction des objectifs climatiques.»
10
2009/1:2016 2017 OFEN. Statistique globale suisse de l’énergie 2016. 2017
7
OFEV. Emissions des gaz à effet de serre d’après la loi
sur le CO2 et d’après le Protocole de Kyoto, seconde pé-
riode d’engagement (2013-2020). 2017
Elmar.GrosseRuse@wwf.ch Version juin 2018
3
Hintergrundpapier Erdgas - Biogas - Power-to-Gas
ajoutent encore jusqu’à 1640 GWh/an de teneur en
Agents énergétiques en reseau de
distribution de gaz 2016 énergie primaire de diverses sources (notamment dé-
chets biogènes de l’industrie alimentaire, sous-pro-
Biogaz CH 0.9% duits animaux et déchets de la transformation de la
0.8% Biogaz
viande, déchets de la gastronomie, part biogène des
étranger
déchets des ménages, déchets biogènes de la collecte
Gaz naturel fossile des déchets biodégradables, ainsi que biomasse à tex-
98.3% ture solide des aires de circulation, des berges et des
aires naturelles protégées) 13. Pris ensemble, ces élé-
ments correspondent à un rendement du biométhane
supplémentaire à base de substrats indigènes de tout
juste 4000 GWh/an14. Comparé à la production ac-
production de très grande taille (au nombre de seule- tuelle de 317 GWh/an, cela revient à un potentiel mul-
ment 27 en Suisse en 2016). Au biogaz suisse injecté tiplié par 12. Celui-ci ne pourra toutefois être pleine-
s’est ajoutée en 2016 environ la même quantité (294 ment exploité que dans des conditions optimales et
GWh) de biogaz importé de l’étranger (surtout d’Alle- une disposition maximale à en payer le prix15. En effet,
magne et du Danemark). Récemment, tant l’injection dans les conditions actuelles, les petites installations
de biogaz que l’importation de biogaz ont fortement de production de biogaz basées uniquement sur l’en-
augmenté. Cependant, le biogaz représente à ce jour grais de ferme ne sont pas rentables. De plus, le mar-
moins de 2% des ventes totales de gaz.11 Dans ces ché des co-substrats nécessaires comme les déchets
conditions, la marque «gaz naturel/biogaz» organiques de la gastronomie ou de l’industrie ou les
(ou même dans l’ordre inverse «biogaz/gaz déchets biodégradables est soumis à une concurrence
naturel) utilisée par la branche dans sa com- de plus en plus féroce16. Même si tout le potentiel
munication frise la tromperie à l’égard des du biogaz en Suisse, ou presque, était dispo-
consommateurs. Pour correspondre aux pro- nible, cet agent énergétique ne remplacerait
portions réelles, le logo «Biogaz» devrait être qu’un neuvième des ventes actuelles de gaz na-
50 fois plus petit que le logo «Gaz naturel». turel fossile (soit 36 000 GWh/an).
Le secteur de la restauration s’est fixé pour objectif in-
termédiaire d’accroître à 30% la part de biogaz et de
gaz synthétique d’ici 203017. Pourtant, un élément est
souvent passé sous silence dans ce contexte: cet objec-
Biogaz suisse
tif ne fait pas référence à la consommation totale de
gaz, mais uniquement au secteur du chauffage (ou
Quelle quantité de biogaz supplémentaire peut être même seulement à la consommation de gaz des mé-
produite de façon durable en Suisse? Ce n’est pas un nages18). Suivant la valeur de référence, il resterait en
hasard si les données varient suivant les études, en 2030 encore entre 80 et 90% d’agent énergétique fos-
fonction des hypothèses de départ12. Seul point d’en- sile dans le réseau de gaz en 2030 d’après la concep-
tente: le substrat présentant les meilleures perspec- tion du secteur de la gastronomie! Si l’on ne part
tives est l’engrais de ferme. Si l’on se base sur la publi- pas du principe d’une baisse massive de la con-
cation la plus récente, on parvient à un potentiel sommation de gaz, l’objectif du secteur de la
exploitable techniquement et durablement, non en- gastronomie en matière de durabilité est par-
core totalement utilisé à l’heure actuelle, de maximum faitement insuffisant en regard des exigences
6750 GWh/an de teneur en énergie primaire. S’y de la protection du climat (voir ci-dessus).
11 15
Statistique annuelle de l’ASIG 2017. Dans le scénario le plus favorable, les perspectives éner-
12
Steubing et al. Bioenergy in Switzerland: Assessing the gétiques 2050 du Conseil fédéral estiment qu’en 2030, le po-
domestic sustainable biomass potential. 2010. tentiel supplémentaire exploitable du biogaz sera de 1100
econcept. Gekoppelte Wärme- und Stromproduktion aus Bi- GWh/an. Les ventes de biogaz en 2050 (indigène/importé)
omasse für die Schweiz: Vision – Strategie - Massnahmen. sont chiffrées à 2860 GWh/an.
