Bioénergie et bioproduits industriels:

une voie d'avenir pour l’agriculture québécoise?

Michel Lachance, CQVB

1er décembre 2010

déjeuner-causerie ACRA

"Dans un avenir rapproché, est-ce que les producteurs agricoles

peuvent anticiper, dans un contexte de diversification

de l'agriculture, des revenus substantiels

du secteur de l'agro-énergie".

PLAN

Intro • bio-économie et bioproduits • contexte favorable

Biomasses

Technologies de conversion

Segments d’affaires

Enjeux et avenir

BIOPRODUITS? pas nouveaux

La bioéconomie s’appuie sur l’utilisation : de ressources renouvelables et de bioprocédés pour fabriquer des biens plus durables, plus éco-énergétiques

Bioproduits industriels: tout nouveau produit industriel / commercial élaboré à partir de biomasse (agricole, forestière, marine, résidus municipaux/industriels)

Avant l’ère du pétrole, déjà présents produits naturels fermentés (bière, yogourt) papiers, polymères dérivés du coton plantes médicinales, tisanes poignées de portes de la Ford T

Bioproduits industriels:

tout nouveau produit industriel / commercial élaboré à partir de biomasse (agricole, forestière, marine, résidus municipaux / industriels)

CONTEXTE FAVORABLE

Tendances qui modifient nos économies: croissance fulgurante de la demande d’énergie (mondiale)

baisse de la disponibilité du pétrole

hausse des prix de nombreux intrants changements climatiques sensibilité environnementale / réduction des GES

Atouts pour y répondre: RESSOURCES RENOUVELABLES TECHNOLOGIES VERTES PROGRÈS MAJEURS: chimie, génomique, science des matériaux génie industriel

LARGE ÉVENTAIL DE PRODUITS / procédés

Ressources renouvelables• Plantes

– cultures– forêt

• Algues

• Animaux/poissons

• Microorganismes

• Résidus organiques– municipaux– industriels– agricoles– forestiers– aquaculture

Bioproduits indust.• Bio-énergie

• Biocarburants, biocomb.

• Produits chimiques: - biosolvants / biolub. - biosurfactants - adhésifs, résines - biocatalyseurs - éléments précurseurs - bioengrais, biofertiliants

• Matériaux nouveaux

- bioplastiques - biocomposites - fibres industrielles

• Molécules bioactives

Procédés technologiques

Physiques (extraction)

Chimiques (traitement acide)

Thermiques (pyrolyse)

Biologiques (enzymes, fermentation)

LA BIOMASSE: C’EST QUOI?

Amidon (glucide)

- 70-75% (maïs); facilement hydrolysable Huiles (oléagineux)

- 4-7% (maïs),18-20% (soya); produits oléochimiques Protéines - 20-25% (maïs), 80% (soya); produits chimiques Lignine - structure aromatique complexe, très énergétique - conversion biochimique difficile Hémicellulose - xylose: 2e sucre plus abondant dans la biosphère - polymères de sucres à 5 et 6 C, conversion difficile Cellulose (glucide)

- matière première la plus abondante dans la biosphère - polymères de glucose: bonne BM

Chitine (polysaccharide)

SOURCES DE BIOMASSES

résidus forestiers - déchets d’usinage et de coupe, plaquettes forestières

- parties non productives: lignes transmission, espèces non allouées

- résidus urbains, etc.

résidus agricoles - résidus secs (pailles, rafles) - déchets humides (effluents agricoles, résidus agroalim)

résidus industriels - déchets recyclés pour énergie (effluents, copeaux, poteaux) - rebuts valorisés (liqueur noire, lactosérum, carapaces)

résidus municipaux cultures dédiées - herbacées: panic, miscanthus, millet perlé, triticale

- arbustives: saule, peuplier

DISPONIBILITÉ de biomasse au Québec

Biomasse urbaine - résidus municipaux/commerciaux: 7 M tma

Biomasse forestière : 6,5 M tma (tonnes métriques anhydres)

Autres biomasses : agricole, agro-alim, boues, effluents, etc.

Gouvernement QC priorise la BM cellulosique résiduelle

Problème: épuisement de la BM bon marché - faudra compter sur sources inutilisées + cultures nouvelles - besoin de nouvelles méthodes de collecte / prétraitement

Rendement de production d’éthanol: 200- 450 l / tma de bioéthanol, selon type de BM et technologie utilisée

Rendement de production électrique: 1MW requiert 8 000 tma de BM / an

TECHNOLOGIES de conversion (1)

Ressources Transformation Produits

matièreligno-

cellulosique

- première- résiduelle

combustion directe

turbines

piles énergétiques

chaleurélectricité

bioéthanol

produits chimiques

biodiéselbiohuiles

matériaux

cogénération

gazéificationpyrolyse

Bioprocédésfermentation/polymérisation

transestérificationetc.

