valorisation et transformation de la biomasse forestière
DESCRIPTION
Cette présentation effectue une description sommaire des principales voies de transformation de la biomasse et identifie les facteurs déterminant le choix de ces options.TRANSCRIPT
Valorisation des Coproduits forestiers
Rencontre sur le Développement de la filière biomasse forestière
en Abitibi-Ouest27 Janvier 2011
Gilles Brunette
Directeur -Produits Composites
2© FPInnovations
Aperçu
• Description sommaire des principales voies de transformation de la biomasse
• Facteurs déterminants dans le choix des options
• Principales voies de transformation en énergie
• Considérations importantes pour le développement de la filière biomasse
• Valorisation des constituants chimiques
• Valorisation des la biomasse en produits composites
• Enjeux et défis pour la valorisation de la biomasse
Aperçu de la présentation
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Coproduits forestiers- source de fibres & d’énergie
• Exploitation forestière– Peuplements non-commerciaux– Branches, cimes, souches, feuillage– Résiduels non-marchands– Traitements pré-commerciaux– Brûlis et épidémies
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Valorisation de la Biomasse
• Utilisation de la biomasse pour la fabrication biocomposites & biopolymères
• La biomasse est une source importante d’énergie renouvelable
• Dérivés chimiques (huiles essentielles & autres extractibles)
Résidus ForestiersRésidus agricoles
Matériaux Composites
Énergie & Produits Chimiques
Bio-Fibres
Fibres & Composés chimiques
Énergiesstationnaires
Bio-Carburants
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• Biomasse• Coût• Qualité (teneur en humidité, contaminants, homogénéité)• Volume & disponibilité• Sources d’approvisionnement & contraintes externes
• Procédés• Technologie éprouvée• Investissement en capital• Rendement / Efficacité• Coûts d’opération• Avantages compétitifs• Considérations environnementales
• Produits• Produits intermédiaires & coproduits (fibres résiduelles) • Critères de qualité• Distribution / Accès aux marchés
Facteurs Déterminants dans le Choix des Options
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Disponibilité: Facteurs affectant la quantité disponible
Disponibilité potentielle
Disponibilité technique
Biomasse totale
Disponibilité économique ?
Disponibilité potentielle / technique / économique
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Disponibilité: Facteurs affectant la quantité disponible
• Potentiel– Niveau d’utilisation (composition des peuplements, essences
récoltées, diamètre d’écimage, tiges non marchandes, saison et fraicheur)
– Particularités des essences• Technique
– Niveau d’intégration avec la récolte– Système de récolte utilisé (bord de route, à la souche) – Équipement de récupération (ex. déchiqueteuse, broyeuse)
• Coûts– Limites techniques affectant les coûts (accès, conditions de
terrain, distance, saison, etc.)– Prix plafond fixé par le client ou l’entrepreneur
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Considérations financières: Coûts d’approvisionnement
Pré-empilage Broyage
Transport: - 120 km (aller), remorque à plancher mobile Autres:
- routes, supervision, frais généraux, entretien, règlements, droits
*Estimés tirés du modèle BiOS
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Considérations financières:Coûts d’approvisionnement (transport)
• La base du problème: • Transport d’un produit de faible valeur, avec une faible
densité en vrac, une pourcentage d’humidité élevé sur de longues distances– Importance d’optimiser la charge utile
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Considérations de qualité- Niveau d’homogénéité
• Sensibilité de certains procédés de conversion à l’hétérogénéité du matériel:
– Contaminants, écorces, aiguilles and brindilles, etc.
– Procédé se limite au bois blanc, nécessite des essences particulières ou est limité par la taille des particules?
– Le procédé complet peut être plus restrictif que certaines de ses constituantes
– Développer des méthodes de triage, tamisage et séparation
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Lignine: 15-25%
Hémicelluloses: 23-32%
Cellulose: 38-50%
Principaux Constituants du Bois
Source: J.D. McMillan, NREL
Extractibles: 3-6%
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Biomasse- Source d’énergie renouvelable
• Éthanol cellulosique
• Cogénération
• Biogas
• Bio-huiles
• Granules & bûches énergétiques
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Principales Voies de Transformation en Énergie
Thermo-Chimique
Combustion Gazéification Pyrolyse
Gaz de Synthèse (CO + H2)
Charbon & Huile
Biocarburants
Bio-Gaz
Bio-Chimique Physique
Hydrolyse & Fermentation Granules
Chaleur & Électricité
Chaleur & Électricité
Chaleur & Électricité
Chaleur & Électricité1
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Biocarburants
Principales Voies de Transformation en Énergie
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Contexte
• Augmentation constante des coûts des énergies conventionnelles et passage à la bioénergie et aux produits biochimiques à l’échelle mondiale, nationale et régionale
• Cinq variables clés de l'économie influencent les décisions d'investir dans les technologies de transformation de la biomasse en énergie :
– Le prix des combustibles fossiles
– Le prix du carbone et les règlements sur le climat
– Les coûts de transformation relié aux technologies de conversion
– Les coûts de la biomasse
– Les politiques publiques qui affectent l'approvisionnement et la demande et dans certains cas le coût de la biomasse
• Toutes ces variables sont actuellement très changeantes et ceci tend à décourager les investissements dans ces technologies.
