La consommation d'énergie dans le monde, mais particulièrement dans les sociétés industrialisées, est en augmentation, et avec elle, traitement et production d'énergie de la biomasse. On estime que la majeure partie de l’énergie consommée dans le monde provient de sources non renouvelables. De nombreux pays ont pris conscience des effets néfastes à long terme de la dépendance aux énergies non renouvelables et ont consacré du temps, des ressources et des capitaux à l’élaboration d’un plan énergétique durable à long terme. Même si de nombreux progrès ont été réalisés dans de nombreux domaines des énergies renouvelables, les possibilités liées à la biomasse suscitent un intérêt particulier.
À propos de la biomasse
Le terme biomasse englobe la matière organique utilisée pour produire de la bioénergie. La manière la plus courante de rejeter des produits chimiques énergie issue de la biomasse c'est par la combustion. Cependant, des processus plus sophistiqués peuvent aider à transformer la biomasse en d’autres formes d’énergie utilisables – liquides et gaz récupérés du décomposition de cette matière organique.
La conversion de la bioénergie en un approvisionnement énergétique durable et utile se fait en imitant les processus naturels, mais à un rythme plus rapide. Dans la nature, la biomasse se décompose souvent selon des processus naturels. Par exemple, si la biomasse reste longtemps sur le sol dans la nature, elle se décompose progressivement et libère du dioxyde de carbone et de l’énergie stockée. En collectant et en exploitant ce processus naturel (ou les principes qui le sous-tendent), nous pouvons libérer rapidement l'énergie stockée et de manière utile. Essentiellement, la biomasse est un terme collectif désignant toutes les matières végétales et animales pouvant être utilisées pour la production de bioénergie.
Types de combustible de biomasse
L'énergie de la biomasse est une énergie extrêmement polyvalente et diverses formes d'énergie renouvelable. Les combustibles issus de la biomasse modernes peuvent être raffinés sous les formes standards suivantes :
- Forme solide – il s’agit de la forme de biomasse la plus répandue dans le monde et comprend toutes les matières organiques qui peuvent être converties et utilisées à des fins énergétiques.
- Forme liquide – une bioraffinerie peut convertir la biomasse en carburant liquide pour le transport. De nombreux gouvernements et organisations encouragent l’utilisation de ces biocarburants pour protéger la planète et notre mode de vie.
- Biogaz et biométhane – Les installations de gaz renouvelables et la digestion anaérobie peuvent produire du biogaz. Le biogaz est un source d'énergie polyvalente qui peut être utilisé pour le chauffage, la production d’électricité et même la cuisine.
Que brûlons-nous exactement – Ressources de biomasse
Lorsqu'il s'agit d'utiliser la biomasse pour l'énergie, il existe un large éventail de ressources disponibles pour obtenir de l'énergie. La production de biomasse pour notre usage est connue sous le nom de matières premières de biomasse. Une matière première de biomasse peut prendre plusieurs formes. Voici quelques-unes des matières premières les plus populaires que nous avons :
- Cultures énergétiques dédiées – ce sont des cultures plantées et récoltées pour la production d’énergie. Ils peuvent être ligneux et herbacés.
- Résidus de cultures agricoles – la production de bioénergie peut également valoriser les déchets agricoles et les résidus d'autres activités. Ces sous-produits peuvent être transformés en bioénergie qui répond à nos besoins quotidiens.
- Sylviculture ou les matières premières de la biomasse forestière sont des moteurs dans le monde des énergies renouvelables. Les résidus de l’industrie forestière nous fournissent une vaste source de biomasse solide qui peut être utilisée pour produire une énergie plus verte.
- Déchets de bois – la transformation du bois laisse de nombreux sous-produits porteurs d’un potentiel générateur d’énergie. Les déchets de bois et les résidus forestiers sont souvent transformés en copeaux de bois ou en granulés de bois utilisés pour le chauffage et la production d'électricité.
- Déchets solides municipaux – les déchets solides municipaux nous permettent de transformer nos déchets en biogaz.
Technologie bioénergétique
Les technologies permettant de convertir la biomasse en énergie ne manquent pas. Choisir le bonne technologie pour convertir la matière organique la bioénergie est extrêmement importante pour optimiser la production d’énergie. Voici les technologies utilisées dans l’industrie de la biomasse :
Combustion directe
La combustion directe est le processus d'exposition de la biomasse à la chaleur et de sa conversion en énergie. C'est la méthode la plus courante pour transformer la biomasse en énergie. Les fours à combustion directe peuvent être utilisés pour produire de la chaleur ou de la vapeur directe. Ils sont généralement divisés en deux groupes. Le premier groupe comprend les fours dotés d'un configuration du système en deux étapes. La première étape du processus concerne le séchage et la gazéification partielle, et la prochaine (et dernière) étape concerne la combustion complète. Les fours populaires dans cette catégorie comprennent les fours à briques hollandais, les fours à épandeur et les fours à pile à combustible.
