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Carton, Sophie; Levavasseur, Florent
AgroParisTech, 22 place de l'Agronomie, CS 20040, 91 123 Palaiseau Cedex (France); Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement - INRAE (France)2022
AgroParisTech, 22 place de l'Agronomie, CS 20040, 91 123 Palaiseau Cedex (France); Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement - INRAE (France)2022
AbstractAbstract
[en] Agricultural biogas production without livestock effluents is developing in Ile-de-France region, based on the production of cover crops grown as feed-supply for biogas units. The objective of this study was to provide some preliminary details on the agronomic and environmental performances of cropping systems associated with agricultural non-livestock-based biogas units, in the context of Ile-de-France region. Furthermore, it aimed at defining the conditions of a virtuous development of agricultural biogas production in Ile-de-France region and at identifying knowledge gaps. To do so, this study was carried out in 5 phases: 1) scientific and technical literature review, 2) surveys in farms associated with 11 agricultural non-livestock-based biogas units, 3) characterization of digestates, 4) simulation of agronomic and environmental performances at field and farm scale and 5) proposition of best practices and further research recommendations. The literature review phase underlined the lack of knowledge on the subject in the scientific as well as in the technical literature. However, some studies cover a part of the subject, or relations can be made with other types of biogas production (using dedicated crops or livestock effluents). Positive and negative effects can thus be expected. In any case, no specific study has ever been conducted in the Ile-de-France context, which confirms the relevance of the study. The second phase showed a relative homogeneity of the cropping systems. The main cover crops grown as feed-supply for the biogas units are maize in summer and barley in winter. They are grown in a relatively intensive way compared to classical cover crops, in terms of fertilization, plant protection, and irrigation in some cases. Biomass yields are rather high. The introduction of such cover crops brings significant changes in main crops (decrease in wheat area, in particular). The surveyed biogas units are fed with a variable share of cover crops (15 to 70% of inputs approximately). The remaining substrates mainly consist in industrial waste or agricultural by-products. The digestate is used mainly to fertilize cereal crops at the end of the winter. The third phase highlighted the fact that raw and liquid digestates are rather similar to swine liquid manure (good nitrogen fertilizing value but low contribution to soil organic matter). Solid digestate is more similar to bovine solid manure (good organic amendment but low nitrogen fertilizing value). Field scale modelling highlighted a number of rather positive effects: increase in total biomass production, soil carbon storage, decrease in synthetic fertilizer use (N, P and K); some rather negative effects: ammonia volatilization, increased pressure on water resources, reduction in production of biomass not dedicated to biogas production; and some uncertain effects (phytosanitary pressure) or neutral effects (nitrate lixiviation). Farm scale modelling showed a positive impact on energy balance and greenhouse gas emissions, on fertilizer use and on phytosanitary pressure (provided an optimized crop rotation). Food production and ammonia emissions are negatively impacted. The models aren't able to assess the environmental impact of irrigation. Finally, based on the information above and on discussions with the various stakeholders involved in the study follow-up, a guide has been developed. It consists in recommendations on best agricultural practices and suggestions for complementary research on the biogas unit supply strategy, the choice of cover crops and digestate management. (authors)
[fr]
