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Défis Industriels et Environnementauxde la filière Biochar au Québec
Colloque organisé par
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Nicolet, 16-17 octobre 2017
«Le biochar: source d’énergie, de matière premièreou de valeur économique ? »
Gérald André, BScA, PhD
VIE~Tech Consultants Inc.
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Défis Industriels et Environnementauxde la filière Biochar au Québec
«Le biochar: source d’énergie, de matière premièreou de valeur économique ? »
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Plan de la présentation
• Introduction: Le biochar et sa définition
• Le biochar et son énergie
• Le biochar et les GES
• La dynamique du marché: les plus et les moins
• Conclusions et pistes d’action
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Production du biochar: schéma de principe
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Attention: Suivre le chemin du carbone !
pyrolyse
Inspiré du site internet International Biochar Initiative
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Production du biochar: Pyrolyse vs Torréfaction
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La torréfaction privilégie la conversion en biochar
Inspiré du site internet International Biochar Initiative
X
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Fractionnement de la biomasse par pyrolyse
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Biochar produit : fourchette de 10% à 50 %de la biomasse traitée (base sèche)
D’après la méta-analyse de Brownsort (2009)
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Comparaison des rendements: pyrolyse vs torréfaction
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Source: Koppejan et al., IEA Bioenergy Task 32 Report (2012)
La torréfaction privilégie la conversion en biochar(volatilisation d’une fraction de la biomasse)
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Bilans de masse et d’énergie: pyrolyse vs torréfaction
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Biomasse à l’entrée Biochar Biohuile Différence
1000 kg 350 kg 400 kg 250 kg
16 à 20 MJ/kg 22 MJ/kg 16 à 20 MJ/kg --
18 GJ 8 GJ 7 GJ 15 – 20 %
PYROLYSE à vitesse intermédiaire - Base = 1 tonne de biomasse sèche
Énergie biochar: 50 % de l’énergie à l’entrée
Attention: chaleur latente d’évaporation de l’eau 2,3 MJ/kgSi 30% d’humidité dans la biomasse de départ 5 % du contenu énergétique
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Bilans de masse et d’énergie: pyrolyse vs torréfaction
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TORRÉFACTION - Base = 1 tonne de biomasse sèche
Énergie biochar: 50 % de l’énergie à l’entrée
Biomasse à l’entrée Biochar Biohuile Différence
1000 kg 750 kg 0 kg 250 kg
16 à 20 MJ/kg 22 MJ/kg 16 à 20 MJ/kg --
18 GJ 16,5 GJ 0 GJ 5 – 15 %
X
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Émissions de gaz à effet de serre et sources d’énergie
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Impact de la séquestration: de 0 (i.e. pas d’enfouissement )à -1,4 kg éq.CO2 par kg de biomasse
-2,000
-1,000
0,000
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Combustibles fossiles & bois dechauffage
Bois & Biomasse (Industriel)
Bio-char
Linéaire (Droite référence)
Émissions GES(kg éq.CO2/kg)
GN
HC
C & C
Légende: GN = Gaz naturel, HC = Hydrocarbures, C&C = Coke et charbon,B(dom) = Bois de chauffage – usage domestique
B(Dom)
combustion
séquestration
PCI (MJ/kg)
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Potentiel de séquestration du carbone avec le biochar
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Contexte Canadien (Alberta Innovates – 2016):Biomasses résiduelles = 120 Mt (sèche) = 125 Mt éq. CO2
Source: Lehmann & Joseph (Cornell U.) – Nature Comm. (2010)
Potentiel global selon divers scénarios
➢ Fourchette de 3,5 à 6,5 Gt éq.CO2
= 6 à 12% des émissions annuelles anthropogéniques ( 55 Gt)
➢ Comparateur : Émissions canadiennes (2014) = 732 Mt éq.CO2 /an (*)
(*) Rapport émis par Environnement et Changement Climatique Canada (2014)
Scénario médian = 4,5 Gt éq.CO2
➢ Récupération significative de biomasses résiduelles
(agricoles et forestières )
➢ Mise en culture de 75% de terres marginales
➢ Implantation d’une approche agroforestière appelée «sylvopasture»
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Le biochar et ses multiples champs d’application
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Agriculture&
Foresterie
Protection de
l’environnement
Produits à
valeur ajoutée
Bioénergie
BIOCHAR
Amendement des sols
Séquestration du carbone
Rétention des eaux de surface
Contrôle de la migration des polluants
Biocarburants –Biocharbon - Coke
Restauration de sites contaminés
Matériaux:Fibres torréfiées,Noir de carbone, Charbon activé,Nano-matériaux
Le biochar = approche intégrée de valorisation de la biomasse d'origine végétale
dans un contexte d'économie durable.
