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1 Biomasse agricole : combustion et législation Stéphane Godbout, Ph.D., ing., agr., P.Eng. Collaborateurs : Joahnn Palacios, Frédéric Pelletier, Jean-Pierre Larouche et Patrick Brassard Institut de recherche et de développement en agroenvironnement (IRDA) Plan de la présentation Introduction Combustibles Avenues de valorisation énergétique La combustion Contraintes techniques Contraintes législatives Avenir et pistes de solution Projet à l IRDA Conclusion générale 1

2 Introduction Les changements climatiques : Agriculture = 17 et 32 % des GES (direct et indirect) Production animale = 9 % (direct et indirect) Augmentation de la demande des produits alimentaires d origine animale (229 M à 465 M de tonnes entre 1999 et 2025) Énergie verte - renouvelable Consommateur = produit de grande qualité à un prix abordable Introduction Les grands défis selon Clinton ( ) Diminution des ressources naturelles (principalement eau potable) Changements climatiques Augmentation de la population (demande en produit animal augmente) «L utilisation de la biomasse agricole à des fins énergétiques est une tendance lourde irréversible» (Godbout et al., 2008) Ajouter cohabitation, occupation du territoire, conservation des sols, etc. 2

3 Introduction Province de Québec km 2 3 fois la superficie de la France Superficie totale cultivée : 2 millions ha (en vert sur la carte) COMBUSTIBLES Combustibles Fossiles Biocombustibles Biomasse Biocarburant Biomasse forestière Biomasse agricole Biomasse urbaine Branches et résidus de coupe Biomasse lignocellulosique Déchets municipaux Écorces Déchets animal Déchets commerciaux Sciures Déchets agroalimentaires Déchets industrielles Conifères Autres déchets forestiers 3

4 Biomasses agricoles (définition) Résidus organiques provenant de : Récoltes Élevages Transformations industrielles des produits de l'agriculture Déchets urbains Cultures énergétiques : panic érigé, alpiste roseau, miscanthus giganteus, saule, etc. Sont exclus : Ressources d'origine forestière Certains sous-produits valorisés dans l'alimentation animale (ex. : mélasse, son et sérums) Avenues de valorisation Agricole Amendement Compostage granulation (utilisation urbaine ou agricole) Alimentation animale (augmentation de la demande?) Nouveaux matériaux Construction Emballage Énergétique Plusieurs avenues 4

5 Biomasse - résidus - énergie Filière éthanol Séparation Séchage Thermochimique Travaux à Transformation biologique Transformation chimique l IRDA Utilisation directe Biométhanisation Transestérification Liquéfaction directe Liquéfaction indirecte Incinération Combustion Pyrolyse Gaz Huile - charbon Gazéification Conditions Absence d air (anaérobie) liquide Conditions Ajout de solvant Conditions Température et pression élevées Intrants bitumineux Conditions Température et pression élevées Sans oxygène Conditions Température élevée Ajout gaz Agent oxydant Conditions Température élevéeé Produits Biogaz Résidus Produits Biodiesel Résidus Produits Huile Eau Résidus Produits Huile Charbon Eau Gaz, résidus Produits Gaz Produits Chaleur Cendres La combustion Extraction de l énergie par transformation thermique au moyen de fournaises à biomasse (combustion directe) Plusieurs facteurs influencent la qualité de la combustion (émissions + efficacité) La qualité du produit : Teneur en humidité Valeur calorifique Masse volumique, dimension et aire de surface active Taux de cendres Période de récolte et qualité du conditionnement Teneur en certains éléments (N, Cl, S, métaux lourds) Autres propriétés Les conditions de la combustion : Température Apport d air pour la combustion Combustible 5

6 Combustion - Avantages Utilisation directe (ou presque) Procédé en général assez bien maîtrisé Récupération d énergie assez facile Technologie accessible Facile de manipulation et de conservation : en vrac ou en granule Contraintes ou freins En général, nécessite un préséchage (haut taux d humidité peut réduire l efficacité i de récupération é de chaleur, peut atteindre 15 à 30 % seulement) Destruction de fertilisant organique? Résidus alimentation animale? Pourcentage de cendres? Attention!!! Risques d émissions de gaz : GES, NOx, etc. 6

7 Contraintes ou freins Méconnaissance sur les caractéristiques des émissions issues de la combustion de la biomasse agricole Limitation des possibilités d encadrement (ex. : disponibilité d expertise) et de développement de ce domaine Valorisation des cendres dans certains cas Arrimage avec les différentes législations (entre autres, de fabrication et de qualité de l air) Réglementation au Québec Encadrement de la fabrication des équipements de combustion Exemple pour les 2 MW et moins : (CAN/CSA-B415.1 ou US-EPA) Respect norme du RQA ou opacité lorsque le PRAA sera en vigueur Sont exclus les appareils de combustion au bois résidentiel 7

