chapitre 3 - Biomasse

3
Les valorisations non alimentaires
de la biomasse
Les différentes voies, la taille des procédés,
les modes de gestion
Ce support a été réalisé avec le soutien financier du Compte d'affectation
spéciale "Développement Agricole et Rural" du Ministère de l'Alimentation,
de l'Agriculture et de la Pêche
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
PLAN
LES VALORISATIONS NON ALIMENTAIRES
LES VALORISATION EN ENERGIE
Caractéristiques particulières de la biomasse
Zoom sur les différents procédés
Taille des unités
LE PRINCIPE DE BIORAFFINERIE
LE POINT DE VUE DES DIFFÉRENTS ACTEURS
POTENTIELLEMENT UTILISATEURS DE BIOMASSE-ÉNERGIE
1
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
LES VALORISATIONS NON ALIMENTAIRES
DE LA BIOMASSE
La biomasse pour remplacer des molécules d’origine minérale ou de synthèse
Énergie
Unité de méthanisation
Agro-matériaux
Valise en chanvre
Matériau isolant
Chimie verte
Encre, vernis, adhésif, cosmétique
2
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
LES VALORISATIONS NON ALIMENTAIRES
Biomatériaux
Bioproduits
Biocarburants
Biocarburants de
2de génération
Biocombustibles
Biogaz
Chanvre, Lin
Oléagineux
Pomme de terre
Céréales,
betteraves
Plantes
entières
Plantes
entières
Résidus de
cultures
Coproduits
végétaux
Coproduits
végétaux
Coproduits
végétaux
Coproduits
animaux
Déchets des
IAA
Déchets des
IAA
Effluents
d’élevage
Oléagineux
Céréales,
betteraves
Plantes
entières
Coproduits
végétaux
3
Coproduits
animaux
Coproduits
animaux
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
=> Selon son taux d’humidité et sa composition, la matière première pourra être valorisée dans
différentes voies.
4
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
PARTICULARITÉS LIÉES À L’UTILISATION
DE LA BIOMASSE
Comparaison des cultures biomasse par rapport au bois
AVANTAGES
Même pouvoir calorifique
Taux d’humidité inférieur
(cas des récoltes en sec)
Moins d’azote et de soufre
=> réduction des émissions de NOx
et de SOx
INCONVENIENTS
Plus de silice et T° de fusion des
cendres inférieure => plus de mâchefer
% de cendres plus élevé
=> plus de cendres à évacuer
Incidence sur le type de chaudière
(grille mobile de préférence)
Taux de chlore plus élevé
=> plus corrosif (HCl dans les fumées)
Incidence sur le type de conduit
Voir le Tableau des compositions ci-après =>
5
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
COMPOSITION DE LA BIOMASSE
Miscanthus
Pouvoir Calorifique (kWh/kg)
Humidité (%)
Bois
Paille de céréales
Max
4,75
Min
Max
Min
Max
Min
Max
Min
5,44
4.55
5,52
3,5
5,39
4
5,19
16
33
13
15
25
49
10
22
1000
1400
800
1273
2
6
Température de fusion des cendres
Matière Sèche (T/ha)
Switchgrass
1016
1020
5
44
5
23
Taux de cendre (%)
1,6
4
2,3
10,5
0,55
1,5
3
6,2
Carbone (% MS)
47,3
49
41,45
47,8
50
50
42
43
Hydrogène (% MS)
5,4
6
5
5,8
6
6,2
5
6
Azote (% MS)
0,19
0,67
0,71
1,37
0,07
0,49
0,18
0,84
Souffre (% MS)
0,004
0,19
0,05
0,11
0,004
0,05
0,05
0,27
Chlore (% MS)
0,4
0,5
0,02
0,1
0,004
0,02
0,14
0,75
Potassium (% MS)
0,12
1,3
0,06
1,28
Calcium(% MS)
0,04
0,37
0,28
0,72
Silice (% MS)
0,73
1,49
4,1
0,5
2
Sources : biobib (http://www.vt.tuwien.ac.at/Biobib/biobib.html) et phylis (http://www.ecn.nl/phyllis/). Flore Barat,
Caractérisation de la variabilité de la teneur en chlore, silicium, potassium, soufre dans le sol et leur transfert dans les
parties aériennes du panic érigé et du miscanthus en vue d’essais de combustion. Septembre 2007.
