Titre à ajouter. 1. Résumé. L incinération avec récupération d énergie : Pour éviter que tout ne parte en fumée!

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1 L incinération avec récupération d énergie : Titre à ajouter Pour éviter que tout ne parte en fumée! (rédaction : février 2007) 1. Résumé Sommaire récapitulatif Type Spécificités Avantages UIRE d UIRE 1 Capacités Coûts estimés UIRE UIRE Implantation Opération Four à grille Four rotatif Four à lit fluidisé Technologie la plus répandue (simplicité et coût). Permet le traitement de résidus mixtes hétérogènes sans prétraitement. Requiert un prétraitement des résidus mixtes. Plus adapté aux MR à haute teneur en verre et métaux. Technologie relativement récente mais avec un bon rendement de combustion. Mieux adapté aux résidus homogènes. Contrôle sanitaire. Réduction du volume des matières résiduelles. Production d énergie, donc réduction de l utilisation de combustibles fossiles. Technologie de traitement largement éprouvée dont l évolution est constante. Réduction des GES émis par rapport à l enfouissement sans récupération de biogaz. En général : t/an/four Jusqu à : t/an/four (très grandes capacités) Min.: t/an 96 M$ pour une UIRE de t/an 190 M$ pour une UIRE de t/an $/tonne Acceptabilité sociale Source de controverse. Forte opposition dans plusieurs pays dont le Canada. Préoccupations : Pollution atmosphérique; Gestion des cendres; Compatibilité avec le recyclage. Émissions Émissions atmosphériques générales. Dioxines/furanes. Mercure. Gaz acides. Cendres. 1 UIRE : unité d incinération avec récupération d énergie 1

2 2. Principaux constats 2.1 Incinération avec récupération d énergie Description générale L'incinération est une technique de combustion utilisée comme méthode d élimination des déchets urbains ou industriels depuis plus de cent ans. Puisqu elle comporte généralement des installations complexes, l incinération est intégrée dans une chaîne de traitement complète visant la gestion des matières résiduelles produites par une société [1]. Les traitements thermiques, dont fait partie l incinération, utilisent des températures suffisamment élevées pour réduire le volume des déchets ou les stabiliser (déchets médicaux et déchets dangereux notamment), afin d en produire de l énergie et des matières réutilisables [2]. Il existe trois grandes catégories de traitement thermique basées sur la quantité d oxygène présente lors du traitement [3] : 1) L incinération, qui a lieu en présence d un excès d oxygène pour qu une combustion complète ait lieu. 2) La gazéification, qui consiste en un traitement en présence d une quantité limitée d oxygène (voir la fiche sur la gazéification des résidus municipaux pour plus d information). 3) La pyrolyse, qui a lieu en absence totale d oxygène. Bien que l incinération puisse être pratiquée sans qu il n y ait récupération d énergie, la présente fiche s intéresse uniquement aux unités d incinération avec récupération d énergie (UIRE) et/ou de chaleur. Les UIRE sont des procédés très répandus dans le monde depuis plusieurs décennies. Il existe plusieurs procédés d incinération qui possèdent chacun des caractéristiques spécifiques. Les procédés d incinération de grande envergure les plus répandus sont l incinération en four à grille, en four rotatif et en four à lit fluidisé. De façon générale, l incinération en four à grille permet le traitement de résidus mixtes hétérogènes sans prétraitement; c est la première technologie utilisée depuis le 20 ième siècle et ayant subi de nombreuses améliorations technologiques, essentiellement axées sur la performance de combustion et l épuration des gaz (traitement des fumées). Elle demeure la technologie la plus répandue dans le monde pour l incinération des matières résiduelles due à la simplicité de son procédé et à son coût relativement faible [4]. L incinération en four rotatif requiert un prétraitement des résidus mixtes afin de les rendre plus homogènes et de taille plus réduite. Cette technologie est souvent plus adaptée aux matières résiduelles contenant une proportion importante de métaux et de verre (résidus industriels ou ordures ménagères). L incinération à lit fluidisé est généralement mieux adaptée aux résidus homogènes, possédant une plus petite granulométrie. La technologie est relativement récente mais le rendement de combustion serait meilleur, l efficacité s en trouverait augmentée, et les rejets à l atmosphère seraient de meilleure qualité. Les trois techniques opèrent sur le même procédé de combustion en excès d oxygène; les variantes se fondent sur l efficacité de l injection d air dans la masse de déchets et certaines comptent sur un prétraitement (déferraillage, tri, broyage) pour améliorer la combustion, en assurant une bonne turbulence dans le four [26]. La capacité d une UIRE varie de à tonnes/an par four, voire t/an pour les unités de très grandes capacités. Généralement, les unités sont adéquates à partir de tonnes de matières par an et par four [26]. 2