8 Réglementation au Québec Loi sur la qualité de l environnement (L.R.Q., c. Q-2) (MDDEP) Règlement sur la qualité de l'atmosphère (c. Q-2, r.20) Ne permet pas de brûler autres substances que du bois (ou résidus de bois) dans une chaudière à bois ou à résidus de bois Règlement sur la qualité de l'atmosphère (c. Q-2, r.38) «Appareil de combustion» : tout appareil à échange thermique indirect utilisant un combustible pour fins de chauffage ou pour un procédé industriel «Incinérateur» : appareil utilisé pour effectuer la destruction thermique de substances autres que des résidus de bois Loi sur qualité de l environnement Législation en bref Reg. Biomasse forestière Autres (biomasse agricole) r. 38 Appareil de combustion Incinérateur Respecter les normes d'émission (particules) Incinérateur * Plus d'une chambre de combustion requise si la capacité < 1 t/h * Respecter les normes d'émission (particules) r. 3 PRAA Certificat requis si > 3 MW Certificat requis Nouvelles normes d'émission de particules, opacité, surveillance et contrôle Certificat requis Appareil de combustion > 3 MW requis ainsi que respecter les normes d opacité et d'émission de particules, NOx, CO, PCDF et PCDD Incinérateur Bruleurs au gaz ou à un combustion fossile requis si < 1 t/h 8

9 17 kw Poêle à granules 100 kw Chaudière à copeaux de bois Source : Enviro 1000 kw Chaudière à copeaux de bois et grains Source : 3 MW Central thermique à copeaux et sciure de bois Source : Source : Contraintes freins (suite) Inquiétudes environnementales ( 3 MW) Fonctionnement en mode discontinu (marche arrêt) Contrôle des paramètres de combustion moins rigoureux dans les petits appareils : Risque de combustion incomplète Absence d équipements d épuration Absence d opérateurs certifiés Inquiétudes fondées? 9

10 Gaz Unités Bois # de Avoine Colza Blé # de min - max Réfs. min - max max min - max Réfs. CO 2 mg/m x x % 0,6-14,8 3 g/kg 29,3-49,8 2 ppm CO g/m3 0, ,22-3,1 1 g/kg 0,4-4,16 1 1,6-6,8 1,49 1 mg/mj PT mg/m 3 20, mg/mj P10 g/kg 0,21-0,4 1 0,4-0,67 0,27 1 P1 g/kg 0,21-0,38 1 0,38-0,64 0,26 1 P2,5 g/kg 0,88-9,3 3 NOx g/kg 1,1-0,63 1 3,27-4,95 8,33 1 mg/mj NO ppm NO 2 g/kg 0,6-0,82 2 SO 3 g/kg 0,05-0,3 2 1,59-2,26 7,27 1 L avenir de la combustion Y a-t-il une lumière au bout de la cheminée? Oui, toutefois il faudrait aborder les différents freins afin de les éliminer : Technique Législatif Valorisation des cendres 10

11 Des pistes de solution Augmenter les connaissances scientifiques québécoises par rapport à la combustion de la biomasse agricole Encadrer les caractéristiques de la biomasse agricole pour des fins énergétiques Développer des avenues de valorisation des cendres Développer de l expertise à l échelle de la province Projets au sein de l IRDA (3) 1. Revue de littérature systématique (MAPAQ) : 1. Valeurs des émissions et méthodes de mesure 2. Législation dans les autres pays 3. Autres approches d encadrement 2. Caractérisation des émissions (gaz + particules) issues de la combustion de biomasses agricoles et agroalimentaires dans une fournaise extérieure à la ferme (en cours) : 1. Comparer les émissions issues de la combustion du bois et celles de la biomasse agricole (MAPAQ, Perreault et fils, Innovente, Sequoia, Combustion expert, Fertior, U. Laval, UQAC) 11

12 Projets au sein de l IRDA (suite) Établir les liens entre les caractéristiques de la biomasse et les émissions produites lors de la combustion (MAPAQ, UL, UQAC, Coop fédérée) Effet du «traitement» de la biomasse avant d être valorisée énergétiquement (séchage, récolte printanière, etc.) Établir des caractéristiques types d une biomasse ayant un potentiel pour la valorisation énergétique (certification ou cahier de charges pour encadrer le choix et le développement des biomasses agricoles). Par exemple, % humidité, % de cendres, etc. Développer une expertise provinciale dans le domaine Laboratoire spécialisé 12

13 CONCLUSION Surfaces agricoles restreintes, mais beaucoup de fonctions (nourrir, habiter, produire énergie, autres) Valorisation énergétique de la biomasse agricole tendance lourde et presque irréversible Combustion de la biomasse avenue très intéressante Plusieurs freins : technique et législatif Plusieurs inquiétudes CONCLUSION Plusieurs pistes de solutions : Augmenter les connaissances (émissions, i phénomènes, etc.) et favoriser les publications scientifiques révisées Favoriser la conception et la fabrication de fournaises adaptées à la combustion de la biomasse agricole Développer un cahier de charges ou une certification pour encadrer la production et la sélection des meilleures biomasses. Entre autres, ceci optimisera i la valorisation i énergétique et facilitera la conception de nouvelles fournaises en réduisant la variation des caractéristiques du combustible 13

14 CONCLUSION Réduction de la dépendance aux énergies fossiles Pourrait avoir un impact positif sur les émissions i de GES Des études globales (type ACV) pourraient permettre aux différents paliers gouvernementaux d encadrer adéquatement le développement de cette filière, ex. : Biomasses à favoriser? Résidus au sol? Bilan GES provincial Occupation du territoire, développement des régions, etc. Gain global réel? 14

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