Contexte Actuel
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Étude de cas: Projet de gazéification en CB
• Installation de 2 gazogènes alimentant chaudière à feu direct pour la production de vapeur à la papetière de Kruger située à New Westminster
• Biogaz remplace l’équivalent de 445,000 GJ de gaz naturel par année
• Capacité de générer 40,000 lbs de vapeur basse pression pour chauffage communautaire
• Réduction annuelle des GES de 22,000 t, permettant des économies annuelles de $600,000 en 2012 sur les taxes de carbone
Source: http://www.nexterra.ca
Étude de cas: Projet de gazéification en CB
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Étude de cas: Projet de gazéification en CB
• Biogaz remplace l’équivalent de 235,000 GJ de gaz naturel par année
• Économies annuelles de $1.5- $2.0 en énergie pour le séchage des placages et le conditionnement des billes
• Réduction annuelle des GES de 12,000 t, permettant des économies annuelles de $360,000 en 2012 sur les taxes de carbone
• Installation de 2 gazogènes alimentant chaudière à feu indirect pour la production de vapeur à l’usine de contreplaqué de Tolko située à Heffey Creek
Source: http://www.nexterra.ca
Étude de cas: Projet de gazéification en CB
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Développement du potentiel de valorisation de la biomasse
• L’intégration des filières énergétiques à des unités de production existantes est généralement préférable. De façon générale, l’intégration fournit :
• Un RCE plus élevé et une réduction de l’investissement en capital
• Un approvisionnement en fibre plus sûr et moins coûteux
• Un plus grand nombre d’emplois
• La diversification des options de transformation est souhaitable et permet :
• Potentiel plus grand de valorisation de la biomasse (valorisation des différents constituants chimiques et/ou des fibres)
• Un approvisionnement en fibre plus sûr une meilleure efficacité dans les procédés de transformation
• Un développement régional plus important et plus soutenu
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Valorisation des écorces
• Composés phénoliques dérivés des écorces et de la lignine utilisés
dans la synthèse de résines de type phénol-formaldéhyde
• Mousse de polyuréthane
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Valorisation des Extractibles
• Terpènes– Propriétés fongicides et insecticides
– Utilisation dans certains vernis & adhésifs
• Résines et les colophanes– Utilisation dans les encres, les peintures, adhésifs, laques,
vernis et produits cosmétiques
• Composés phénoliques & tannins– Utilisation comme antioxydant, antimicrobien, antifongique
et composante de certains adhésifs
• Cires & graisses
• Glucides (polysaccharides & sucres simples)
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Valorisation des Extractibles
• Feuilles & aiguilles– Huiles Essentielles
• Extraction à la vapeur ou avec solvants organiques
• Variation de la teneur et de la composition en fonction des essences
• Utilisées dans les cosmétiques, parfums, aromathérapie, produits de nettoyage & usages thérapeutiques
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Valorisation des Extractibles
• Feuillage du Bouleau Jaune– Contenu en Tocopherol (Vitamine E)
utilisé dans les cosmétiques
• Écorce de Bouleau
– La Bétuline et l’acide betulinique sont des constituants majeurs de l’écorce de bouleau blanc
– Propriétés anti-inflamatoires, antivirales, et anti-oxydantes. Utilisé dans le traitement de certains cancers
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Source de Fibres pour Composites
• Panneaux – OSB– Particules– MDF/HDF/LDF
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Panneaux de bois ciment
Source: http://www.eltomation.nl/
• Fondations et planchers
• Murs extérieurs• Toiture• Rénovation• Plafond suspendu• Insonorisation
Applications:
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Panneaux de bois ciment
• Résistance au feu
• Résistance aux termites
• Performances acoustiques
• Isolant thermique
• Résistance au gel
• Résistance à l’humidité
Source: http://www.eltomation.nl/
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Composites Bois-Polymère
• Des marchés en croissance avec un potentiel important
• Nouvelles applications;
automobile, construction, meubles jardin, composantes de fenêtres…
• Farine de bois et conversion en granules de bois-plastique
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Isolants Acoustiques et Thermiques
• Matelas de fibres de bois flexibles ou semi-rigides
• Installation intérieure ou extérieure
• Coefficient de diffusion thermique jusqu’à 10X plus élevé que la laine de verre
• Capacité d’absorption pour un meilleur contrôle hygrométrique
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Enjeux & défis pour la valorisation de la biomasse
• Variabilité au niveau de la qualité et de la composition
• Limites techniques reliées à l’accès et la récupération
• Distance de transport
• Mode de transport adapté en raison de la faible densité volumétrique
• Plusieurs facteurs externes contribuent à l’incertitude dans les projets de transformation en énergie
• Sensibilité de certains procédés de conversion à l’hétérogénéité du matériel
• Présence d’écorce et contaminants, impact sur les propriétés de plusieurs types de panneaux composites
• La diversification des options de transformation au sein d’une même organisation ou d’une région peut atténuer le risque des projets
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