3 Les coûts d implantation peuvent être estimés en moyenne à 96 M $ pour une unité type de tonnes/an, et à 190 M $ pour une installation de tonnes/an. Quant aux coûts d opération, ils varient de 110 $ à 150 $/tonne sur une base de calcul très conservatrice, incluant également le coût de l amortissement sur 15 ou 20 ans et les coûts d élimination des cendres en enfouissement [26]. Pour plus de détails sur les différentes technologies d incinération, le lecteur est invité à se référer au document de la Fédération canadienne des municipalités [2] pour un résumé des technologies utilisées au Canada ou au rapport de la Commission Européenne [1], pour une revue détaillée des meilleures technologies disponibles. Des matières de différentes natures peuvent être envoyées dans un incinérateur : résidus mixtes tels que des ordures ménagères, boues municipales et industrielles, refus divers (des centres de tri et de compostage notamment). Il en ressort des sous-produits tels des cendres de grilles, des cendres volantes et des REFIOM (résidus d opération des fumées d incinérateur d ordures ménagères), représentant jusqu à 30 % en poids (mais moins de 10 % en volume) des matières alimentées ainsi que de l énergie produite sous forme d électricité, de chaleur ou de vapeur. Les gaz chauds issus de la combustion peuvent être utilisés pour le séchage des boues municipales ou autres applications similaires. Des métaux et autres matières minérales peuvent aussi être récupérés dans les cendres de grilles. Dans la gestion des matières résiduelles municipales, l incinération permet donc de répondre à plusieurs objectifs : Assurer un contrôle sanitaire; Réduire les volumes à envoyer à l enfouissement; Permettre la récupération de l énergie [5]. Exemple d un incinérateur moderne L évolution technologique des dernières décennies a permis des réductions importantes des émissions polluantes, dont profitent les incinérateurs modernes (post-1996) [6]. À cet égard, certains auteurs soutiennent que l incinération est un choix environnemental [4, 6, 7] qui produit 30 % moins de gaz à effet de serre (GES) que l enfouissement sans récupération des biogaz [4]. De plus, la récupération de l énergie de la combustion des déchets permet de réduire l utilisation des sources de combustibles fossiles [7, 8, 9]. Source : Ramboll, 2007 [23] 3

4 2.2 L incinération, source de controverse L incinération des déchets est un sujet délicat qui a suscité débats et passions depuis de nombreuses années. Dans plusieurs pays, l opinion publique est fortement opposée à l implantation d unités d incinération, notamment en France, en Angleterre, au Canada et aux États-Unis. Dans ce dernier cas, le développement de ce type de traitement a même été complètement arrêté, aucune nouvelle unité n ayant été construite depuis 1997 [7]. Ainsi, entre 2000 et 2005 le nombre d UIRE en fonction aux États-Unis est passé de 102 à 88 [10]. Au Québec, la même tendance est observée. En novembre 2006 par exemple, le groupe Action RE-buts a clairement établi sa position face à l incinération [11] en exprimant ses inquiétudes face à la pollution atmosphérique engendrée par l incinération et l incompatibilité entre l incinération et la récupération. Pour sa part, le Front commun québécois pour une gestion écologique des déchets (FCQGED) s inquiète de la gestion des cendres résiduelles, qui serait selon lui, une voie d entrée indirecte de métaux dans les lieux d enfouissement techniques (LET), entraînant un risque de contamination dans les sols et les eaux souterraines. Tous ne sont cependant pas du même avis (tels que les experts du Waste-to-Energy Research and Technology Council de l Université Columbia [4] et ceux de la Confederation of European Waste to Energy Plants). À noter que les cendres volantes ainsi que les REFIOM (sous-produits de l incinération), peuvent subir un traitement avant l enfouissement en LET afin d éviter la dispersion des métaux lourds dans les eaux de ruissellement. Le traitement du lixiviat pourrait aussi permettre d atténuer cette problématique. Les principaux arguments généralement invoqués par les détracteurs de l incinération sont donc : La production d émissions atmosphériques polluantes [1, 2, 6, 13 et 15], dont : o Les dioxines et furanes [1, 6, 12 et 16]; o Le mercure et les métaux [1, 4, 15, 17 et 18]; o Les gaz acides [1 et 15]; o La gestion des cendres, pouvant se traduire par une contamination des sols et des eaux souterraines [1, 18, 19 et 20]. La compétition potentielle pour certaines matières, entre l incinération et le recyclage [2, 6 et 7]. Un des avantages majeurs de l incinération est la production d énergie thermique récupérable sous forme de vapeur [2] ou sous une autre forme. La vapeur produite peut être utilisée sous sa forme première pour chauffer des quartiers adjacents [9] ou convertie en électricité à l aide de turbines à vapeur [16]. La vapeur produite peut être utilisée sous sa forme première dans des procédés industriels ou sous forme de cogénération, c.-à-d., en générant deux formes d'énergie soit de l'électricité à l'aide d'une turbine à vapeur et de la vapeur résiduelle, soit de l'eau chaude en sortie de turbine pouvant être utilisée dans des procédés industriels ou du chauffage urbain [9] [16] + comm personnelle. Comparativement aux installations pouvant produire de l électricité, comme les centrales au charbon, les unités de traitement thermique des déchets avec récupération d énergie produisent une énergie plus propre [6]. Celles-ci ont même été déclarées «la source d énergie [de combustion] la plus verte» par l Agence de la protection de l environnement des États-Unis et le département Américain de l énergie [7]. 4

