Les certificats CO2 existent depuis longtemps, on peut les acheter et ainsi quasiment payer son empreinte carbone ou acheter la liberté d'émettre une certaine quantité de CO2. Les certificats CO2 pour l'agriculture verticale ne sont donc qu'une question de temps. Dans cet article, j'explique le problème, je donne un aperçu des pertes de conversion énergétique et de leur influence sur la rentabilité d'un site, ainsi que mon avis personnel sur la question.
Qu'est-ce que l'agriculture verticale ?
Pour les lecteurs de ce blog qui ne se sont pas encore penchés sur le thème de l'agriculture verticale, au L'agriculture verticale il s'agit de la culture agricole de plantes à la verticale. Dans les pays développés, celle-ci se fait principalement à l'intérieur. Ainsi, il est possible de cultiver beaucoup plus sur une petite surface au sol. En utilisant la verticale, la surface au sol est multipliée par le nombre de niveaux. Cette surface de culture peut ensuite être utilisée. Pour des raisons de poids, on utilise l'hydroponie et la technique du film nutritif, dans laquelle les plantes sont placées dans de petits supports. Pour que les plantes reçoivent suffisamment de lumière, on mise aujourd'hui sur l'éclairage LED, qui représente la charge principale en termes de consommation d'électricité.
Que sont les certificats de CO2 ?
Certificats de CO2 (Échange de droits d'émission) en certificats qui garantissent à une entité, c'est-à-dire une entreprise ou une personne privée, le droit d'émettre une certaine quantité de CO2. Si l'on consomme moins de CO2, on peut à son tour vendre ce certificat à d'autres personnes si elles émettent plus de CO2 que prévu. On peut donc utiliser Négocier des certificats de CO2.
L'agriculture verticale génère aussi du CO2
Comme presque toute activité dans le monde où l'homme intervient, du CO2 est émis. Dans l'agriculture conventionnelle, c'est quasiment le cas avec les machines agricoles, qui roulent par exemple au diesel agricole et émettent du CO2 en brûlant. Dans le cas de l'agriculture verticale, la situation est un peu différente. Pour des raisons techniques, les fermes verticales sont situées à l'intérieur, où il n'y a pas de machines agricoles fonctionnant au diesel, qui ne sont donc pas considérées comme une source de CO2.
La source du CO2 est en fait très évidente pour celui qui s'intéresse à la technique, car c'est la consommation d'énergie. Et dans une ferme verticale, nous avons une grande consommation d'électricité. Cela signifie que En 2023, l'agriculture verticale ne peut pas fonctionner sans CO2 d'un point de vue technique et en chiffres absolus, sur une base annuelle..
Car même si, selon le pays et la région, on utilise plus ou moins d'énergies renouvelables, l'empreinte carbone sera quand même immense. Mais pourquoi en est-il ainsi ?
Pour comprendre cela, il faut comprendre comment fonctionne la photosynthèse et pourquoi nous avons des pertes de conversion qui font que, selon le pays et le mix énergétique, l'empreinte carbone est différente.
Digression sur la photosynthèse et le RuBisCO
Le site Photosynthèse est un procédé ingénieux que la nature a conçu, avec RuBisCO et le Cycle de Calvin, le processus biochimique qui se déroule dans la plante, le Chloroplastes Sans le déchet qu'est l'oxygène, l'organisme humain n'aurait aucune chance de survie.
Maintenant, RuBisCO avec le cycle de Calvin est certes génial en soi, mais pas particulièrement efficace, quasiment un produit hérité de la nature, comparable à la citation technique : "if it works, don't touch it", donc si ça marche, il ne faut plus y toucher. Et c'est sans doute ce que la nature a fait depuis des milliards d'années, depuis que la vie végétale existe.
Comme les La photosynthèse n'est pas très efficace Cela signifie que nous pouvons produire des plantes à l'intérieur, à l'abri du monde extérieur, dans des conditions de propreté et d'hygiène incroyables, mais avec des pertes d'énergie relativement importantes.
Digression sur le calcul de l'efficacité
Un exemple : Nous voulons alimenter une ferme verticale avec de l'énergie solaire qui, dans l'hypothèse de base, doit être utilisée uniquement pour l'éclairage LED. Nous ne considérons pas ici la quantité de lumière dont la plante a besoin, mais la quantité de lumière qui lui parvient.
La répartition:
Cellules solaires, cellules photovoltaïques, modules PV etc., ont un rendement compris entre 15 et 22%, pour les cellules disponibles dans le commerce. Pour les cellules solaires en laboratoire, des valeurs plus élevées peuvent être obtenues dans des conditions de laboratoire (Situation en 2022 Fraunhofer ISE 47,6%).
