Combustibles fossiles servant à la production d’électricité
Charbon
Le charbon est le combustible fossile le plus fréquemment employé pour produire de l'électricité; sa composition est une combinaison complexe de composés organiques et de matières minérales inorganiques. Le charbon est de la matière végétale fossilisée qui a été préservée parce qu'elle a été enfouie dans des sédiments et transformée par des forces géologiques qui l'ont compactée et condensée en des roches riches en carbone. On a avancé que la formation du charbon pourrait remonter à l'ère précambrienne, mais la majeure partie du charbon s'est formée à partir de matières organiques qui se sont déposées à l'époque carbonifère, il y a 286 à 360 millions d'années, lorsque le climat de la Terre était plus chaud et plus humide. Le charbon est considéré comme une source d'énergie non renouvelable parce qu'il met énormément de temps à se former [16, 47, 48].
Figure 3.2. Évolution naturelle du charbon au fil du temps
Le charbon est classé en divers types d'après son stade de formation. Cette classification comporte cinq catégories : la tourbe, le lignite, le charbon subbitumineux, le charbon bitumineux et l'anthracite (voir la figure 3.2). Les charbons plus jeunes comme le lignite et les charbons subbitumineux sont plus faciles à brûler parce qu'ils contiennent une plus grande quantité de composés volatils qui se transforment en gaz lorsqu'ils sont chauffés. À l'opposé, les charbons plus vieux sont plus difficiles à brûler parce qu'ils se composent presque en totalité de carbone à l'état solide. Cependant, l'anthracite était préféré au charbon bitumineux dans le passé parce que sa combustion produit moins de fumée et de cendres — et est plus efficace sous l'angle du nombre d'unités de chaleur produites par unité de masse.
Les émissions causées par la combustion du charbon dépendent beaucoup de la catégorie de celui-ci et de sa composition. Les polluants émis par cette combustion comprennent des gaz à effet de serre (surtout du CO2), des particules (notamment des cendres et du carbone imbrûlé attribuable à une combustion incomplète), des oxydes d'azote et des oxydes de soufre. Les autres émissions produites par les centrales au charbon sont le monoxyde de carbone, des composés d'hydrocarbures imbrûlés, certaines substances cancérogènes comme les dioxines et les furanes et des métaux à l'état de traces (p.ex., plomb et mercure).
Mazout
Le mazout est tiré du pétrole brut; c'est le combustible liquide le plus fréquemment utilisé pour la production d'électricité. Le mazout léger et le mazout résiduel sont les deux principales catégories de ce type de combustible. Le mazout est classé par numéros de catégorie, les nos 1 et 2 étant des mazouts légers et les nos 5 et 6, des mazouts (lourds) résiduels (comme ceux qui sont préchauffés et brûlés dans les centrales . Le mazout mexicain appelé combustóleo a des caractéristiques analogues au mazout résiduel no 6 [46-48].
Les mazouts légers contiennent moins de 0,3 % de soufre (selon le poids), ils sont moins volatils et moins visqueux que les mazouts résiduels, et ils ont une teneur négligeable en azote et en cendres. Ils sont couramment utilisés pour des applications domestiques et de petites applications commerciales; ce groupe comprend le kérosène et le diesel. Les mazouts résiduels, eux, sont extrêmement visqueux et il peut être nécessaire de les chauffer pour pouvoir les manipuler plus facilement et les utiliser adéquatement à des fins de combustion. Ils comprennent d'importantes quantités de cendres, de soufre et d'azote et ils sont principalement utilisés pour des applications industrielles et de grosses applications commerciales.
En raison de leurs différences sur le plan de la composition et des caractéristiques de combustion, les mazouts légers et les mazouts résiduels produisent des émissions différentes lorsqu'ils sont brûlés. Par exemple, les mazouts légers émettent moins de particules que les mazouts résiduels. Par ailleurs, le mazout lourd no 6 a généralement une teneur plus élevée en soufre et, comme les émissions d'oxydes de soufre sont directement liées à la teneur en soufre du combustible, les émissions de ce type de mazout lourd sont plus polluantes que celles des mazouts légers. Les autres polluants produits lors de la combustion du mazout sont les oxydes d'azote, le monoxyde de carbone, des gaz à effet de serre, des composés volatils (tels que des hydrocarbures imbrûlés) et des métaux toxiques à l'état de traces.
Gaz naturel
Après le charbon et le mazout, le gaz naturel est le troisième type de combustible le plus fréquemment utilisé pour la production d'électricité. Il est principalement composé de méthane (dans une proportion de 85 % à 90 %); il contient aussi du propane, de l'éthane, du butane, certains gaz inertes comme de l'azote, de l'hélium et du dioxyde de carbone, ainsi que des quantités à l'état de traces d'autres gaz. Le gaz naturel est la source d'énergie qui connaît la croissance la plus rapide à l'échelle mondiale et il est considéré comme étant le combustible fossile le plus propre. Les principaux polluants atmosphériques produits par les procédés de combustion du gaz naturel sont les oxydes d'azote et des gaz à effet de serre (surtout du CO2).
Les autres émissions attribuables au gaz naturel sont de petites quantités de particules, des oxydes de soufre et des métaux à l'état de traces. En brûlant, le gaz naturel ne produit que la moitié du CO2 émis par une quantité équivalente de charbon (produisant la même quantité d'énergie thermique); par conséquent, si le charbon était remplacé par ce combustible plus propre, il serait possible d'obtenir une réduction des émissions. Toutefois, ce remplacement est parfois irréalisable pour des raisons économiques et/ou stratégiques [45, 46, 48].