TECHNOLOGIES de conversion (2)

Ressources Transformation Produits

lisiers et fumiers

chaleurélectricité

matériaux

produits chimiques

biodiéselbiohuiles

bioéthanol

gras animauxvégétaux

résidusmun / ind

bioprocédés

méthanisation

combustion

gazéification

LES SECTEURS FORTS

AU QUÉBEC

CHAUFFAGE À LA BIOMASSE

► BM utilisée vient majoritairement de forêt, industries de transformation du bois et pâte/papier

► peut produire chaleur et électricité • combustion directe : produit chaleur (chauffage bâtiment, chaleur pour procédés ind., production eau chaude) • cogénération : produit chaleur + électricité (industriel)

► source d’énergie très rentable 4 t de bois économise 1 t pétrole + évite l’émission de 2,5 t de CO2

► technos connues, au point: chaudière BM, chaudière vapeur, réseaux

► défis: récolte et transport des résidus, prétraitement, intégration si possible aux opérations traditionnelles de récolte de bois

► utiliser la BM pour combustion dépend garantie d’approvisionnement en biomasse + usages alternatifs de cette biomasse

► nombreux projets régionaux au QC: Amqui, Val d’Or, Oujé-Bougamou, BSL

BIOGAZ: biométhanisation

► digestion anaérobie de matières organiques : méthane + CO2

► technologies matures (nombreuses au QC)

► biomasse résiduelle importante (fumiers, lisiers, résidus organiques)

► avantages: bilan énergétique positif: forte réduction des GES fournit de l’énergie de proximité résout problème de disposition des lisiers / fumiers

► défi: prix de l’électricité ► association industrielle: Biogaz Québec (AQPER)

• Bio-Terre Systems (2 installations de production à la ferme) • Groupe EBI, Biothermica, Envirogaz, Xébec, Électrigaz Dominion & Grimm Environnement, Lisox Valbio, Énergie Highland, etc.

BIOCOMBUSTIBLES SECS

► densification de la matière ligneuse ► technologies connues

► biomasse: résidus agricoles et forestiers cultures énergétiques (saule, panic); plusieurs essais

► avantages: bilan énergétique positif réduit frais transport, augmente valeur énergétique de la BM

► marchés : - granules de bois - bûches énergétiques

► au Québec: Energex, Granules L.G. , Recy-Clone, Evergreen Biofuels Bois énergétique recyclé Lauzon, Écoflamme Bûches énergétiques, Boisbriand

BIODIÉSEL

► objectif QC: 120 Ml/a pour 2012 besoin de 80 Ml/a +

► technos connue (transestérification) et en développement (algal) produits: biodiésel + glycérol et tourteau

► biomasses: ● huiles vég., gras animal, huiles de friture recyclées ● huiles de poisson (usines transformation) ● micro-algues, champignons

► caractéristiques: - moins énergétique que pétro-diésel mais indice cétane plus élevé - viscosité plus élevée : requiert additif par temps froid - bilan énergétique et bilan GES: positifs mais variables selon Bx

► marchés: - mélangé au pétrodiésel : B2, B5, B20, B100 - substitut à éthylène/polyols: lubrifiants, solvants, surfactants

► QC: Rothsay (36 Ml), Biocardel (5 Ml) distribution: Olco, Sonic

BIOHUILES

► Condensat liquide issu de résidus for/ag Utilisée principalement comme huile à chauffage

► techno connue: liquéfaction directe ou pyrolyse rapide (pression basse + addition très rapide de chaleur) 70% biohuile, 15% biocharbon, 15% gaz

► biomasse: résidus agricoles et forestiers

► caractéristique: contient plusieurs molécules d’hydrocarbones, raffinage en nombreux produits chimiques: flaveurs, résines

► marchés: infime part du marché des carburants mais croissance anticipée par petites unités mobiles

► Canada, leader mondial : Ensyn (ON), Dynamotive Energy (CB) Pyrovac (QC)

BIOÉTHANOL

► objectif QC: 5% en 2012, besoin de 330 Ml/a +

► technos connues / en développement (démo): bioéthanol + CO2 / lignine-hémicellulose / drèches

► biomasse: ● résidus ag-for (paille, tiges, coupes, essences résiduaires) ● résidus municipaux/industriels (organiques) ● cultures herbacées/arbustives (lignocelluloe)

► caractéristiques fixes (molécule unique) moins énergétique que l’essence, mais plus dense E10 réduit de 3% la puissance du moteur mais meilleure combustion

► marchés: - mélangé au pétrodiésel : E2, E5, E20, E100 - comme solvant / grade alimentaire

► QC: Ethanol Greenfield: cap. 120 Ml/an (320 000 t/an de maïs) Énerkem: usine pilote + projet démo de 4 Ml/an CRB Innovation: projet démo Tembec: grade alimentaire