5 Au Québec, il est peu probable que la production d énergie issue des UIRE remplace un jour celle de l hydroélectricité. Par contre, il est plausible qu elle remplace l électricité qui est produite par les centrales au gaz. De plus, la présence d un UIRE près d un centre urbain peut s avérer intéressante en cas de panne du réseau de transport d énergie électrique. Augmenter l indépendance du pays face aux combustibles fossiles est une préoccupation pour plusieurs nations. Par exemple, la presque totalité de l énergie produite par Taïwan provient de sources fossiles importées [16]. L État compte beaucoup sur la production d électricité par les déchets pour diminuer leur dépendance aux combustibles fossiles. Ainsi, en 2003, plus de 1,5 % de l énergie totale générée à Taïwan provenait de la combustion des déchets [16]. 2.3 Tendances en matière de traitement des résidus ultimes L incinération est globalement moins utilisée pour éliminer les déchets ultimes que l enfouissement. En Europe, où les directives tendent à décourager l enfouissement, l incinération reste peu utilisée, la gestion des matières résiduelles se divisant ainsi (en 2001) : 62,6 % en lieu d enfouissement technique (LET), 21,9 % à l incinération, 4,5 % au compostage et 11,0 % au recyclage [21]. Toutefois, l incinération est présentement en expansion dans plusieurs pays européens, notamment au Danemark, au Luxembourg et en France, où plus de 50 % des matières résiduelles sont ou seront gérées par ce type de traitement thermique. Aux États-Unis, la gestion des matières résiduelles se distribuait ainsi en 2005 : 54,3 % en LET, 13,6 % à l incinération, 8,4 % au compostage et 23,8 % au recyclage [10]. Contrairement à l Europe, l utilisation d UIRE est en déclin en Amérique depuis 1995 [22]. De façon comparative, le traitement des déchets par des UIRE entraîne des émissions de dioxyde de carbone (CO 2 ), de COV, de particules dans l air, ainsi que des émissions aqueuses de mercure (Hg), de cadmium (Cd) et de dioxines plus faibles que l enfouissement pour la même quantité de déchets [2]. À l opposé, l enfouissement est favorisé lorsque les émissions suivantes sont considérées : NO x, SO x, HCI, métaux (Hg, Cd, et plomb), PCDD/PCDF dans l air et plomb dans l eau [2]. De plus, l enfouissement implique un risque de contamination du sol et des eaux souterraines à cause de la lixiviation, élément qui est moins présent dans le cas de l incinération. Pour cette raison, l élimination des matières résiduelles par incinération est privilégiée notamment dans les communautés à plus forte densité de même que dans celles construites sur une terre sablonneuse, comme Long Island (NY) et l État de la Floride [4]. 5