6
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
ZOOM SUR LES PROCÉDÉS
1 Combustion
Combustion = oxydation complète du combustible
en présence d’un excès d’air
Chauffage individuel : insert, poêle, chaudière
Réseau de chaleur
Chaufferie industrielle
Possibilité de cogénération : production simultanée
d’énergie mécanique ou électrique et de chaleur
Vapeur
Biocombustibles
Chaudière
Chaleur
Turbine
Électricité
Cogénération
Biodéchets et sous-produits
cellulosiques
Produits cellulosiques de
cultures ou de sylvicultures
7
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
2 Pyrolyse
Pyrolyse = décomposition thermique
de la biomasse en absence d’air
Température
300°C
900°C
Solide : charbon végétal solide
densifié en énergie
Liquide : combustible
Gaz combustible (chauffage,
électricité, voire carburant)
Pilote de pyrolyse
©Gérard_pôle IAR
=> Plus la température est élevée, plus le process est orienté vers la formation de gaz
8
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
3 Gazéification
Gazéification : décomposition thermique de la biomasse,
en atmosphère réductrice
Cendres
Gaz combustible
Épuration/filtration
Énergie
mécanique /
électricité
Vapeur valorisée
dans le procédé
=> La matière solide est complètement transformée.
Avantages sur la combustion directe : procédé « plus propre »,
rendements plus élevés, valorisation de la vapeur possible dans le
procédé
9
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
4 Méthanisation
BIOGAZ
Absence de
O2
BIOGAZ + DIGESTAT
BIOMASSE
Bactéries
Chaleur
Electricité
Injection dans le réseau
de gaz naturel (Suisse,
Allemagne et France
courant 2011)
Carburant pour véhicules
(Lille, Suède)
10
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
5 Biocarburants G1
Source : IFP
Un hectare de …
produit…
Céréale
2,5 t d’éthanol
Betterave
5,8 t d’éthanol
Oléagineux
1,4 t de biodiesel
85%
Source : ADEME
11
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
ZOOM SUR LA PRODUCTION DE BIOCARBURANTS
Marché des biocarburants
en France : 7 % en 2010
1 G1/Bioéthanol
NORD (59)
SEINE MARITIME (76)
Gonfreville
Ouest ETBE
production ETBE
Mardyck
ETBE
production ETBE
AISNE (02)
Origny
TEREOS
200 kt/an
MARNE (51)
Bazancourt
CRISTANOL 1 & 2
280 kt/an
Lillebonne
BENP
230 kt/an
Bioéthanol :
Besoin : entre 0,7 et 1 MT/an
Agréments : 1 MT/an
Capacité Filière 2010 : 1,3 MT/an
BAH-RHIN (67)
Beinhem
ROQUETTE
160 kt/an
AUBE (10)
Le Mériot
SOUFFLET
100 kt/an
RHÔNE (69)
Feyzin
TOTAL
production ETBE
GIRONDE (33)
Bordeaux
DIESTER
250 Kt/an
Source : Les biocarburants, un atout pour l’indépendance énergétique,
l’agriculture et l’environnement
(MAAP) : http://agriculture.gouv.fr/IMG/pdf/biocarburants_240407.pdf
12
DISTILLERIE EXISTANTES
CAPACITÉ DISPONIBLE
PLUS DE 120 Kt/an
BOUCHES DU RHÔNE (13)
Fos
LYONDELL
production ETBE
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
NORD (59)
Dinkerque 200 kt/an
TOTAL
biodiesel synthèse
Dunkerque 150 kt/an
DAUDRRUY
2 G1/Biodiesel
Coudekerque 250 kt/an
DIESTER
Biodiesel :
Besoins : 2,8 MT/an
Agréments : 3,2 MT/an
Capacité Filière 2010 :
3,66MT/an
SEINE MARITIME (76)
CALVADOS (14)
Lisieux
BIONERVAL
