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  • Centre d'Angers2 square Lafayette

    BP 40649004 ANGERS Cedex 01

    PYROLYSE ETGAZEIFICATION

    DE LA BIOMASSEPOUR LA PRODUCTION

    D'ELECTRICITE

    PROCEDES ET ACTEURS

    Octobre 2001

    OBSERVER Cirad-Fort146 rue de l'Universit TA 10/16

    75007 PARIS 34398 MONTPELLIER Cedex 5

  • 1

    SOMMAIRE

    Synthse.................................................................................................................................. i

    1 - Quelques rappels .............................................................................................................. 2

    1.1 - La biomasse................................................................................................................... 3

    1.1.1 - Composition ............................................................................................................... 31.1.2 - L'humidit .................................................................................................................. 51.1.3 - Proprits thermiques................................................................................................. 51.1.4 - Pouvoir calorifique..................................................................................................... 61.1.5 - Caractristiques physiques ......................................................................................... 61.1.6 - La mise en uvre de la biomasse dans les procds.................................................. 71.1.7 - Disponibilit de la ressource ...................................................................................... 9

    1.2 - Les diffrents procds de conversion thermochimique de la biomasse ...................... 9

    2 - La pyrolyse..................................................................................................................... 11

    2.1 - Introduction la pyrolyse............................................................................................ 11

    2.2 - La pyrolyse rapide....................................................................................................... 11

    2.3 - Les procds de pyrolyse rapide ................................................................................. 13

    2.3.1 - Les procds lits fluidiss...................................................................................... 132.3.2 - Les racteurs ablatifs................................................................................................ 142.3.3 -Les racteurs lits entrans ..................................................................................... 142.3.4 - Les racteurs cne rotatif ...................................................................................... 142.3.5 - Les racteurs de pyrolyse sous vide ......................................................................... 15

    2.4 - Les huiles de pyrolyse ................................................................................................. 15

    2.4.1- Caractrisation des huiles de pyrolyse ...................................................................... 162.4.2 - Applications pour les huiles de pyrolyse ................................................................. 17

    2.5 - Analyse critique et recommandations ......................................................................... 18

  • 3 - La gazification......................................................................................................................... 23

    3.1 - Les ractions chimiques de la gazification .......................................................................... 233.1.1. - Dfinitions ................................................................................................................. 233.1.2 - Les principales ractions............................................................................................. 24

    3.2 - Nature des gaz produits.......................................................................................................... 26

    3.3 - Les diffrents types de procds utiliss................................................................................ 273.3.1 - Procds lit fixe........................................................................................................ 273.3.2 - Procd lit fluidis ................................................................................................... 29

    3.4 Analyse comparative des procds ....................................................................................... 31

    3.5 - Le traitement des gaz ............................................................................................................. 363.5.1 La sparation des particules ou poussires................................................................. 363.5.2 Elimination des goudrons........................................................................................... 37

    3.6 - Les applications de la gazification ....................................................................................... 393.6.1 - La combustion directe................................................................................................. 403.6.2 - La combustion dans les moteurs................................................................................. 403.6.3 - Les turbines gaz ....................................................................................................... 41

    3.7 Analyse critique et recommandations ................................................................................... 45

    Photo page de couverture : Gazogne co-courant PILLARD (Installation de Porquerolles - 130 kVA)

    Les points de vue exprims dans ce rapport sont ceux de l'expert seul, il ne saurait engager ni legouvernement franais, ni l'Ademe.

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    SYNTHESE

    Compte tenu de l'augmentation de l'impact sur l'environnement de l'accroissement de l'activithumaine, les nergies renouvelables sont d'une importance croissante d'un point de vueenvironnemental en substitution des nergies fossiles. La France, dans le contexte europen, aintgr cette dimension dans sa stratgie nergtique et se propose daccrotresignificativement la part de llectricit produite partir de sources dnergie renouvelabled'ici 2010 . La biomasse qui reprsente le gisement le plus important devrait terme jouer unrle important dans cette stratgie. Dans ce contexte, la pyrolyse et la gazification sont deuxoptions techniques qui permettraient de transformer la biomasse en vecteurs nergtiques plusou moins directement convertissable en lectricit.

    Les technologies qui se sont dveloppes sur la base de ces filires depuis plusieurs dizainesd'annes ont atteint un niveau de maturit diffrent mais qui, pour certaines d'entre elles, estcependant suffisant pour que des pays europens, notamment les pays scandinaves, oul'Angleterre, s'engagent dans des projets industriels. La France qui fut un des pays leader dansce domaine dans les annes 80, est aujourd'hui pratiquement totalement absente du concertinternational.

    Cette dmarche a conduit l'Ademe confier au groupement Observer-Cirad la tched'analyser les possibilits d'avenir de ces technologies en France.

    Ce travail comprend trois tapes :

    - Technologies et Acteurs qui a pour objectif de mettre en perspective l'tat de l'art sur lapyrolyse et la gazification de la biomasse et les stratgies des oprateurs.

    - Obstacles et opportunits techniques, conomiques et politiques afin de prciser lesconditions de leur insertion en France.

    - Identification et proposition d'une stratgie franaise.

    Le prsent document rapporte de la premire tape de ce travail. Il met en vidence :

    A - Au niveau de la pyrolyse

    A1 - Aujourd'hui, la grande majorit des units de pyrolyse flash, dont l'objectif est laproduction de liquide, est dveloppe dans le cadre d'units de R&D. Toutefois, ENSYN admontr la faisabilit industrielle de ses units aux USA, mais il est vrai dans un contextetrs spcifique. Les informations disponibles sur cette installation et ses performances rellessont quasi inexistantes.

    A2 - La pyrolyse rapide prsente deux avantages principaux par rapport aux autres voies deconversion thermochimiques de la biomasse.

    - Le premier, le plus important, concerne le dcouplage possible entre la production etl'utilisation. En effet il est possible d'implanter une unit de production dans une zone ola ressource est abondante afin de minimiser les cots de transport de la matire premireet de bnficier de l'effet d'chelle sur les investissements. Les huiles sont ensuitetransportes aisment vers les lieux d'utilisation. Cet avantage joue peu en France,comparativement aux pays scandinaves par exemple, mais peut tre non ngligeable

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    surtout si les externalits du projet de l'unit sont prises en compte dans le calculconomique.

    - Le deuxime avantage concerne la spcificit de ces huiles qui les rendent potentiellementsubstituables au carburant dans les transports. Cependant l'obtention d'un carburantdirectement utilisable la pompe reste aujourd'hui une utopie, compte tenu des cots deraffinage.

    A3 - Au niveau technologique les procds qui sont proposs par les quelques fournisseursont atteint un niveau de maturit qui permet d'envisager leur dmonstration industrielle. Lesdiffrentes solutions sont toutefois trs proches les unes des autres en terme de rendement etde qualit d'huile. Si le nombre de ralisation reste encore faible dans le monde, notammenten ce qui concerne les ralisations industrielles, le procd en lui mme n'est pas en cause. Lemanque de dbouch pour les huiles du fait de leur grande htrognit constituentcertainement le principal handicap.

    A4 - Les problmes qui restent rsoudre sont encore nombreux et tiennent essentiellementaux caractristiques