2011. Prognos. Die Energieperspektiven für die Schweiz bis 2050.
WSL. Biomassepotenziale der Schweiz für die energetische 2012.
16
Nutzung. 2017. USP. Praktischer Leitfaden Biogas. 2013
13
WSL. Biomassepotenziale der Schweiz für die energeti- La lutte contre le gaspillage alimentaire, nécessaire en poli-
sche Nutzung. 2017. tique climatique, pourrait même contribuer à abaisser signifi-
14
Avec un rendement moyen de fermentation et de traite- cativement les quantités de substrat correspondantes.
17
ment de 45%, selon econcept. Gekoppelte Wärme- und ASIG. Notre avenir énergétique. Prise de position. 2016
Stromproduktion aus Biomasse für die Schweiz: Vision – 18
Présentation de H.C. Angele le 18.5.2018
Strategie - Massnahmen. 2011
Elmar.GrosseRuse@wwf.ch Version juin 2018
4
Hintergrundpapier Erdgas - Biogas - Power-to-Gas
Etant donné que les potentiels techniques et écolo- amélioré de manière significative. Pour cela, les
giques du biogaz indigène susmentionnés s’entendent émissions de méthane diffuses générées lors du stock-
comme limites supérieures à long terme, il manque age préalable du substrat, dans l’installation de fer-
en outre au secteur une stratégie sur la manière mentation et dans l’entrepôt des restes de fermenta-
d’abaisser, dans le temps limité à disposition de deux tion doivent être évitées de manière conséquente. Il
décennies, la part du gaz naturel d’origine fossile au existe par ailleurs des potentiels d’optimisation en
niveau zéro, ou presque. matière de besoins énergétiques et d’émissions de CO2
lors du transport, du stockage, de la fermentation et
Le biogaz suisse est-il durable?
de la fermentation ultérieure du substrat, de même
La Suisse ne prévoit pas de critères durables légaux que lors du traitement du biogaz20.
Biogaz importé
pour l’utilisation du biogaz en tant que combustible
(contrairement au biogaz utilisé comme carburant).
En raison du cadre légal, il serait donc possible qu’un Etant donné qu’à l’avenir, le biogaz indigène ne sera
fabricant indigène de biogaz se mette à produire du de loin pas en mesure de se substituer au gaz naturel
gaz à base de matières premières renouvelables culti- vendu, le secteur mise fortement sur l’importation de
vées spécialement à cet effet et à l’injecter dans le ré- biogaz. Aujourd’hui déjà, les importations représen-
seau, sans pour autant s’acquitter de l’impôt sur les tent près de la moitié du biogaz écoulé en Suisse via le
huiles minérales ni de la taxe sur le CO2, et sans res- réseau de distribution. Ici, les questions suivantes se
pecter d’exigences minimales, quelles qu’elles soient. posent obligatoirement:
Le secteur gazier s’engage cependant en faveur du bio-
gaz de production durable: celui-ci ne doit pas être · Quel est le potentiel du biogaz durable en Europe?
issu de matières renouvelables produites spéciale- · Quelle part de ce biogaz sera vraisemblablement
ment dans ce but; par ailleurs, les matières premières utilisée à l’étranger même et quelle part sera dispo-
servant à la production de biogaz ne doivent pas con- nible pour les exportations à destination de la
currencer directement la production de denrées ali- Suisse?
mentaires ou de fourrage19. La production de biogaz à · Comment peut-on garantir que le bénéfice pour
base de matières premières renouvelables en Suisse l’environnement du biogaz importé profite entière-
ne serait de toute manière pas rentable sans subven- ment au consommateur en Suisse?