6 3. Pour poursuivre la recherche Comment s y retrouver pour chercher de l information? L information disponible sur le sujet de l incinération est abondante. Termes anglais RDF-refuse-derived fuel WDF-waste-derived-fuel (UK) Combustion or incineration Mass burning Mass-fired Waste-to-energy (WTE) Energy-from-waste (EFW) Bottom Ash Fly Ash Termes français Combustible dérivé des déchets Combustion ou incinération Incinération de déchets non conditionnés L énergie des déchets Cendre résiduelle Cendre volante 4. Références utilisées 1. Commission Européenne. (2006). Reference Document on the Best Available Techniques for Waste Incineration, 602 p. 2. FCM (2004). Les déchets solides, une ressource à exploiter : Guide pour le développement de collectivités viables. Ottawa, Fédération canadienne des municipalités, 265 p. 3. TCHOBANOGLOUS, G., THEISEN, H.et VIGIL, S. (1993). Integrated solid waste management: engineering principles and management issues. Boston, Irwing McGraw-Hill, 978 p. 4. THEMELIS, N.J. (2003). An overview of the global waste-to-energy industry. Waste management world, International Solid Waste Association. August - July. 5. SHEN, B. et QINLEI (2006). Study on MSW catalytic combustion by TGA. Energy Conversion and Management 47(11-12) pp PORTEOUS, A. (2001). Energy from waste incineration - a state of the art emissions review with an emphasis on public acceptability. Applied Energy 70(2) pp MILLRATH, K. et THEMELIS, N.J. (2003). Waste as a Renewable Source of Energy: Current and Future Practices, Compte-rendu de conférence. Washington, DC, United States, American Society of Mechanical Engineers, New York, NY CONSONNI, S., GIUGLIANO, M.et GROSSO, M. (2005). Alternative strategies for energy recovery from municipal solid waste - Part A: Mass and energy balances. Waste Management 25(2) pp SAHLIN, J., KNUTSSON, D. et EKVALL, T. (2004). Effects of planned expansion of waste incineration in the Swedish district heating systems. Resources Conservation and Recycling 41(4) pp US-EPA (2006) Facts and figures. Washington, United-States Environmental protection Agency, EPA530-R , 153 p. 11. RE-BUT, A. (2006). Action RE-buts fait part de ses inquiétudes face aux ambitions technologiques de la Ville de Montréal quant à la gestion de ses matières résiduelles. 1 p. 6

7 12. POST (2000). INCINERATION OF HOUSEHOLD WASTE: post 149. Londres, The Parliamentary Office of Science and Technology. 13. CONSONNI, S., GIUGLIANO, M.et GROSSO, M. (2005). Alternative strategies for energy recovery from municipal solid waste - Part B: Emission and cost estimates. Waste Management 25(2) pp STENGLER, E. (2005). The European position. Waste Management World 5(6). 15. JANNELLI, E., MINUTILLO, M. (2006). Simulation of the flue gas cleaning system of an RDF incineration power plant. Waste Management Article sous presse. 16. TSAI, W.T. et CHOU, Y.H. (2006). An overview of renewable energy utilization from municipal solid waste (MSW) incineration in Taiwan. Renewable & Sustainable Energy Reviews 10(5) pp CCME (2005). CANADA-WIDE STANDARDS FOR MERCURY (Mercury Emissions, Mercury-Containing Lamps and Mercury for Dental Amalgam Waste), Conseil canadien des ministres de l'environnement. 18. DISTRICT, G.V.R. (2004). Waste-to-energy facility. page visitée le 5 février JURIC, B., HANZIC, L., ILIC, R.et SAMEC, N. (2006). Utilization of municipal solid waste bottom ash and recycled aggregate in concrete. Waste Management 26(12) pp SAIKIA, N., KATO, S.et KOJIMA, T. (2006). Production of cement clinkers from municipal solid waste incineration (MSWI) fly ash. Waste Management Article sous presse. 21. CAPUTO, A.C.et PELAGAGGE, P.M. (2002). RDF production plants: I Design and costs. Applied Thermal Engineering 22(4) pp AGENCY, U.S.E.P. (2006). Municipal solid waste in the United States: 2005 facts and figures O.o.S.W. (5306P). 23. RAMBOLL. Waste to energy. Document d'entreprise disponible sur US-EPA GREAT VANCOUVER REGIONAL DISTRICT (2004). Solid Waste Facts: Waste-to-energy facility, 4 p. Disponible sur DESSAU-SOPRIN (2006). Évaluation des choix technologiques de traitement des matières résiduelles pour l agglomération de Montréal. Rapport final mai N.Réf. 052-P MR-R pages, 5 annexes. 7