Biomasse et Énergie Renouvelable

La Biomasse

• La biomasse représente plus de 85% de l'énergie mondiale, provenant des combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz) ou de l'uranium.
• La limitation des ressources fossiles, la crise pétrolière de 1973, le changement climatique et la forte demande d'énergie ont mené à la recherche de nouvelles sources d'approvisionnement énergétique.
• La biomasse est l'ensemble des matières organiques d'origine végétale ou animale pouvant servir de source d'énergie. Cela inclut les organismes vivants, le bois mort, la litière, les matières organiques dans les sols et les déchets (déchets industriels, agricoles, ménagers).
• L'utilisation de la biomasse remonte à l'utilisation du feu et du bois pour se chauffer et cuisiner.
• La biomasse végétale provient de l'énergie solaire, via la photosynthèse. Les animaux absorbent cette énergie.
• La biomasse provient de divers secteurs tels que le bois, les récoltes, les résidus agricoles et forestiers, les déchets alimentaires, et des déchets municipaux et industriels.

Plan du cours

• Introduction et approche globale
• Composition de la biomasse végétale
• Déchets incinérés
• Traitements thermochimiques
• Utilisation des huiles végétales comme biocarburant
• Traitements biologiques anaérobies:
• Biogaz
• Production de biokérosène
• Production de biodiesel par la voie thermochimique
• Purification de biogaz
• Élimination des COV et des siloxanes
• Gazéification de biomasse en eau supercritique

Introduction et approche globale

• Aujourd'hui, plus de 85% de l'énergie utilisée dans le monde provient de gisements de combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz) ou d'uranium.
• La limitation des ressources, la crise pétrolière en 1973, le changement climatique et l'accroissement de la demande d'énergie mondiale ont poussé à la recherche de nouvelles sources.
• La biomasse est utilisée comme source d'énergie depuis longtemps.

Définition de la biomasse

• Le terme "biomasse" regroupe l'ensemble des matières organiques d'origine végétale ou animale pouvant devenir une source d'énergie.
• Ces matières proviennent de la photosynthèse des plantes.
• La biomasse correspond à la fraction biodégradable des produits, déchets et résidus provenant de :
• L'agriculture
• La sylviculture
• Des industries connexes
• Des industries agroalimentaires
• Des déchets ménagers

Types de biomasse

• Biomasse d'origine agricole : cultures alimentaires et énergétiques, résidus (tiges non-consommables), déchets agricoles et effluents d'élevage (fumiers, lisiers).
• Biomasse d'origine forestière : bois (matière première), résidus et déchets issus de l'activité forestière lors de la transformation du bois.
• Biomasse d'origine aquatique : résidus des activités de pêche et d'aquaculture, cultures d'algues et micro-algues.
• Biomasse d'origine collective : déchets biodégradables provenant des habitations, collectivités, boues d'épuration, déchets d'autres industries.

Composition de la biomasse végétale

• Les principales sources de biomasse végétale valorisables incluent: Algues, Bois, Tiges de céréales, Coques de noix, Plantes oléagineuses et Betteraves/cannes à sucre.
• La production annuelle de biomasse est estimée à 172 milliards de tonnes de matière sèche.
• La biomasse est une source d'énergie (bois-énergie, biogaz, bioéthanol, biogazole, H2 pour piles à combustible) et de molécules pour la chimie et les polymères.

Modess de valorisation de la biomasse végétale

• Combustion (incinération): production de chaleur
• Méthanisation (fermentation bactérienne en absence d'oxygène): production de méthane et de CO2
• Fermentation alcoolique: production d'éthanol
• Voie thermochimique (thermolyse et gazéification): production de gaz, dont l'hydrogène

Les différentes voies d'obtention de biocarburants à partir de la biomasse végétale

• La biomasse, sous différentes formes, est utilisée pour produire les biocarburants.
• Les différentes voies d'obtention de biocarburants à partir de la biomasse, à partir d'huiles végétales et oléagineuses, de la biomasse ligneuse sont détaillées.