tions spécifiques, du moins à l’heure actuelle. L’étude la plus récente sur le potentiel du biogaz dans
En ce qui concerne le bilan écologique du biogaz issu l’UE a été commandée par l’un des plus grands distri-
d’engrais agricole, le principe valable est le suivant: il buteurs de gaz européens21. Ce fait doit être pris en
vaut mieux laisser fermenter le lisier et le fumier pour compte dans l’interprétation des résultats. L’étude
obtenir du biogaz que de ne pas utiliser ces matières. identifie un potentiel pour l’ensemble de l’Europe
En effet, l’épandage d’engrais agricoles non traités li- (rendement du méthane et non énergie primaire) de
bère dans l’atmosphère du méthane et du peroxyde 1072 TWh/an de biogaz et de 263 TWh/an de gaz syn-
d’azote, des gaz à effet de serre très puissants. Bien thétique – soit en tout 1335 TWh/an. Ces chiffres re-
que cette situation soit prise en compte par des déduc- posent sur des hypothèses en partie audacieuses et
tions dans le bilan climatique du biogaz, ce dernier questionnables, tant sur le plan de la politique clima-
n’est nullement neutre pour le climat (voir ci-dessus). tique que de la protection de la nature22. Pour éviter
Un combustible n’émettant «que» 130 g CO2eq par de trop s’avancer, il est recommandé de réduire le ren-
kWh n’a pas non plus sa place dans un monde où les dement envisagé du biogaz de 50%. De la sorte, le bio-
émissions de gaz à effet de serre doivent être réduites gaz dans l’UE couvrirait – comme en Suisse – au
à zéro net. Pour que le biogaz devienne donc ré- maximum un neuvième des besoins actuels en la ma-
ellement durable du point de vue de la protec- tière (4500 TWh/an)23. Avec le potentiel du gaz syn-
tion du climat, son bilan climatique doit être thétique, ce serait ainsi un sixième à un cinquième de
19
ASIG. Les principes directeurs de l’industrie gazière suisse à presque tout le territoire européen (donc aussi dans des
en matière de biogaz. zones climatiques plus froides) dans un délai de seulement
20
Effenberger et al. Klassifizierung der Treibhausgas- und trois décennies.
Energiebilanz landwirtschaftlicher Biogasanlagen. 2014. A l’inverse, diverses études calculent même un recul de la
Deutscher Bundestag. Wissenschaftliche Dienste. Treib- production de biogaz et en particulier de son injection dans
hausgasemissionen von Biogasanlagen. 2014. le réseau, du moins pour l’Allemagne. Pour une vue
Vogel. Methanverluste vermeiden. 2013. générale, consulter:
21
Ecofys. Gas for Climate. 2018 Agentur für Erneuerbare Energien. Metaanalyse: Die Rolle
22
Ainsi, 40% (!) des substrats sont des matières premières erneuerbarer Gase in der Energiewende. 2018.
23
renouvelables. Des procédés de culture séquentiels (culture http://ec.europa.eu/eurostat/web/products-datasets/-
tout au long de l’année), utilisés à ce jour uniquement dans /nrg_103a – consulté le 6.4.2018
la production de biogaz en Italie, doivent en plus être étendus
Elmar.GrosseRuse@wwf.ch Version juin 2018
5
Hintergrundpapier Erdgas - Biogas - Power-to-Gas
la consommation de gaz actuelle de l’UE qui pourrait allemands de protection climatique. En effet, le biogaz
être couverte. produit en Allemagne est imputé au bilan CO2 alle-
mand, et non aux objectifs suisses28. En d’autres
Pour la décarbonisation complète du secteur
termes, si le biogaz est exporté en Suisse après sa pro-
énergétique, l’UE devrait donc réduire la con-
duction, cela n’a aucun effet sur la réalisation des ob-
sommation actuelle de gaz d’au moins 80%. Ce
jectifs en Allemagne. D’un point de vue physique, du
n’est qu’alors qu’il resterait quelque chose du
gaz naturel est exporté d’Allemagne en Suisse et la
potentiel renouvelable du gaz de l’UE pour la
même quantité de gaz naturel est importée en plus de
Suisse. Il n’est absolument pas possible d’évaluer la
l’étranger vers l’Allemagne. Le client suisse ache-
quantité de gaz renouvelable qui serait réellement dis-
tant du biogaz importé ne profite donc pas de
ponible pour les exportations à destination de la
l’entière plus-value écologique de son biogaz –
Suisse, ni à quel moment. Il apparaît donc logique que
mais obtient du gaz naturel fossile certifié.
la Suisse doive réduire ses besoins en gaz par des me-
sures d’efficacité et le remplacement des agents éner- Il manque par ailleurs le biogaz importé d’Europe
gétiques, au moins dans la même mesure que l’UE. pour la décarbonisation locale (voir ci-dessous). La
stratégie d’importation de biogaz n’est donc certaine-
Le biogaz importé est-il réellement du biogaz?
ment pas durable.
Quel rôle joue le gaz synthé-
Si le biogaz est injecté à un réseau de gaz local à
l’étranger, ses molécules ne parviennent qu’excep-
tique?
