Using Life Cycle Assessment (LCA) to Evaluate the Environmental Characteristics of Ethanol Biorefinery

La dépendance au pétrole est perçue par chaque pays comme un risque majeur pour le secteur énergétique. Récemment, afin de réduire ce risque, la production de l'éthanol à partir de biomasses renouvelables a reçu une attention particulière, même si l'éthanol est utilisé comme combustible depuis 1908. L'éthanol comme source d'énergie renouvelable présente de nombreux avantages environnementaux dont le plus évident est la réduction des émissions de dioxyde de carbone permettant de diminuer les risques potentiels associés au changement du climat. Beaucoup d'experts voient cette opportunité comme une alternative de notre dépendance aux sources d'énergie non renouvelables. La capacité à produire de l'éthanol à partir de biomasse cellulosique à bas coût est la clé pour rendre l'éthanol compétitif par rapport à l'essence. Mais le choix de source de biomasse joue un rôle important en terme de performance environnementale pour la production de l'éthanol. De nos jours, des pays comme le Brésil et les États-Unis s'intéressent au potentiel énorme que peut offrir l'éthanol. Aux États-Unis, l'éthanol est produit à partir du maïs, alors que le Brésil utilise la canne à sucre pour ce faire. Passer de ces produits, principalement cultivés pour la chaîne agro-alimentaire, à des cultures destinées à produire de l'énergie peut présenter des avantages environnementaux et une efficacité énergétique plus accrus que les cultures vivrières pour l'éthanol. Comme la conversion de diverses matières premières en éthanol est associée à plusieurs coproduits et à des activités aratoires, il n'est pas évident de déterminer la méthodologie qui pourrait analyser de façon appropriée la performance environnementale de la production d'éthanol. L'analyse de cycle de vie (ACV) est reconnue comme une approche systématique et pratique pour implanter le concept de la pensée cycle de vie dans une perspective durable. En tenant compte de toutes les étapes du cycle de vie du produit, l'ACV est capable d'incorporer les facteurs environnementaux dans la phase de conception préliminaire afin de comparer les options de conception et d'améliorer l'identification des options pouvant être les plus bénéfiques pour l'environnement considérant les matières premières utilisées, les méthodes du procédé de fabrication et les stratégies de recyclage. Selon les standards ISO, l'ACV comporte quatre étapes qui sont : 1) définition de l'objectif et de l'envergure des travaux, 2) inventaire du cycle de vie (LCI), 3) évaluation d'impact (LCIA) et 4) interprétation. Cependant, à chaque étape, des méthodologies différentes doivent être sélectionnées avec soin afin d'obtenir une évaluation appropriée de la production d'éthanol. Il est évident qu'il n'existe pas de façon unique de choisir la méthodologie la mieux appropriée pour une ACV de l'éthanol, et cela représente un défi pour les analystes d'ACV. Il n'en demeure pas moins qu'il faut considérer les impacts de ces divers choix sur les résultats.

Abstract

The dependence on oil is a major risk factor when considering the energy security in each country. Recently, in order to mitigate this risk, the production of ethanol from alternative, renewable resources has received special attention although it has been used as a fuel since 1908. Ethanol as a renewable and biodegradable source of energy undoubtedly provides numerous environmental benefits. The most obvious is an increased saving in carbon dioxide emissions which results in a reduction of the potential risks associated with climate change. Furthermore, many see this as an opportunity to shift away from the reliance on non-renewable energy sources. The ability to produce ethanol from cellulosic biomass at a low cost is the key to making ethanol competitive with gasoline. However, choosing the biomass source plays an important role in terms of the environmental performance of ethanol production. At present, countries such as Brazil and the United States are tapping into the enormous potential ethanol has to offer. In the United States, ethanol is produced using corn, while in Brazil, sugarcane is used. Shifting from these crops that are mainly grown for food or feed usage to crops grown for fuel usage can significantly improve the environmental benefits and energy efficiency. As the conversion of different feedstocks to ethanol is associated with various co-products and tillage activities, it is not obvious which methodological framework can analyse the environmental performance of ethanol production appropriately. Life cycle assessment (LCA) is recognized as a systematic and practical approach to the implementation of the life-cycle thinking concept in sustainable design. By taking into consideration all stages of the product life cycle, LCA is capable of incorporating environmental factors into the early design phase in order to compare design options and to improve the identification of the, potentially, most environmentally beneficial options by considering raw material use, the manufacturing process and recycling strategies. According to the ISO standard, LCA has four steps including: 1) goal and scope definition, 2) inventory (LCI), 3) impact assessment (LCIA) and 4) interpretation. However, in each step, different methodological choices need to be made carefully in order to obtain an appropriate evaluation of ethanol production. Generally, the methodological choices are key points for an ethanol LCA study and there are many trade-offs when selecting the most appropriate methodology for an ethanol LCA. These different choices pose a challenge for LCA analyzers. It is obvious that there is no single way to make these choices but it is important to consider the consequences they may have on the results.