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Comment chiffrer le marché du biochar ?
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Méthodologie Données sur les segments de marché X 10%
Matt Delaney (2015) – White paper pour US Forest Service & État de l’Orégon
2600
60
1100500
800
Potentiels du marché américain en M$ Applications agro & enviro
Agriculture & Régie Bio Aide au compostage
Horticulture Filtration des eaux pluviales
Réhabilitation des sols
= 5 G$
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Comment chiffrer le marché du biochar ?
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Croissance annuelle:14 % (ventes) ou 20 % (volumes)
Données publiées par Vega Biofuels (2014)
0
100
200
300
400
500
600
M$ Volume (kt)
Évolution du marché global(selon Transparency Market Research)
2013 2020
Prix unitaire= $ 1,90/kg
(2020)
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Facteurs dynamiques de marché
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Facteurs liés aux technologies Facteurs économiquesP
OS
IT
IF
SN
ÉG
AT
IF
S
Accessibilité,fiabilité & versatilité
des plateformes de production
Adoption de standards –Propriétés Biochars
Propriétés –BiohuilesR-D
Connaissances à améliorerPar ex., Interactions
Biomasse ↔ Biochar ↔ Sols
Prix & Disponibilité – Charbon
Taxes –Carbone
Prix –Carburants
Fossiles
Prix & Disponibilité – Biomasse
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Impact du coût du carbone sur le potentiel du biochar Base = $ CAD / tonne équiv. C
Light Sweet Crude Oil (CME) Déc 2017 Futures – 14/09/2017 $ 507 /t C
Prix Plancher du Carbone (Canada – 2022) $ 50 /t CO2 = $ 183 /t C
Québec- Août 2017 $ 18,66 /t CO2 = $ 68 /t C
Unités d’émission GES (Système Plafonnement et Échange Western Climate Inititive)
$ 100 /t C $ 200 /t C
Charbon (CME) – Déc 2017 $ 122 /t C
← Fourchette – Biomasse → $ 100 à 200 /t C
Mazout léger (CME) Déc 2017 Futures – 14/09/2017 $ 787 /t C
«Biomass-to- Biochar-to-Soil Scenario» (Cornell Univ., Roberts et al, 2010)
Break-even Point (LATE CORN STOVER)(US$ 40,00/t CO2)
Break-even Point (YARD WASTE)(US$ 2,00/t CO2)
Alberta Carbon Levy $ 30 /t CO2 2017
$ 800 /t C$ 600 /t C
2018
Le seuil de rentabilité = f (source de biomasse & taxe carbone)
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«Le biochar: source d’énergie, de matière première
ou de valeur économique ? » Oui, mais …
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✓Moteurs de développement du marché:o Avancement et diffusion des connaissances (R & D)o Taxes sur le carbone fossileo Accès aux sources de biomasse o Approche de développement durable
✓Freins:o Prix abordables des différentes formes d’énergie fossileo Caractérisation des biochars en fonction des applications o Normes et règlementation
MARCHÉS X00 M$(2017)
1 G$(2025)
Croissance = 15 à 20% / an
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«Le biochar: source d’énergie, de matière première
ou de valeur économique ? » Oui, mais …
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Éléments d’action
✓Intensifier les efforts de recherche:o Caractérisation et mise en place de standardso Validation des applicationso Mise à l’échelle en usine et sur le terrain
✓Soutenir la mise en place de chaînes logistiques :o Gestion de la biomasse (usines en région)o Transport et distributiono Circuit court et approche intégrée
✓Intégrer le biochar dans l’effort de réduction des GES :o Appui à l’utilisation des crédits carbone
✓Promouvoir les applications et le développement des marchés :o Diffusion des connaissances (applications, études de cas)o Exportations à valeur ajoutée (produits, technologies)
Merci & Questions ???