BIOÉTHANOL suite

► QC 2011:

Agrosphère (ferme O. Lépine + autres producteurs agricoles):

St-Alexis-de-Montcalm

♦ éthanol 2e génération (12 Ml/an, ↓66 kt CO2):

- résidus agricoles + cultures dédiées (millet, panic) + résidus forestiers

- bandes riveraines (revenus) avec plantes pérennes (biomasse)

♦ valorisation de coproduits

♦ valorisation de l’hémicellulose

♦ fabrication d’enzymes sur place

♦ Nombreux partenariats: Coop Profid’Or, Danisco USA-Genencor, UQTR

CIPP, CNETE, CTMP, Humblet Technologies, PG Nature, CRIEB, CRIBIQ

♦ TDDC: octroi de 7,5 M$

BIOPRODUITS DE CHIMIE

► variété de produits: biolubrifiants, biosolvants, biodétergents, adhésifs, résines, huiles isolantes, éléments précurseurs, enzymes, levures biosurfactants, peintures, encres engrais, pesticides

► technos connues / en dév.: ● oléochimie, chimie verte ● chimie de synthèse ● métathèse, nanotech

► marchés: couvrent l’ensemble de l’industrie chimique + ailleurs commodités, produits de spécialité, produits de chimie fine

► défis: commercialisation pas facile, normes/standards, coût/qualité

► QC: Innu-Science, Choisy, Labo M2, Prolav, Chimiques B.O.D. Prolab, Bio-lub, Oléoprod, Innoltec, Bio Spectra, Alga-Labs Tembec, Lallemand, DNP GT SiliCycle, CO2 Solutions BioTerre Systems, Omnichem

MATÉRIAUX BIOSOURCÉS

► variétés de matériaux: biopolymères, bioplastiques, composites bois/plastiques biocomposites, nanomatériaux

► technos connues / en développement

► biomasse: ● fibres agro-forestières, polymères naturels (chitine) ● nouvelles cultures dédiées ● micro-organismes

► caractéristiques: nouvelles performances

► marchés: - construction, transport, aéronautique, emballage, - isolants, mousses, matériel de remplissage, - ustensiles/récipients, sacs/bacs

► Qc: ADM-SAP, BV Sorbex, Biomatera, Cerestech, Marinard Biotech Nova Envirocom, Plasbio, Omniplast Bénolec, Demilec, Maibec Lanaupole-Fibres, Texel

AUTRES BIOPRODUITS

► Santé humaine: ● antioxydants ● oméga 3 ● produits anticancéreux ● produits fermentés ● boissons fonctionnelles ● extraits marins

► Santé animale: ● litières ● drèches de distillerie (alimentation) ● tourteau de colza / soja

► Cosméceutiques: ● crème anti-âge ● crème solaire à base de chlorophylle ● lipsil avec ingrédients bioactifs

BIORAFFINERIES

AVANTAGES de la biomasse

La biomasse peut être transformée en énergie + bioproduitssans besoin d’attendre des millions d’années !

► renouvelable, carbone neutre, biodégradable,► permet des produits moins toxiques / polluants

Développement économique et régional• diversification commerciale• redynamisation des régions

Plus grande stabilité de l’offre / prix• approvisionnement diversifié, source constante de matière première• dépend de facteurs plus proches et contrôlables

Plus d’efficience dans le système• utilisation de résidus• Impacts positifs sur l’environnement

FACTEURS CRITIQUES

► approvisionnement en biomasse (prix/qualité)

► coûts de production vs qualité des produits

► valorisation des coproduits

► appui politique (vision gouvernementale)

► acceptabilité sociale

► connaissance des bioproduits (industriels, investisseurs)

► prix du pétrole

Pour l’agriculture: belles possibilités de: ☛ diversification (revenus additionnels) ☛ développement régional

mais faut gérer de façon durableoffre/demande de biomasse

FACTEURS D’INFLUENCE

Disponibilité et coût des biomasses Disponibilité et accessibilité du capital Capacité de R-D et d’innovation Alliances stratégiques

Propriété intellectuelle

« Ind Biotech: Development & Adoption by the US Chemical & Biofuels Industries », US International Trade Commission, juillet 2008

559 compagnies interrogées

PAS SUR LE RADAR il y a 10 ans

La conscience d’opportunités intéressantes augmente

De nombreux maillages se créent:- industries (agriculture, foresterie, chimie, énergie, transport, manufact.) - disciplines (biologie, chimie, sc. Des matériaux, génie)

Une communauté de pratique émerge regroupant les acteurs clé

Mais - technologies et systèmes de production pas complètement disponibles; - gros investissements en RD, - intégration des technologies, ingénierie, démonstration

Contribution très souhaitable pour notre économie: - diversification économique (agriculture, secteur manufacturier) - redynamisation des régions - impact positif sur l’environnement

MERCI !