Le deuxième groupe est généralement utilisé avec des liquides et des matières premières à base de particules fines. Il comprend fours à suspension et à lit fluidisé. Les fours à suspension brûlent les particules tout en les maintenant en suspension en injectant de l'air turbulent préchauffé qui peut, mais pas nécessairement, contenir des particules de biomasse mélangées. Les chambres de combustion à lit fluidisé sont constituées de lits bouillants de sable préchauffé qui fournissent un milieu de combustion dans lequel le combustible biomasse est déposé ou injecté. Ces systèmes suppriment le besoin de grilles mais nécessitent des méthodes de préchauffage de l'air ou du sable pour fonctionner.
Co-tir
La co-cuisson est une pratique moderne qui a permis à la biomasse d’accéder facilement et à moindre coût au marché de l’énergie. La méthode consiste à co-cuire des combustibles fossiles (généralement du charbon) avec une matière première biomasse. Cette pratique nous permet de rejeter moins de CO2 sans les coûts supplémentaires liés à la construction de nouvelles infrastructures.
Processus thermochimiques
Les processus thermochimiques ne produisent pas directement d’énergie utile. Ils sont conçus pour contrôler les conditions d'oxygène et de température qui peuvent convertir la biomasse en formes pratiques de vecteurs énergétiques, comme huiles, gaz ou méthanol. Ces formes de bioénergie sont bénéfiques pour leurs propriétés et caractéristiques. Ils peuvent être plus denses en énergie et donc moins coûteux à transporter, ou ils peuvent être plus stables et offrir des caractéristiques de combustion pratiques qui les rendent plus utiles dans les turbines à gaz et les moteurs à combustion interne.
Le processus de pyrolyse
La pyrolyse est la décomposition thermique de matériaux dans des atmosphères inertes à des températures élevées. En pratique, il s'agit de soumettre la biomasse à températures élevées et réduction des niveaux d’oxygène. Ce processus inhibe la combustion complète mais entraîne néanmoins une modification de la composition chimique. En général, le processus crée des produits volatils et des résidus solides enrichis en carbone.
Conversion de la matière organique par carbonisation
La carbonisation est le processus consistant à utiliser une distillation destructive pour convertir la matière organique en carbone. Il s’agit d’un ancien processus pyrolytique qui a été optimisé dans les temps modernes pour créer du charbon de bois de manière cohérente. Le processus élimine les composants volatils du bois, un processus connu sous le nom de distillation du bois sec. Lors de la distillation du bois sec, le carbone s'accumule en raison de la réduction des niveaux d'hydrogène et d'oxygène dans le bois.
La carbonisation utilise généralement bois qui subit de nombreuses modifications physico-chimiques lorsqu'il est exposé à des températures plus élevées. Les méthodes modernes ont conduit à une efficacité accrue du processus, ce qui nous permet de le réaliser à grande échelle. L’innovation dans le domaine a conduit à trois manières de créer du charbon de bois :
- Chauffage interne – la forme la plus courante contrôlée par la combustion de la matière première dans un four. Cette méthode produit la forme de charbon de bois la plus courante.
- Chauffé extérieurement – cela permet d’éliminer complètement l’oxygène du processus, fournissant ainsi du charbon de bois plus abondant et de meilleure qualité. Le processus nécessite l’utilisation de sources de combustible externes, comme le bois de chauffage ou les combustibles fossiles.
- Gaz chaud en circulation – les systèmes de recirculation du gaz chauffé peuvent générer de grandes quantités de charbon de bois et d’autres sous-produits. Cependant, ces systèmes sont limités par des coûts d'investissement élevés.
Le processus de gazéification
La gazéification est le processus de conversion de la biomasse en hydrogène, monoxyde de carbone et dioxyde de carbone. Cela se fait au moyen de gazogènes (à toit ouvert ou fermé) conçus pour créer des conditions idéales pour la gazéification. Gazéification nécessite des températures d'environ 1 472 °F (800 °C) et des niveaux contrôlés d’oxygène ou de vapeur. Ces températures élevées et ces environnements contrôlés entraînent des réactions chimiques qui transforment la biomasse en gaz pouvant être utilisés pour créer de la bioénergie.
Liquéfaction catalytique
La liquéfaction catalytique de la biomasse vise à produire des carburants liquides et des produits chimiques à partir de matières organiques. La technologie derrière la liquéfaction catalytique est conçue pour fabriquer des produits de meilleure qualité avec une plus grande densité énergétique. Le processus lui-même est un procédé thermochimique à haute pression et basse température qui est réalisée en phase liquide. Pour une liquéfaction réussie, le processus nécessite une pression partielle d’hydrogène élevée ou un catalyseur. Malgré l’énorme potentiel de la liquéfaction catalytique, des problèmes techniques limitent souvent les possibilités de cette technologie.
Le fonctionnement d'un convertisseur catalytique est montré dans la vidéo ci-dessous.