tionnellement jusqu’à la frontière suisse. D’un point
de vue physique, c’est donc du gaz naturel fossile qui
est importé24. Par le biais du réseau, seul du biogaz
«virtuel» peut être importé en Suisse. En d’autres Sont qualifiés ici de «gaz synthétiques» tous les com-
termes, cela signifie qu’à la frontière, du gaz naturel bustibles de forme gazeuse produits à l’aide d’électri-
est physiquement importé, tandis que l’importateur cité renouvelable (ci-après aussi «combustibles syn-
reçoit un certificat garantissant entre autres que la thétiques»). Ce processus chimique, souvent appelé
quantité de biogaz correspondante a été injectée dans aussi «power-to-gas» (PtG), vise à produire de l’hy-
un réseau de gaz naturel étranger.25 Si le biogaz pro- drogène par électrolyse, à l’aide de courant renouve-
vient d’Allemagne, la quantité correspondante est dé- lable. Pour des raisons techniques toutefois, l’hydro-
comptée du registre allemand du biogaz lors de son gène ne peut être injecté directement dans le réseau
exportation en Suisse pour exclure qu’elle soit utilisée gazier que de manière très limitée. Il est donc généra-
à double pour un autre client26. Selon le Conseil fédé- lement transformé en méthane avec le CO2 au cours
ral, aucune garantie ne permet de s’assurer que c’est d’une étape ultérieure29. Le processus PtG peut aussi
aussi le cas dans d’autres pays exportateurs27. être combiné à la production de biogaz: lors de la mé-
thanisation dite directe, le CO2 contenu dans le biogaz
Même dans le cas contraire, serait-on certain que la
réagit avec l’hydrogène et se transforme en méthane,
plus-value écologique profite dans tous les cas entiè-
ce qui permet de l’injecter dans le réseau de gaz avec
rement aux clients suisses achetant du biogaz? – Non.
le méthane contenu dans le gaz brut30.
La quantité de biogaz produite en Allemagne dépend
en fin de compte des conditions-cadre locales. Et
celles-ci, à leur tour, sont fonction des objectifs
24
Il doit en conséquence aussi être déclaré comme gaz na- international du biogaz dans le secteur des combustibles.
turel à la douane helvétique et grevé des impôts et taxes cor- 2015
respondants. Les objectifs de développement des énergies renouvelables
25
Une telle attestation d’origine devrait à l’avenir aussi être en Allemagne ne tiennent en revanche pas compte du bio-
utilisée pour le gaz naturel d’origine fossile, afin de permettre gaz exporté virtuellement par attestation d’origine. Rensei-
sa traçabilité et, par exemple, d’exclure l’importation de gaz gnement donné par écrit par le Ministère fédéral de l’environ-
de schistes (issu du fracking), qui nuit particulièrement à l’en- nement allemand le 8.5.2018.
vironnement. Il faudrait encore confirmer que ceci est également le cas
26
Renseignement donné par écrit par le registre allemand du dans tous les autres pays exportateurs de biogaz pertinents
biogaz le 15 mars 2018, voir aussi www.biogasregister.de pour la Suisse.
27 29
Lors des importations de gaz «les doubles comptabilisa- En Suisse, la teneur en hydrogène est limitée à 2% de vo-
tions ne peuvent pas être exclues et les exigences écolo- lume, une limite qui est fixée à 5% en Allemagne. Elle pour-
giques minimales ne peuvent pas être garanties.» Conseil rait être augmentée à 10 ou 15%.
fédéral. Message relatif à la révision totale de la loi sur le CO2 Agora Energiewende. «Die zukünftigen Kosten strombasier-
pour la période postérieure à 2020. 2017 ter synthetischer Brennstoffe.» 2018
28 30
Renseignement donné par écrit par le Ministère fédéral de https://www.energie360.ch/de/energie-360/projekte/po-
l’environnement allemand le 4.5.2018 et par l’OFEV. Marché wer-to-gas-aus-erneuerbarem-strom-wird-gas/ – consulté le
13.4.2018
Elmar.GrosseRuse@wwf.ch Version juin 2018
6
Hintergrundpapier Erdgas - Biogas - Power-to-Gas
L’éventualité que le gaz synthétique ou les combus-
tibles liquides («Power-to-Liquid», PtL) soient néces-
saires pour la décarbonisation complète tient au fait
qu’il n’y a pas suffisamment de biomasse issue de pro-
duction durable pour remplacer les combustibles uti-
lisés que sont le charbon, le pétrole ou le gaz par du
bois, du biogaz ou des biocombustibles partout où les
EXTRAIT DE: WWW.WYNAGAS.CH
processus de combustion joueront un rôle à l’avenir31.
La question est de savoir dans quels buts d’utilisation
et dans quelles quantités le gaz synthétique pourra ou
devra jouer un rôle technique et économique32.
Le gaz synthétique est-il écologique?
Le gaz synthétique n’est écologique que
lorsqu’il remplit au moins trois conditions33:
particulier en raison des émissions de méthane, qui ne
· Le courant nécessaire à l’électrolyse doit provenir peuvent entièrement être évitées, lors de la production
exclusivement de sources renouvelables. et du transport du gaz.