La methanisation sans elevage se developpe en Ile-de-France, notamment adossee a la production de cultures intermediaires a vocation energetique (CIVE) pour alimenter les methaniseurs. L'objectif de cette etude etait de donner des premiers elements de reponse sur les performances agronomiques et environnementales des systemes de culture associes aux methaniseurs sans effluents d'elevage, dans le contexte francilien, et partant de la, de determiner les conditions d'un developpement vertueux de la methanisation agricole en Ile-de-France et d'identifier les manques de connaissance. Pour cela, cette etude s'est deroulee en 5 phases: 1) revue de bibliographie scientifique et technique, 2) enquetes d'exploitations associees a 11 methaniseurs sans elevage en fonctionnement en Ile-de-France, 3) caracterisation des digestats de ces methaniseurs, 4) simulation des performances agronomiques et environnementales a l'echelle parcelle et ferme et 5) proposition de recommandations de bonnes pratiques agricoles et de recherches complementaires. La premiere phase de revue de litterature a fait apparaitre le peu de connaissances sur le sujet, dans la litterature scientifique comme technique. Cependant, quelques etudes couvrent une partie du sujet, ou des rapprochements sont possibles avec d'autres types de methanisation (de cultures dediees, d'effluents d'elevage). A la fois des effets positifs et negatifs peuvent ainsi etre attendus. Dans tous les cas, aucune etude specifique au contexte francilien n'existe, confirmant l'interet de l'etude. La seconde phase a montre une relative homogeneite des systemes de culture concernes. Les CIVE principales sont le mais en ete et l'orge en hiver, conduites de facon assez intensives par comparaison a des couverts, tant en termes de fertilisation, de protection phytosanitaire, voire d'irrigation dans certains cas. Les rendements de biomasse obtenus sont plutot eleves. L'introduction des CIVE amene des changements de cultures principales consequents (diminution de la sole en ble notamment). Les methaniseurs enquetes sont alimentes par une part variable de CIVE (de 15 a 70% environ), le complement etant principalement constitue de dechets ou de coproduits agricoles. Le digestat produit est valorise principalement sur cereales en sortie d'hiver. La troisieme phase a mis en evidence que les digestats bruts et liquides sont assez proches d'un lisier de porc (bonne valeur fertilisante azotee mais faible contribution a la matiere organique des sols). Le digestat solide est plus proche d'un fumier bovin (bon amendement mais faible valeur fertilisante azotee). A l'echelle de la parcelle, la modelisation a permis de mettre en avant un ensemble d'effets plutot favorables: production totale de biomasse augmentee, stockage de carbone, economies d'engrais de synthese (N, P et K); des effets plutot defavorables: volatilisation ammoniacale, pression accrue sur la ressource en eau, reduction de la production de biomasse non dediee a la methanisation; et des effets incertains (pression phytosanitaire) ou neutres (lixiviation de nitrates). A l'echelle de la ferme, la modelisation a mis en evidence l'impact favorable sur le bilan energetique et les emissions de gaz a effet de serre, sur l'utilisation d'engrais de synthese et sur la pression phytosanitaire (avec un assolement optimise). Les bilans nourriciers et la volatilisation ammoniacale sont impactes defavorablement. Les modeles utilises ne permettent pas de juger de l'impact environnemental du recours a l'irrigation. Enfin, sur la base des elements precedents et d'une concertation avec les differents acteurs impliques dans le suivi de l'etude, un guide a ete elabore. Il contient des recommandations de bonnes pratiques agricoles et des pistes de recherches complementaires sur la strategie d'alimentation du methaniseur, le choix des CIVE, la conduite des CIVE et la gestion du digestat de methanisation. (authors)Original Title
Performances agronomiques et environnementales de la methanisation agricole dans un contexte de grandes cultures cerealieres (sans elevage) et recommandations de bonnes pratiques - Rapport final. Methanisation agricole sans elevage - Recommandations de bonnes pratiques agricoles et preconisations de recherches complementaires
Primary Subject
Source
Feb 2022; 113 p; 58 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses
Record Type
Miscellaneous
Report Number
Country of publication
AGRICULTURAL WASTES, BARLEY, BIOGAS PROCESS, CARBON SEQUESTRATION, CULTIVATION TECHNIQUES, ENERGY CROPS, ENERGY SOURCE DEVELOPMENT, ENVIRONMENTAL IMPACTS, FERTILIZERS, MAIZE, METHANE, NITROUS OXIDE, RECOMMENDATIONS, REGIONAL ANALYSIS, SIMULATION, SOIL CHEMISTRY, WATER RESOURCES, WHOLESALE PRICES, YIELDS
AIR POLLUTION CONTROL, ALKANES, ANAEROBIC DIGESTION, BIOCONVERSION, BIOMASS, CEREALS, CHALCOGENIDES, CHEMISTRY, CONTROL, CROPS, DIGESTION, ENERGY SOURCES, GRAMINEAE, HYDROCARBONS, LILIOPSIDA, MAGNOLIOPHYTA, NITROGEN COMPOUNDS, NITROGEN OXIDES, ORGANIC COMPOUNDS, ORGANIC WASTES, OXIDES, OXYGEN COMPOUNDS, PLANTS, POLLUTION CONTROL, PRICES, RENEWABLE ENERGY SOURCES, RESOURCES, SEPARATION PROCESSES, WASTES
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