Biomasse | Texte intégral gratuit | Du déchet à la ressource : évaluation de l’impact du biochar dérivé de biosolides sur l’agriculture et l’environnement

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1. Introduction

Les stations d’épuration des eaux usées municipales (STEP) font partie intégrante des infrastructures urbaines, traitant les eaux usées et protégeant la qualité de l’eau. Cependant, ces stations produisent un sous-produit important, à savoir les boues d’épuration. Ces boues sont chargées d’agents pathogènes, de polluants organiques traces et de métaux lourds, ce qui rend leur élimination difficile. [1]La transformation des boues d’épuration en biosolides grâce à des technologies de stabilisation atténue les risques environnementaux et sanitaires, les rendant ainsi adaptées à l’épandage sur les terres et à la valorisation énergétique [1].

Les biosolides sont notamment riches en nutriments organiques et inorganiques essentiels à la croissance des plantes, notamment l’azote (N), le potassium (K), le phosphore (P), le soufre (S), le zinc (Zn) et le cuivre (Cu). [2]Ces nutriments peuvent améliorer la fertilité des sols et soutenir des pratiques agricoles durables, soulignant l’importance d’une gestion efficace des biosolides.

Cependant, la production de biosolides augmente à l’échelle mondiale, sous l’effet de la croissance démographique et de l’urbanisation. En 2018, les estimations indiquaient que les stations d’épuration des eaux usées aux États-Unis produisaient environ 8 millions de tonnes de biosolides secs. [3]tandis que ceux de l’Union européenne et de la Chine ont généré respectivement 11,7 millions de tonnes et 9,18 millions de tonnes [4]La production mondiale de biosolides a été estimée à 45 millions de tonnes [4]Malheureusement, cette tendance devrait se poursuivre avec la croissance de la population humaine et l’urbanisation croissante à l’échelle mondiale, soulignant le besoin urgent de solutions de gestion durables des biosolides.

Dans le même temps, l’état de la gestion des biosolides varie considérablement à travers le monde. [1]Les pays développés ont fait des progrès considérables dans l’atténuation des risques environnementaux et sanitaires associés à l’élimination des biosolides, grâce à des technologies avancées et à des réglementations strictes. [1]Par exemple, des pays comme l’Allemagne et le Japon ont mis en place des cadres solides pour garantir une utilisation sûre des biosolides. [2]À l’inverse, de nombreux pays en développement ont du mal à gérer efficacement les biosolides en raison de ressources financières limitées, d’infrastructures inadéquates et d’un manque d’expertise. [1]L’Afrique du Sud, par exemple, est confrontée à de graves problèmes de traitement des eaux usées, ce qui entraîne une contamination de l’eau et des maladies d’origine hydrique. [5]. La mauvaise manipulation des biosolides dans ces régions peut épuiser les ressources en eau propre, accroître la pollution de l’eau douce et avoir un impact négatif sur la biodiversité aquatique. [5].

Les pratiques conventionnelles de gestion des biosolides, notamment l’enfouissement et l’incinération, sont souvent non durables et économiquement contraignantes. [1]. L’enfouissement présente des risques environnementaux importants, tels que la contamination des eaux souterraines par le lixiviat et la libération de méthane (CH₄), un puissant gaz à effet de serre (GES) [2]L’incinération, bien qu’efficace pour réduire le volume des biosolides, émet des gaz nocifs comme l’oxyde nitreux (N₂O) et du dioxyde de soufre (SO₂), contribuant à la pollution de l’air et aux risques pour la santé [2]Même l’épandage sur le sol, bien que bénéfique pour la fertilité du sol, peut introduire des éléments potentiellement toxiques et des contaminants émergents dans le sol. [2].

Au contraire, la transformation des biosolides en biochar, un produit stable riche en carbone obtenu à partir de la pyrolyse de matières organiques, dont les biosolides, offre une solution durable et rentable pour la gestion des biosolides, répondant aux risques environnementaux et sanitaires associés aux méthodes d’élimination conventionnelles. [6]En améliorant les propriétés du sol, en améliorant la rétention d’eau et de nutriments [7]augmenter les rendements des cultures [8]et atténuer les émissions de GES [9]Le BDB présente une stratégie viable pour une agriculture durable et la protection de l’environnement. À mesure que la recherche et les progrès technologiques continuent d’évoluer, l’adoption du BDB peut jouer un rôle crucial dans la promotion de la durabilité au niveau de l’interaction eau-énergie-alimentation.

L’objectif de cet article de synthèse est de fournir une évaluation complète des applications agricoles des BDB. Plus précisément, l’article vise à :

Découvrez la production de BDB : détaillez les processus impliqués dans la conversion des biosolides en biochar, y compris les techniques de prétraitement et de pyrolyse.
Évaluer les avantages agricoles et environnementaux : étudier le potentiel du BDB pour améliorer les propriétés du sol, améliorer la rétention d’eau et de nutriments, augmenter le rendement des cultures et atténuer les émissions de GES grâce à un examen des études récentes.
Identifier les défis et les orientations futures : discuter des obstacles à l’adoption généralisée du BDB dans l’agriculture, y compris l’acceptation sociale, la présence de contaminants et les questions réglementaires, et proposer des orientations futures de recherche et de politique pour relever ces défis et promouvoir des pratiques durables.

En atteignant ces objectifs, l’étude vise à fournir une compréhension détaillée de la viabilité et des avantages de l’utilisation du BDB en agriculture, contribuant ainsi au développement de stratégies de gestion durables des biosolides et à l’amélioration de la productivité agricole.

5. Conclusions

Le biochar dérivé de biosolides (BDB) offre une solution précieuse pour convertir les déchets en une ressource bénéfique pour l’agriculture et la gestion de l’environnement. Le BDB améliore la rétention d’eau et de nutriments dans le sol, augmente le rendement des cultures et atténue les émissions de gaz à effet de serre (GES), en particulier l’azote₂O, CH₄et Cie₂Le processus de pyrolyse, qu’il soit lent, rapide ou instantané, est essentiel pour déterminer la qualité et l’efficacité du biochar. Cependant, l’augmentation de la production de BDB nécessite de surmonter des défis tels que la nécessité de méthodes standardisées et d’études de faisabilité économique. Les solutions impliquent des avancées technologiques, des cadres réglementaires et l’éducation communautaire. Les projets de démonstration et les partenariats public-privé peuvent fournir le soutien nécessaire, tandis que les modèles coopératifs peuvent permettre des économies d’échelle et une adoption plus large. Les recherches futures devraient viser à optimiser les conditions de pyrolyse, à comprendre la variabilité spécifique au site et à développer des modèles économiques robustes. Il est essentiel de tenir compte de la teneur en métaux lourds et des effets toxiques potentiels pour une utilisation agricole sûre. Dans l’ensemble, le BDB est une solution durable et innovante pour la gestion des biosolides et l’amélioration de l’agriculture, contribuant à une économie circulaire et à la durabilité environnementale. La mise en œuvre du BDB à grande échelle peut réduire considérablement l’impact environnemental des biosolides et promouvoir des pratiques agricoles durables dans le monde entier.

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Virginie BRET