Le gaz synthétique peut-il se maintenir sur le
· L’électricité doit par ailleurs être purement excé-
dentaire (c’est-à-dire que si elle n’était pas utilisée
de cette manière, les éoliennes devraient être arrê- marché?
tées) ou être produite en plus. Dans le cas contraire,
Les installations PtG/PtL exigent d’importants capi-
il s’agit d’un pur déplacement d’énergie renouve-
taux et engendrent des coûts fixes élevés. Chaque
lable d’un secteur à l’autre: «l’excédent» versé dans
heure d’exploitation réalisée en plus est en consé-
le secteur de la production de chaleur ou des trans-
quence essentielle pour les coûts des combustibles
ports s’accompagnerait d’un déficit d’énergie renou-
synthétiques, puisque plus l’utilisation des installa-
velable dans celui de l’électricité.
tions est importante, meilleur marché sont les coûts
· Le CO2 nécessaire à la méthanisation doit être ex-
de l’électrolyse35. Les études réalisées montrent que
trait de l’air («Direct Air Capture») ou de sources
les installations PtG/PtL ont besoin d’au moins 3000
biogènes durables. Le CO2 fossile n’entre plus en
à 4000 heures à pleine charge par année et d’électri-
question à moyen terme, puisque la combustion du
cité très bon marché pour pouvoir être rentables. Ceci
gaz synthétique le libérerait dans l’atmosphère. Ou
est d’autant plus valable pour les électrolyseurs à
alors, il devrait être éliminé et stocké en sécurité
hautes températures, plus efficaces, qui doivent fonc-
hors de l’atmosphère ou être injecté dans un circuit
tionner en permanence36. Sur le long terme, même
carbone fermé, ce qui exigerait à son tour une dé-
l’Allemagne – dont la part de production électrique
pense d’énergie élevée. Dans la perspective d’une
éolienne et solaire fluctuante est nettement plus éle-
décarbonisation complète, la disponibilité du CO2
vées qu’en Suisse – ne produira pas d’électricité excé-
fossile est de toute manière fortement limitée34.
dentaire dans ce cadre temporel37. Les parts modestes
Le PtG n’est pas non plus entièrement neutre sur le de courant excédentaire disponible à l’échelle locale
plan climatique, en raison de la dépense énergétique devraient être complétées par d’importantes quantités
nécessaire à la mise en place de l’infrastructure et en d’électricité renouvelable bon marché38. Comme
31 36
Agora Energiewende. «Die zukünftigen Kosten stromba- Agora Energiewende. «Die zukünftigen Kosten stromba-
sierter synthetischer Brennstoffe.» 2018 sierter synthetischer Brennstoffe.» 2018
32
voir p. ex. Panos & Kanan. Challenges and Opportunities Energy Brainpool contredit cette hypothèse. Auf dem Weg in
for the Swiss Energy System in Meeting Stringent Climate die Wettbewerbsfähigkeit: Elektrolysegase erneuerbaren Ur-
Mitigation Targets. 2018. Les auteurs partent p. ex. du prin- sprungs. 2018. Selon sa thèse, les coûts fixes vont nette-
cipe qu’en 2050, 1600 GWh H2 seront produits à partir de ment baisser à l’avenir et, dans leur sillage, la pertinence des
courant d’origine renouvelable, mais que sur cette quantité, heures à pleine charge.
37
seulement 230 GWh de CH4 ou de H2 pourront être injectés Agora Energiewende. «Die zukünftigen Kosten stromba-
dans le réseau gazier. sierter synthetischer Brennstoffe.» 2018
33
Agora Energiewende. «Die zukünftigen Kosten stromba- Ce n’est qu’à partir d’environ 90% (!) d’énergie éolienne et
sierter synthetischer Brennstoffe.» 2018 solaire fluctuante que l’Allemagne produirait un excédent
34
Agora Energiewende. «Die zukünftigen Kosten stromba- d’électricité issue de sources renouvelables pendant près de
sierter synthetischer Brennstoffe.» 2018 4000 heures par année.
38
Institut Öko. «Prüfung der klimapolitischen Konsistenz und Agora Energiewende. «Die zukünftigen Kosten stromba-
der Kosten von Methanisierungsstrategien.» 2014 sierter synthetischer Brennstoffe.» 2018. A cela s’ajoute le
35
Agentur für Erneuerbare Energien. Metaanalyse: Die Rolle fait qu’en matière d’utilisation du courant excédentaire gra-
erneuerbarer Gase in der Energiewende. 2018. tuit, les installations PtG/PtL entreraient en concurrence au
Elmar.GrosseRuse@wwf.ch Version juin 2018
7
Hintergrundpapier Erdgas - Biogas - Power-to-Gas
montré ci-dessus, ce courant doit être produit en plus, consommation de gaz en Suisse reste au niveau actuel
afin que le PtG/PtL contribue à la protection du cli- (soit env. 36 000 GWh) et si le potentiel du biogaz in-
mat. En conséquence, les installations PtG/PtL ne digène est exploité au maximum (env. 4000 GWh),
peuvent pas seulement prendre en compte, dans leur une production d’électricité supplémentaire d’env.
