Valorisation thermochimique de la biomasse. - Gazéification -

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1 Valorisation thermochimique de la biomasse - Gazéification - Laurent Van de steene steene@cirad.fr Biomasse? CULTURES AGRICOLES - cultures oléagineuses (colza, tournesol ) - cultures sucrières (betteraves, canne à sucre) - céréales (blé, maïs) SOUS-PRODUITS AGRICOLES - paille de blé - balle de riz - tiges de coton - bagasse - BOIS - plaquettes forestières - granulés -sciures - de 1 ère génération de 2 nde génération : valorisation de la partie lignocellulosique de la biomasse

2 Les voies de valorisation Biomasse ligno-cellulosique Voies biochimiques (humide) Voies thermochimiques (sèche) Hydrolyse / Fermentation Pyrolyse Gazéification Combustion Ethanol cellulosique "2 nde génération" Diesel GNS Gaz Electricité La gazéification - gaz permanents «legers» - gaz condensables lourds "goudrons" + H 2 O Reformage Réaction homogène C n H m + n H 2 O n CO + (n+m/2) H 2 Biomasse H 2 O Séchage Pyrolyse Craquage thermique hétérogène + O 2 Oxydation Energie CO et H 2 + O 2 C + H 2 O CO + H 2 + H 2 O Gazéification Réaction hétérogène Résidu carboné Cendres

3 Production d'électricité et chaleur Gaz combustible Gazéification en cycle combiné (IGCC) ~ 50 % Brûleur Moteur à gaz (combustion interne) Turbine à Gaz ~ 80 % ~ 30 % Turbine vapeur 20 % ~ 30 % Chaleur (Gaz-industrie) Electricité (cogénération) Production de biocarburants Gaz combustible Epuration/ conditionnement Gaz de synthèse (CO et H 2 ) Synthèse GNS Diesel Méthanol Ethanol DME Co-produits (pharma, cosm, )

4 Les technologies de gazéification Réacteurs à lit fixe Co-courant (downdraft) Contre courant (updraft) Lit fixe étagé Réacteurs à lit fluidisé Dense Circulant Réacteurs à lit entrainé Gaz de gazéification - Composition moyenne - Co-courant étagé (Xylowatt) Contrecourant (B&W Volund) Lit fluidisé (F&W) Double Lit Fluidisé (Repotech) Flux Entrainé (Carbo-V) H 2 (% vol,sec ) CO (% vol,sec ) CH 4 (% vol,sec ) Goudrons (g/nm 3 ) 0, PCI (kj/nm 3 ) ~ 5000 ~ 6000 ~ 5000 ~ ~ PCI Gaz naturel : kj/nm 3

5 Les verrous technologiques (et économiques) Qualité des gaz (goudrons, inorganiques, aérosols,.) Mobilisation et approvisionnement en biomasse Les verrous technologiques (et économiques) Qualité des gaz (goudrons, inorganiques, aérosols,.) - Contraintes liées aux diverses applications - Applications Goudrons Particules Alkalins Ammoniaque () Chlorures Sulphures Moteur gaz < 50 <50 <1 <50 <10 <100 Turbine gaz < 5 < 30 ~ ppmv Synthèse Fisher Tropsch / Méthanol < 1 < 0.02 ~ ppmv PAC < 1 ~ ppmv

6 Les verrous technologiques (et économiques) Qualité des gaz (goudrons, inorganiques, aérosols,.) Seuils de tolérance de l ordre du ppm (catalyseurs FT) Craquage thermique ou catalytique des goudrons "In situ" ou post traitement Mobilisation et approvisionnement en biomasse Les verrous technologiques (et économiques) Quelles exigences sur le combustible à l'entrée? Type de procédé Cocourant Contrecourant Lit fluidisé Lit entrainé Granulométrie (mm) < 1 Humidité (%wb) < < 50 < 40 < 15 Cendres (% db) < 5 < 15 < 20 < 20 Pt fusion cendres ( C) > 1250 > 1000 > 1000 > 1250 Densité (kg/m 3 ) > 500 > 400 > 100 > 400

7 Les verrous technologiques (et économiques) La qualité des gaz (goudrons, inorganiques, aérosols,.) Seuils de tolérance de l ordre du ppm (catalyseurs FT) Craquage thermique ou catalytique des goudrons "In situ" ou post traitement Mobilisation et approvisionnement en biomasse Ressource dispersée, transport Coût du broyage, alimentation sous pression Variabilité de la biomasse Torréfaction Pyrolyse flash voie de préconditionnement à l étude - charge liquide ou solide - homogénéisation - densification énergétique Conclusions : gazéification de biomasse Electricité Des installations en fonctionnement existent mais la démonstration industrielle biomasse/production d'électricité à confirmer Investisseurs intéressés (mais risques financiers et techniques encore trop élevés) Garanties de performances nécessaires (7000 h/an ) Spécialisation des fabricants ("série") Gaz (de substitution) Contexte très favorable mais à démontrer Bons rendements Industriels intéressés

8 Conclusions : gazéification de biomasse La biomasse lignocellulosique : gisement potentiel important Hautes performances : hauts rendements /ha, qualité des carburants «BtL» Rendements : Gazéification : 1,5 à 3,5 tep/ha Ethanol (1 ère géné) : 0,65 à 0,85 tep/ha EMHV : 0,7 à 0,95 tep/ha Conclusions : gazéification de biomasse La biomasse lignocellulosique : gisement potentiel important Hautes performances : hauts rendements /ha, qualité des carburants «BtL» Evaluation environnementale a priori bonne sur le plan CO 2 «du puits à la roue»

9 Conclusions : gazéification de biomasse La biomasse lignocellulosique : gisement potentiel important Hautes performances : hauts rendements /ha, qualité des carburants «BtL» Evaluation environnementale a priori bonne sur le plan CO 2 «du puits à la roue» Technologies pas matures : coûts de production trop élevés, effet d échelle important (mobilisation des ressources), investissements lourds. Intérêt pour le Gaz Naturel de Synthèse à démontrer industriellement! Perspectives ? CIRAD - des laboratoires - - une plateforme d'essai - Laboratoire d'analyse Laboratoire de thermochimie Pilote gazéification étagé 75 KWth Réacteur de pyrolyse "flash" en lit fluidisé Réacteur à lit fixe continu Réacteur de torréfaction