Traitements thermochimiques de la biomasse

• La pyrolyse est un procédé de décomposition thermique à des températures moyennes (450-500°C) en absence d'oxygène, conduisant à la biohuile.
• La liquéfaction est une transformation thermochimique du bois à basses températures (250-350°C) et hautes pressions (10-20 MPa) en présence d'un catalyseur, produisant une biohuile de meilleure qualité que la pyrolyse.
• La gazéification est une forme de pyrolyse conduite à de hautes températures (900-1050°C) pour optimiser la production de gaz comme le gaz de synthèse (syngas), riche en H2, CO, CH4, CO2 et N2.

Procédés biochimiques (bioraffinage)

• Le bioraffinage vise à transformer la biomasse pour produire de l'énergie, des précurseurs chimiques et des biomatériaux. Cette méthode est similaire à la production pétrolière, avec potentiellement une plus grande variété de produits finis.
• Les prétraitements chimiques sont importants pour rendre les holocelluloses utilisables dans les étapes de fermentation et d'hydrolyse enzymatique.

Production de biokérosène

• La voie thermochimique indirecte est utilisée pour produire des biocarburants à partir de biomasse lignocellulosique via une première étape de prétraitement de la biomasse et sa transformation en gaz de synthèse (monoxyde de carbone et hydrogène) et une suite d'étapes de conditionnement et purification du gaz de synthèse pour la synthèse Fischer-Tropsch, permettant de créer des hydrocarbures liquides.
• Ce procédé permet de produire du carburants diesel et de kérosène similaires aux combustibles fossiles.

Techniques de purification de biogaz

• Différentes techniques pour éliminer les contaminants dans le biogaz, tels que l'acide sulfhydrique (H2S) et le dioxyde de carbone (CO2), ainsi que d'autres impuretés comme les siloxanes, pour l'améliorer et le rendre utilisable à d'autres applications.

Enrichissement de biogaz ou optimisation de biogaz

• Utilisation des technologies d'épuration par eau sous pression pour éliminer le CO2 du biogaz et le rendre utilisable dans les réseaux de gaz naturels.
• Les stations d'enrichissement du biogaz utilisent des modules standard, limitent la consommation de produits chimiques, ne nécessitent pas de prétraitement thermique à grande échelle et sont efficaces en terme de récupération du méthane.

Elimination des COV et des siloxanes

• Les COV (composés organiques volatils) et les siloxanes (composés organiques qui contiennent du silicium) sont des polluants à éliminer du biogaz.
• Divers procédés sont utilisés pour éliminer ces composés du biogaz.
• Les technologies employées incluent la filtration au charbon actif, la purification via des membranes sélectives, la lavage chimique et/ou biologique et l'oxydation thermique.

Gazéification de biomasse en eau supercritique

• La gazéification en eau supercritique est un procédé visant à décomposer les biomasses humides à haute température et pression dans l'eau supercritique.
• L'eau supercritique agit comme solvant/réactif, permettant un processus homogène et rapide avec un rendement élevé.
• Cela permet de produire des carburants durables à partir de biomasses humides.

De multiples options de valorisation énergétique

• Différentes voies de transformation énergétique pour des ressources comme les cultures dédiées annuelles ou pluri-annuelles et les co-produits de cultures.
• Différentes méthodes sont employées de façon à générer de la chaleur, de la vapeur, de l'électricité et des combustibles à partir des ressources disponibles.

Les avantages et les limites de la biomasse

• Les avantages de l'utilisation de la biomasse comme source d'énergie sont principalement sa production durable, son caractère locale et sa contribution au cycle du carbone.
• Les limites incluent le coût de transport des ressources relativement à la production, les précautions nécessaires pour faire face aux implications de la qualité de la biomasse et la nécessité d'une approche industrielle raisonnée concernant l'utilisation de ces ressources.

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