calcul, les «déchets de la production électrique» gra- 57 000 GWhel serait nécessaire pour couvrir les be-
tuits, mais doivent assumer les coûts entiers de la pro- soins restants avec le PtG41! Cela correspond assez
duction du courant à base d’énergies renouvelables exactement à la production d’électricité actuelle en
nécessaire en plus. La question de savoir si les frais Suisse (qui n’est de loin pas complètement renouve-
d’utilisation du réseau pour le courant utilisé seront lable). En d’autres termes, en plus du remplacement
prélevés ou non est également pertinente.39 des centrales nucléaires vieillissantes, en plus de la
fourniture d’électricité nécessaire à l’électromobilité
S’ajoutent à cela les coûts non négligeables du proces-
croissante et en plus de la consommation électrique
sus de méthanisation lorsque la production ne se li-
des nouvelles pompes à chaleur (qui seraient néces-
mite pas au seul hydrogène. C’est particulièrement le
saires dans ce scénario, au moins pour le remplace-
cas quand le CO2 nécessaire doit avant tout provenir
ment des chauffages à mazout), la production
de la technologie onéreuse de «Direct Air Capture» et
d’électricité en Suisse devrait être doublée – et
moins de sources ponctuelles concentrées (combus-
ceci dans un délai de deux à trois décennies42.
tion et fermentation de biomasse). Dès que des quan-
L’ampleur de la tâche montre clairement
tités importantes de gaz synthétique doivent être pro-
qu’un maintien complet de l’infrastructure ga-
duites, la technique de «Direct Air Capture» devrait,
zière en Suisse dans l’espoir de pouvoir utili-
selon les connaissances actuelles, être de plus en plus
ser du biogaz et des gaz synthétiques n’est pas
utilisée, le potentiel quantitatif du CO2 de sources bio-
justifié.
gènes durables étant limité.
Même dans l’hypothèse, improbable, où l’électricité Le gaz synthétique est-il nécessaire dans le
serait disponible gratuitement en quantité nécessaire secteur du bâtiment?
(heures à pleine charge), il faut s’attendre à ce que les
coûts de production du méthane synthétique soient Les avantages du gaz synthétique (ou aussi ceux du
importants. Quoi qu’il en soit, les coûts de pro- combustible et du carburant liquide) par rapport à
duction des combustibles et des carburants l’utilisation directe de l’électricité résident dans sa
synthétiques devraient rester durablement densité énergétique élevée, la capacité à le stocker et
plus élevés que les coûts d’exploitation de l’infrastructure en partie déjà en place – des caracté-
leurs alternatives fossiles – pour autant qu’au- ristiques que les combustibles synthétiques partagent
cune tarification suffisamment élevée du CO2 avec les combustibles fossiles43. Les combustibles fos-
ne s’applique40. siles ont toutefois un gros désavantage: comparée à
l’utilisation directe de l’électricité, leur production en-
A quelle quantité de gaz synthétique est-on en traîne d’importantes pertes énergétiques lors de la
droit de s’attendre? transformation. Deux conséquences immédiates en
résultent: d’une part, les coûts du PtG (et du
Les quantités potentielles de gaz synthétique sont en PtL) sont en principe nettement plus élevés
théorie très importantes. En effet, sa production ne que ceux de l’utilisation directe de l’électricité.
nécessite «que» du courant excédentaire, de l’eau et D’autre part, il en résulte un besoin sensible-
du CO2. Si l’on met provisoirement de côté les obs- ment plus important de production d’électri-
tacles économiques susmentionnés à la compétitivité cité d’origine éolienne et solaire44. Ainsi, le PtG
du gaz synthétique sur le marché, la question la plus ne permet aujourd’hui de ne produire en moyenne que
intéressante est alors celle de savoir combien de cou- 0,56 kWh de combustible à partir de 1 kWh de courant
rant excédentaire serait nécessaire: si la de production renouvelable45.
42
niveau local avec d’autres charges raccordables, souvent Ces calculs sont naturellement très simplifiés et ne tiennent
nettement meilleur marché, telles que les systèmes «Power- par exemple pas compte des importations. Mais comme pour
to-Heat», les batteries et les applications industrielles. le biogaz et le PtG, la Suisse ne doit pas, en matière d’élec-
39
Energy Brainpool. Auf dem Weg in die Wettbewerbsfähig- tricité renouvelable, compter sur une capacité d’importation
keit: Elektrolysegase erneuerbaren Ursprungs. 2018. illimitée de l’étranger.
