Les cultures énergétiques sont des plantes cultivées et récoltées avec l’intention spécifique de les utiliser comme combustible. Ces plantes sont généralement divisées en deux catégories : herbacées, comme les graminées, et ligneuses, comme les arbres et les arbustes. L’énergie stockée dans les usines est accessible par combustion directe, gazéification et conversion en combustibles liquides. Les cultures énergétiques sont généralement choisies pour leur contenu énergétique, la facilité avec laquelle elles peuvent être cultivées et récoltées, ainsi que les coûts de transformation du produit final associés. Les parties non comestibles des plantes alimentaires utilisées dans le même but sont considérées comme des sous-produits agricoles, et non comme des cultures énergétiques.
Plusieurs types de graminées présentent un potentiel en tant que source d’énergie, le panic raide générant le plus d’intérêt ; les rendements sont généralement plus élevés et les coûts de production inférieurs à ceux d’autres plantes herbacées. Le panic raide peut atteindre sa pleine capacité de rendement en trois ans et pousse à partir d’un système racinaire permanent, ne nécessitant pas de replantation avant 15 ans. Seulement un quart de la quantité d’eau et d’engrais nécessaire pour la plupart des cultures vivrières est nécessaire et l’herbe est remarquablement résistante aux parasites et à la sécheresse. L’équipement agricole standard peut être utilisé pour récolter le panic raide, qui est mis en balles comme du foin.
Les arbres et arbustes utilisés pour les cultures énergétiques ne sont généralement pas cultivés jusqu’à maturité, car le bois d’œuvre n’est pas le produit final. Les cultures ligneuses à courte rotation (SRWC) sont cultivées avec une récolte attendue dans les quatre à dix ans tandis que les feuillus à croissance rapide, tels que le peuplier et le saule, peuvent pousser jusqu’à dix pieds par an dans des conditions idéales. Les peuplements d’arbres cultivés produisent également jusqu’à dix fois plus de bois par acre que les forêts naturelles.
Les deux principales utilisations des cultures énergétiques sont la production d’électricité et comme matière première pour la production de biocarburants. Une centrale électrique peut utiliser les récoltes dans une chaudière à vapeur, les brûlant directement ou avec du charbon, une pratique appelée co-combustion. Par le processus de gazéification, la biomasse peut être transformée en gaz de synthèse, un mélange de monoxyde de carbone et d’hydrogène, ou de méthane. L’un ou l’autre peut être utilisé pour alimenter des turbines à vapeur ou comme source d’énergie pour la fabrication.
Le butanol, un hydrocarbure à longue chaîne similaire à l’essence, peut être produit à partir de plantes herbacées telles que le panic raide, le miscanthus et l’herbe à éléphant. L’éthanol, un carburant à base d’alcool, est fabriqué à partir de blé, de maïs, de canne à sucre ou de toute plante pouvant être utilisée pour fabriquer une boisson alcoolisée, tandis que le carburant biodiesel peut être fabriqué à partir d’huiles végétales produites à partir de cultures énergétiques telles que le soja, le colza et le chanvre. Les lipides ou les graisses de l’huile réagissent avec l’alcool pour produire le biodiesel. Bien que certains biocarburants puissent alimenter directement les véhicules, la plupart sont utilisés en mélange avec des carburants traditionnels.