Processus biochimiques
Les micro-organismes sont utilisés depuis longtemps pour la production de carburants comme l'éthanol. Cependant, le monde moderne a reconnu la capacité de ces organismes énorme potentiel biochimique dans le traitement et la valorisation des déchets organiques. L'ingénierie microbienne a donné lieu à l'utilisation de technologies de fermentation (anaérobie et aérobie) dans le biogaz.
Fermentation anaérobie
La fermentation anaérobie, ou digestion anaérobie, utilise des processus naturels pour créer du biogaz. Le processus produit du biogaz riche en méthane à partir du fumier et des résidus de récolte. Cela se fait grâce à l’utilisation de cultures bactériennes méthanogènes mixtes qui peuvent se développer à des températures optimales. Durant le processus de fermentation anaérobie, les micro-organismes décomposent les matières organiques et les déchets dans un environnement sans oxygène.
Le processus se déroule en quatre étapes ; hydrolyse, fermentation (acidogenèse), acétogenèse et méthanogenèse. La dernière étape du processus est celle qui crée du biogaz et des résidus humides (digestat). Lorsqu'elles fonctionnent bien, les bactéries peuvent convertir 90% de biomasse en biogaz, qui peut ensuite être utilisée comme énergie pour la cuisine et l’éclairage.
Production de méthane dans les décharges
Le gaz produit par les sites d’enfouissement est connu sous le nom de gaz d’enfouissement, ou LFG en abrégé. Il est créé à partir du décomposition microbienne naturelle des déchets solides municipaux ou MSW et est généralement composé de 50% de dioxyde de carbone et de 50% de méthane, en fonction de la matière organique présente dans les déchets. La quantité de LFG produite dépend de la quantité de matière organique présente dans la décharge.
Une fois stocké, le LFG doit passer par un processus de nettoyage qui lui permet d'être utilisé comme biogaz dans des moteurs à combustion interne ou des turbines à gaz pour produire de l'électricité et de la chaleur. Le méthane est un puissant gaz à effet de serre provenant de sites d’enfouissement inutilisés qui pénètrent dans l’atmosphère. Sa récupération nous apporte non seulement une forme de bioénergie mais aussi réduit l’impact des émissions de méthane sur le réchauffement climatique.
Fermentation à l'éthanol
L'éthanol est principalement utilisé comme substitut au pétrole brut importé pour réduire la dépendance à l'égard des approvisionnements énergétiques importés. Les progrès de la technologie de fermentation ont transformé l'éthanol en substitut du pétrole et un exhausteur de carburant qui est bon pour l'environnement et économiquement avantageux. La source la plus courante de fermentation de l’éthanol est la canne à sucre et le sorgho sucré ou le manioc.
Biodiesel et diesel renouvelable
Alors que les huiles végétales sont utilisées depuis longtemps dans les moteurs diesel, les solutions modernes nous offrent une alternative de transport beaucoup plus écologique. Le biodiesel et le diesel renouvelable sont tous deux des carburants à base de biomasse créés à partir de biomasse ou de matériaux dérivés de la biomasse. Ces carburants sont principalement utilisé dans les moteurs diesel, mais ils peuvent également être utilisés comme combustible de chauffage. Malgré les similitudes entre ces carburants, il s’agit toujours de deux carburants distincts qui diffèrent par leurs propriétés physiques et la manière dont ils sont produits.
Le biodiesel est principalement produit par un processus appelé transestérification. Il s'agit d'abord éliminer l'eau et les contaminants à partir de la matière première biomasse. Ces huiles végétales ou graisses animales sont mélangées avec de l’alcool (généralement du méthanol) et un catalyseur pour créer une huile qui ressemble plus au diesel à base de pétrole. Le résultat de ce processus produit des esters méthyliques de glycérol et d’acides gras.
La glycérine est un sucre généralement utilisé dans les cosmétiques et les produits pharmaceutiques, tandis que les esters sont ce que nous appelons le biodiesel, qui est le plus souvent utilisé comme carburant pour les véhicules. Le diesel renouvelable, également connu sous le nom de diesel de deuxième génération ou diesel vert, est un carburant de type pétrodiesel obtenu à partir de sources de biomasse qui ne sont pas chimiquement des esters. C’est cette distinction qui différencie le biodiesel du diesel renouvelable.
Le traitement et la production d'énergie de la biomasse sont plus faciles grâce à notre équipement de manutention de matériaux en vrac
Quelle que soit la méthode de traitement que vous utilisez, vous aurez probablement besoin du bon système de bande transporteuse pour gérer de nombreuses tailles, poids et formes de biomasse. La plupart des bioraffineries et des usines de transformation qui gèrent la biomasse en vrac ont besoin d'un système de transport rentable, produisant peu de déchets, fiable et sûr, qui augmente les marges. Cablevey Conveyors a un large gamme de convoyeurs à câbles et à disques tubulaires fermés qui garantira une manipulation propre, sûre et efficace de la biomasse. Ainsi, que vous ayez besoin d'un tapis roulant sur mesure pour votre entrepôt ou d'un tapis roulant industriel pour l'alimentation, contactez-nous aujourd'hui et laissez-nous vous aider à rationaliser vos opérations.
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