40 43
Energy Brainpool ne contredit pas non plus ce point. Auf Agora Energiewende. «Die zukünftigen Kosten stromba-
dem Weg in die Wettbewerbsfähigkeit: Elektrolysegase er- sierter synthetischer Brennstoffe.» 2018
44
neuerbaren Ursprungs. 2018 Agora Energiewende. «Die zukünftigen Kosten stromba-
41
32ʼ000 GWh PtG produits à base d’électricité avec un ren- sierter synthetischer Brennstoffe.» 2018
45
dement moyen de 0,56. Institut Öko. «Prüfung der klimapolitischen Konsistenz und
der Kosten von Methanisierungsstrategien.» 2014
Elmar.GrosseRuse@wwf.ch Version juin 2018
8
Hintergrundpapier Erdgas - Biogas - Power-to-Gas
Les conséquences des pertes de rendement au cours égales, entre les deux composants que sont la chaleur
de la chaîne de production peuvent être illustrées à (24%) et l’électricité (21%), de manière similaire à ce
l’exemple des différents systèmes de chauffage, par- qui se passerait avec un moteur à gaz CCF46. Le ren-
tant de l’électricité produite à base de sources renou- dement total d’une pompe à chaleur électrique
velables (voir illustration). Le rendement total maxi- est ainsi cinq à six fois supérieur à celui des so-
mum est réalisé par la pompe à chaleur électrique, lutions alternatives alimentées par des gaz
avec une performance de 285%. Contrairement à de synthétiques. Bien entendu, le rendement de l’élec-
PAR AGORA ENERGIEWENDE. «DIE ZUKÜNFTIGEN KOSTEN STROMBASIERTER SYNTHETISCHER BRENNSTOFFE.» 2018
nombreuses autres technologies, celle-ci occasionne trolyse et de la méthanisation va encore s’améliorer
un effet de levier particulier: elle permet en effet d’ex- dans le sillage du progrès technique, des investisse-
ploiter la chaleur de l’environnement (présente dans ments dans la recherche et le développement, et d’une
l’air, le sol ou l’eau), dont la quantité est supérieure à pénétration accrue sur le marché47. Cependant, de
celle de l’électricité nécessaire pour faire fonctionner telles améliorations devraient aussi se produire dans
la pompe, de sorte que des valeurs supérieures à 100% le domaine des pompes à chaleur.
peuvent être réalisées. Dans l’exemple choisi ici, la
Tant qu’il n’est pas clairement attesté que ce désavan-
pompe à chaleur met à disposition une quantité de
tage indéniable des gaz synthétiques, qui repose sur
chaleur trois fois supérieure à la quantité d’électricité
des principes physiques, ne peut pas être surcom-
nécessaire (JAZ=3.0). Suit la chaudière à gaz à con-
pensé par d’autres avantages48 – par exemple en ma-
densation avec un rendement total de 50%. Le chauf-
tière de coûts d’infrastructures –, il semble évident de
fage à piles à combustible ferme la marche avec 45%.
suivre en premier lieu toutes les solutions techniques
Ses produits finis peuvent être répartis en parts plutôt
46
On pourrait également partir du principe que l’électricité Les hypothèses sur lesquelles repose la justification de
produite est transformée en chaleur (dans la maison voisine) l’avantage pour l’économie globale d’un scénario PtG dans
par une pompe à chaleur présentant un rendement corres- cette étude paraissent toutefois discutables. Ainsi, plus de
pondant. Cela aurait pour effet d’augmenter le rendement to- 80% des économies avancées sont le fait des coûts d’inves-
tal, p. ex. de faire passer celui des piles à combustible PtG à tissement plus élevés des voitures électriques par rapport
environ 84%. Cela reste toutefois 3,5 fois inférieur à la per- aux voitures équipées de moteurs à combustion ainsi que
formance des pompes à chaleur. des pompes à chaleur vis-à-vis des chauffages à gaz. Où
47
Agentur für Erneuerbare Energien. Metaanalyse: Die Rolle sont les coûts d’exploitation bas de l’électricité utilisée direc-
erneuerbarer Gase in der Energiewende. 2018. tement?
48
voir FNB Gas. Der Wert der Gasinfrastruktur für die Ener-
giewende in Deutschland. 2017.
Elmar.GrosseRuse@wwf.ch Version juin 2018
9Hintergrundpapier Erdgas - Biogas - Power-to-Gas
possibles offrant de faibles pertes de transformation – plan de l’infrastructure, il en résulte d’autres exi-
c’est-à-dire l’utilisation directe de l’énergie électrique. gences que celles valant à ce jour – l’une des consé-
quences étant que le réseau de distribution de gaz
Dans le secteur du chauffage des bâtiments,
existant perd sa raison d’être essentielle, c’est-à-dire
cela signifie que la baisse importante des be-
l’approvisionnement de différents biens immobiliers
soins énergétiques49, l’utilisation directe des
pour des applications à faible température.