Selon la situation géographique, le soleil nous envoie en moyenne 1000 watts Puissance solaire par mètre carré sur la terre. Avec une efficacité de 20%, cela correspond à un rendement de 200 watts d'énergie électrique utilisable sur un mètre carré.
Pour des raisons de simplicité, nous sautons les pertes de l'accumulateur et du régulateur de charge, et passons directement à l'alimentation à découpage.
Une alimentation à découpageLe SMPS est un convertisseur d'énergie hautement efficace qui peut générer une tension continue régulée à partir d'une tension continue ou alternative, selon le type, et qui peut être inférieure ou supérieure à la tension d'entrée. En termes techniques, on parle de SMPS (Mode de commutation Alimentations), pour convertisseurs linéaires l'énergie excédentaire serait dissipée sous forme de chaleur. Néanmoins, les SMPS n'ont pas non plus un rendement de 100% lors de la conversion et doivent se contenter de 85-90%, déduction faite de la consommation propre.
Avec 200 watts reçus du module solaire, nous pouvons utiliser 180 watts pour l'éclairage LED avec une efficacité SMPS de 90%.
Les LEDLes LED rouges et bleues sont les plus importantes pour la photosynthèse. Ces dernières années, elles ont fait de grands progrès, et selon les chercheurs, elles ont permis d'augmenter la production d'énergie. OSRAM a augmenté l'efficacité sur 61% seront, les LED bleue au moins sur le 45% (état 2007) (Il existe d'autres études qui indiquent une efficacité plus élevée, mais elles font plutôt partie de la recherche et ne sont pas disponibles commercialement, si c'est le cas, veuillez me corriger via le formulaire de contact).
En 2023, on utilisera de plus en plus de LED à spectre complet, qui ont les longueurs d'onde de la lumière du soleil, mais qui sont nécessaires pour les plantes.
On peut donc parler d'efficacité 50% pour les LED si le refroidissement de celles-ci est également bien réalisé, car La chaleur est ce qui affecte la performance des LED.
De 180 watts de puissance électrique, nous devons passer à 90 watts de chaleur résiduelle et 90 watts de puissance lumineuse, qui sont ensuite diffusés sur la plante.
Et puis, il reste la photosynthèse en elle-même, qui, comme nous l'avons vu dans la digression sur la photosynthèse et le RuBisCO, est très inefficace, ce qui fait que nous devrions nous contenter d'une efficacité de 2% avec une lumière solaire normale. Cependant, comme nous ne travaillons pas avec la lumière du soleil, mais avec des LED qui émettent de la lumière à 400-700 nanomètres, nous travaillons dans la zone pertinente pour les plantes et la photosynthèse.
Pour pouvoir comprendre et calculer moi-même les pertes qui se produisent lors de la photosynthèse, j'ai utilisé ChatGPT (GPT 4), celles-ci ont été calculées avec l'interpréteur ChatGPT Python, en partant du principe que la conversion en glucose et la respiration cellulaire, qui sont nécessaires à la plante, ne sont pas considérées comme des pertes :
Le calcul adapté de l'efficacité de la photosynthèse en utilisant la lumière LED dans la plage de 400-700 nm donne les résultats suivants :
Perte due aux photons non biodisponibles: Avec la lumière LED dans la plage 400-700 nm, cette perte disparaît complètement.
- perte : 0%
- Lumière restante après cette étape : 100%
Perte due à une absorption incomplèteCertains photons ne sont pas complètement absorbés.
- Perte : 30% (de 100%)
- Lumière restante après cette étape : 70%
Perte par conversion énergétique des longueurs d'onde: perte d'énergie lors de l'adaptation des longueurs d'onde.
- Perte : 24% (de 70%)
- Lumière restante après cette étape : 53.2%
Une fois que nous avons cessé de considérer la conversion en glucose et la respiration cellulaire comme des pertes, puisqu'elles sont nécessaires à la croissance des plantes, la utilisation effective de la lumière pour la photosynthèse 53,2%. Cette valeur représente la part de la lumière LED qui est effectivement utilisée par la plante pour la photosynthèse.
Sur les 1000 watts pour 1 mètre carré, la plante n'atteint que 47,88 watts après toutes les pertes directes de l'agriculture verticale, sur la base du calcul de l'efficacité de la photosynthèse pour l'agriculture verticale. Nous arrivons ainsi à une efficacité du système de 4,78%.
Je pense que l'on devrait maintenant pouvoir comprendre les faits, à savoir à quel point les pertes sont importantes. Mais revenons au sujet du CO2, quel est le rapport entre les pertes et le CO2 ? Le problème, pourquoi le thème du CO2 et de l'agriculture verticale est difficile, réside à mon avis dans le fait que l'on essaie de résoudre le problème au mauvais endroit.
Pourquoi une ferme verticale en France a-t-elle une empreinte carbone plus faible qu'une ferme verticale en Allemagne ?