55 kt/an
Grand-Couronne
DIESTER
520 kt/an
OISE (60)
Compiègne 1 et 2
DIESTER
220 kt/an
SEINE ET MARNE (77)
Limay
SA RP INDUSTRIE
80 kt/an
MEUSE (55)
ILE-ET-VILAINES (35)
Charny-sur-Meuse
PROGILOR BOUVART
60 kt/an EMHA
Cornille
SCA Pétrôle et dérivés
100 kt/an
3 Emprise sur les terres
en France en 2010 :
2,3 M d'ha de biocarburants
(2 M d’ha « nets »)
Verdun
INEOS
230 kt/an
LOIRE ATLANTIQUE (44)
Montoir
AIRAS 4
55 kt/an
AUBE (10)
Nogent - Le Mériot
DIESTER
250 kt/an
Montoir
DIESTER
250 kt/an
BOUCHES DU RHÔNE (13)
Fos-sur-mer
BIOCAR
200 kt/an
CHARENTES MARITIMES (17)
La Rochelle
SCA ATLANTIQUE
50 kt/an
HÉRAULT (34)
Sète 1 et 2
DIESTER
500 kt/an
GIRONDE (33)
Source : Les biocarburants, un atout pour l’indépendance énergétique,
l’agriculture et l’environnement
(MAAP) : http://agriculture.gouv.fr/IMG/pdf/biocarburants_240407.pdf
13
Bordeaux
DIESTER
250 kt/an
VIENNE (86)
Chalandray
CENTRE OUEST CEREALES
120 kt/an
HAUTE GARONNE (31)
Boussens
COGNIS DIESTER
120 kt/an
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
4 G2/Biocarburant
Ils seront produits à partir de la biomasse lignocellulosique
(bois, résidus de récoltes forestières ou agricoles, déchets
agroalimentaires, cultures dédiées – plante entière …)
Source : IFP
14
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
QUELLE TAILLE POUR LES UNITES ? 1/2
Procédé
Matière première
Taille
Combustion
Biomasses
lignocellulosiques
Des chaufferies domestiques (2 à 4 t MP/an) aux
chaufferies collectives (3 à 4000 t MP pour 3 à 4
MWth) et industrielles
Pyrolyse
Biomasses
lignocellulosiques
De petites unités aux unités industrielles
Gazéification
Biomasses
lignocellulosiques
D’une dizaine de kWe à plusieurs dizaines de Mwe
Méthanisation
Biomasses /
déchets méthanisables
Du méthaniseur agricole (au moins 40 kWe)
à plusieurs MW pour les unités industrielles
(de l’ordre 100 000 T MP/an)
Biocarburant G1
Matière sucrée et amylacée
(bioéthanol) ;
oléagineux (biodiesel)
Industrielle (bioéthanol : 100 à 300 kt/unité/an ;
biodiesel : 50 à 500 kt/unité/an)
Biocarburant G2
Biomasses
lignocellulosiques
Industrielle (rayon d’approvisionnement – voie
biochimique : 30 à 40 km soit + de 500 000 t MP
; voie thermochimique : 500 km)
MP = Matière Première
15
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
QUELLE TAILLE POUR LES UNITES ? 2/2
600
500
400
300
200
100
0
Unité domestique
Unité collective
sti
on
Mé
Bi
oc
th
ar
an
bu
isa
ra
Bi
tio
n
oc
t
n
ar
G1
bu
:é
ra
th
nt
an
G1
Bi
ol
oc
:b
ar
io
bu
di
ra
es
n
Bi
el
t
G2
oc
ar
:é
bu
th
ra
an
nt
ol
G2
:b
io
di
es
el
Unité industrielle
Co
m
bu
kt biomasse/an/unité
Estimation du volume nécessaire
pour l'approvisionnement des unités
16
Source : CRA Picardie
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
VERS LE PRINCIPE DE BIORAFFINERIE
1/3
Une source de biomasse donnée peut entrer dans la voie de
valorisation en énergie, mais pas uniquement.
Chaque composant de la biomasse peut être extrait ou séparé des
autres, pour obtenir différentes fractions qui seront utilisées dans
différents procédés.
=> Il est possible de créer des synergies entre les différentes voies
de valorisation.