énergies renouvelables (soit avant tout l’utili-
sation de la géothermie profonde, de la ther-
mie solaire et, dans une mesure limitée du
bois), ainsi que les pompes à chaleur alimen-
tées par de l’énergie renouvelable constituent
la voie à suivre. Ce n’est que lorsque l’isolation suf-
fisante des bâtiments n’est pas possible pour des rai-
sons techniques ou économiques que les combustibles
synthétiques peuvent représenter une alternative; soit
comme agent énergétique unique – avec des piles à
combustible CCF ou des chaudières à condensation –
ou en lien avec des pompes à chaleur en guise de
chauffages hybrides50. Il serait toutefois contrepro-
ductif que la perspective de l’utilisation des combus-
tibles synthétiques basée sur l’électricité dans des
chaudières à gaz ou à pétrole mène à une réduction du
nombre de bâtiments rénovés pour en optimiser l’effi-
ASIG
cacité énergétique. Ce point relève notamment de la
longue durée de vie des bâtiments: en effet, seule une Le gaz synthétique est-il nécessaire pour le
rénovation énergétique permet de conserver toutes les
options pour des décisions ultérieures en matière de
stockage saisonnier de l’électricité?
technologie de chauffage – que ce soit en faveur d’une L’argument le plus souvent avancé pour la préserva-
pompe à chaleur ou du gaz synthétique – et d’offrir la tion du réseau de distribution de gaz et le développe-
flexibilité nécessaire pour le cas où des attentes parti- ment éventuel d’une infrastructure PtG est l’utilisa-
culières à l’égard de l’évolution future des coûts des tion des excédents d’électricité en été et l’assurance de
agents énergétiques devaient ne pas se concrétiser51. la sécurité de l’approvisionnement électrique en hiver.
Il reste au gaz synthétique avant tout les Les phases prolongées au cours desquelles le vent et
champs d’application où une utilisation effi- l’ensoleillement sont faibles dans de grandes parties
cace et directe de l’électricité n’est pas pos- de l’Europe centrale, ce qui a plutôt tendance à se pro-
sible. En font partie, le cas échéant, le transport rou- duire en hiver, ne doivent pas présenter de danger
tier sur de longues distances, le secteur des transports pour la couverture de la demande d’électricité. Ceci est
aériens et maritimes, les processus à très hautes tem- d’autant plus valable que la charge électrique en hiver
pératures dans l’industrie, les substances organiques devrait encore augmenter en raison d’un développe-
chimiques et éventuellement le stockage saisonnier de ment massif des pompes à chaleur et de la mobilité
l’électricité (voir plus bas). Ce constat confirme les ré- électrique, et ce malgré l’exploitation des potentiels
sultats des nombreux scénarios de protection du cli- d’efficacité existants53. L’excédent de production élec-
mat établis à ce jour pour le système énergétique glo- trique d’origine solaire et éolienne pourrait être stocké
bal (surtout en Allemagne) jusqu’en 205052. Sur le sous forme de gaz synthétique à un rythme saisonnier,
49
Agora Energiewende. Efficiency First: Wie sieht ein effizi- toutes les études défendant des objectifs de protection du
entes Energiesystem in Zeiten der Sektorkopplung aus? climat ambitieux s’entendent pour dire que le PtG est indis-
2017 pensable comme option de flexibilité dans le secteur élec-
50
Agora Energiewende. «Die zukünftigen Kosten stromba- trique, le potentiel le plus important pour le PtG se dessine,
sierter synthetischer Brennstoffe.» 2018 tous comptes faits, dans le secteur des transports et de l’in-
Chauffer un parc immobilier mal isolé, sans isolation supplé- dustrie.»
53
mentaire, à 100% avec des combustibles synthétiques de- SATW. Die Rolle von dezentralen Speichern für die Bewäl-
vrait toutefois s’avérer très peu rentable à long terme – en tigung der Energiewende. 2016
particulier si la demande des secteurs disposant d’un fort Ce serait pourtant indispensable si l’utilisation du gaz dans
pouvoir d’achat fait grimper le prix des combustibles. le secteur des bâtiments et des transports était faible et s’ac-
51
Agora Energiewende. «Die zukünftigen Kosten stromba- compagnait du démantèlement correspondant du réseau de
sierter synthetischer Brennstoffe.» 2018 distribution du gaz.
52
Agentur für Erneuerbare Energien. Metaanalyse: Die Rolle
erneuerbarer Gase in der Energiewende. 2018. «Alors que
Elmar.GrosseRuse@wwf.ch Version juin 2018
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