L'Allemagne dispose pourtant de tant d'énergies renouvelables, mais le problème réside dans le fait que les Heures de pleine charge sur l'année pas très élevées sont les plus élevées. En Allemagne, les heures de pleine charge sont de 10% pour l'énergie solaire (20% aux États-Unis) et de 16-57% pour l'énergie éolienne. Cela signifie qu'elles ne produisent de l'énergie que lorsque le soleil brille ou que le vent souffle, et qu'elles sont volatiles, non disponibles en permanence de manière constante. Par exemple, le Centrale nucléaire de GrundremmingenAvant l'arrêt de la centrale fin 2021, les heures de pleine charge étaient de 85%.
La fermeture des dernières centrales nucléaires a eu lieu en avril 2023, ce qui a entraîné la perte de la stabilité de la charge de base et la nécessité de produire de l'électricité à partir de gaz et de charbon, qui existaient déjà auparavant, mais qui sont désormais davantage responsables de l'empreinte carbone et se répercutent au final sur les produits, car ceux-ci ont une empreinte carbone plus élevée, mesurée à la quantité d'énergie utilisée pour fabriquer une quantité X de produits.
La France utilise beaucoup l'énergie nucléaire, mais elle a aussi un plus grand risque de concentration, comme le montrent les pannes du passé. Mais en raison de la part élevée d'électricité à faible émission de CO2 en France, une ferme verticale ou des produits cultivés dans une ferme verticale française sont nettement meilleurs, d'un point de vue climatique, que les produits issus d'une ferme verticale allemande.
Dans un article publié ici sur mon blog, j'ai déjà écrit mes réflexions et mes calculs sur le Consommation d'électricité de l'agriculture verticale sur. Il faut 1800 kWh pour produire 100 kg de salade. Selon l'entreprise qui teste et calcule (iFarm (pas de publicité), a une bonne liste), on arrive à des valeurs différentes et c'est pourquoi on peut/doit toujours calculer soi-même avec ses propres LED et paramètres.
D'après le calcul que j'ai effectué dans mon article précédent, la consommation d'électricité pour 1 kg de salade était de 18 kWh. Si votre calcul aboutit à une consommation d'électricité plus élevée pour 1 kg de salade, ces valeurs seront bien entendu également plus élevées.
1 kg de salade consomme donc 18kWh.
Par kWh, l'Allemagne a généré en 2022, 434g CO2/kWh.
La France était dans le même temps à 73g CO2/kWh.
Qu'est-ce que cela signifie ?
18 kilowattheures x {CO2 par kWh} = Empreinte carbone des salades produites dans une ferme verticale
Une salade allemande cultivée verticalement émettrait donc 7,81 kg de CO2.
En revanche, une salade française cultivée verticalement n'émettrait que 1,31 kg de CO2.
Ces quantités se réfèrent ici à la part de CO2 qui est uniquement responsable de la consommation d'électricité par l'éclairage LED. Les points de refroidissement, de logistique et, le cas échéant, de stockage et autres en tant que systèmes de commande ne sont pas inclus.
Mais on peut, je pense, clairement voir qu'une salade française serait préférable du point de vue de la production respectueuse du climat et de l'approvisionnement alimentaire.
Et donc, le lecteur de cet article se rapprochera probablement déjà de mon opinion sur ce que je pense des certificats de CO2. Et cela nous amène à mon opinion personnelle.
Mon avis
- Ces certificats de CO2 sont comme un commerce d'indulgence, il n'y a pas d'instance de contrôle qui puisse dire quelle quantité de CO2 a réellement été émise. On ne peut ni comprendre la fixation des prix, ni en déduire que l'argent que l'on paie pour cela est également investi dans des mesures climatiques et que la quantité de CO2 est compensée.
- L'agriculture verticale n'est déjà pas avantageuse aujourd'hui et réduirait encore le nombre de clients, car les entreprises doivent être rentables et répercuter d'une manière ou d'une autre les coûts des certificats de CO2 sur les clients. Par conséquent, si les clients souhaitaient acheter des produits issus de l'agriculture verticale, ils les importeraient via d'autres entreprises à l'étranger.
- Les pays dont l'empreinte carbone est plus faible en profitent à leur tour et peuvent mieux s'affirmer, être vraiment compétitifs, agir de manière économique et respectueuse du climat et, grâce à la faible part de CO2, vendre les produits moins chers et atteindre plus de clients. On paralyse ainsi son propre développement économique, alors que les pays qui émettent moins de CO2 peuvent mieux se développer.
J'espère que j'ai pu donner au lecteur intéressé un aperçu passionnant de ce système et expliquer pourquoi je pense que les certificats de CO2 ne font pas partie de la solution.
Pour toute question, suggestion ou proposition d'amélioration, veuillez utiliser le formulaire de contact ou, à défaut, la fonction de commentaire.
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