17
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
VERS LE PRINCIPE DE BIORAFFINERIE
2/3
PLANTE ENTIERE
CEREALES-OLEAGINEUX-PROTEAGINEUX
BETTERAVES-PLANTES A FIBRES-RAISIN-BOIS
1ère Transformation
EXTRACTION - SEPARATION
Biomolécule
FRACTIONNEMENT
HYDROLYSE CHIMIQUE OU ENZYMATIQUE
FONCTIONNALISATION
CHIMIE, FERMENTATION, CONVERISON ENZYMATIQUE
PRODUITS AGRO-INDUSTRIELS
INTERMEDIAIRES
Bioaliment
Flux de
matière
Biomatériaux
2ème Transformation
FORMULATION
Bioénergie
18
Biomolécule
Bioaliment
Biomatériaux
Bioénergie
RETOUR
SOMMAIRE
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
VERS LE PRINCIPE DE BIORAFFINERIE
3/3
Les biocarburants de 2ème génération pourront être le point
de convergence de la bioraffinerie
Exploitation agricole
Production
[Agronomie]
Biomasse
Biomasse
humide
+ H2 O
Collecte
Conversion
[Pré-traitement - Synthèse]
Commodités
Broyage et/ou
méthanisation
Biogaz
Prétraitement
Hydrolyse
enzymatique
Huiles
Fermentation
multi-sucres
Ethanol
Co-génération
Chaleur
Electricité
Intermédiaire
de la lignine
Gazéification
Synthèse
Pyrolyse
Conditionnement
gaz et séparation
Préconditionement
Broyage et/ou
pyrolyse
Etapes
Produits
Intermédiaire
+ Energie
Biomasse
sèche
19
Industrie des biomatériaux, biomolécules, bioaliment
[Logistique]
Préconditionement
Horizon 2015
Hydrocarbures
© / J.Cormeau
INRA
3.
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
POINT DE VUE DES INDUSTRIELS
Des industriels souhaitent intégrer une valorisation énergétique de la
biomasse afin de :
Rationaliser la gestion des déchets (valorisation des co-produits …)
Augmenter leur autonomie énergétique
Diversifier les produits de l’entreprise
Développer leur image
Les entreprises privées du secteur de l’énergie qui souhaitent investir dans
une centrale de production d’un bien ou d’un service
20
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
POINT DE VUE DES COLLECTIVITES TERRITORIALES
Les collectivités locales sont à la fois productrices et utilisatrices potentielles
de biomasse.
Les procédés qu’elles peuvent mettre en œuvre sont :
Combustion
• Exemple : les différents de projets de chaufferie bois/biomasse
(Besançon, Beauvais, Metz …)
Pyrolyse voire la gazéification (unité de taille importante)
• Exemple : projet de pyrolyse de la ville d’Arras pour le traitement
des déchets
Méthanisation
• Exemple : le Centre de Valorisation Organique de Sequedin qui
produit du biogaz pour la flotte de bus de la Communauté Urbaine
de Lille
Potentiel de production et de valorisation de la Biomasse d’une collectivité locale =>
21
RETOUR
SOMMAIRE
3.
22
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
POINT DE VUE DES COLLECTIVITES TERRITORIALES
Mode de fonctionnement : il y a différents niveaux d’implication possibles
Le modèle décentralisé : la collectivité organise son marché dans le
cadre d’appel d’offre et de partenariats publics/privés
Exemple : la Délégation de Service Public
Le modèle centralisé : la collectivité investit totalement dans la
réalisation et la gestion.
23
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
DES CHOIX STRATEGIQUES A ADAPTER 1/2
Les choix stratégiques seront différents selon les utilisateurs des procédés et
les enjeux auxquels ils sont confrontés : type de ressource disponible,
aménagement du territoire, compétitivité d’une entreprise …
Exemples d’acteurs :
1.
Un élu local qui souhaite valoriser la biomasse produite par la commune
2.
Un élu local qui souhaite utiliser de la biomasse pour faire des économies
d’énergie sur sa commune.
3.
Une communauté de commune qui désire faire une étude globale des flux de
biomasse et de leur potentiel d’utilisation sur son périmètre d’action.
4.
Un politique qui souhaite avoir des critères de décision fondés sur des
référentiels scientifiques pour développer la valorisation de la biomasse à l’échelle de
la région ou du département.
5.
Un agriculteur ou un groupement d’agriculteurs qui produit de l’énergie et qui
souhaite la vendre à une collectivité locale.
24
RETOUR
SOMMAIRE
3.
Les valorisations non alimentaires de la biomasse
DES CHOIX STRATEGIQUES A ADAPTER 2/2
Exemples d’acteurs (suite) :
6.
Un agriculteur ou un groupement d’agriculteurs qui produit de la biomasse et qui
souhaite la valoriser auprès d’une collectivité locale.
7.
Un agriculteur ou un groupement d’agriculteurs qui produit de la biomasse et qui
souhaite la valoriser en propre.
8.
Un industriel qui produit de la biomasse et qui souhaite la valoriser en énergie
auprès d’une collectivité.
9.
Un industriel qui gère de la biomasse et qui souhaite la valoriser
énergétiquement auprès d’une collectivité.
10. Un industriel qui souhaite utiliser de la biomasse pour faire des économies
d’énergie dans son entreprise (chauffage- électricité).
25
RETOUR
SOMMAIRE