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LA FORÊT, SOURCE D’APPROVISIONNEMENTPOUR LA BIOÉNERGIE :UN DOSSIER BRÛLANT
BIENVENUE
Denis Cormier, ing.f., M.Sc.
FPInnovations - Feric
Creating forest sector solutions
www.fpinnovations.ca
La forêt, source d’approvisionnement pour labioénergie : un dossier brûlant
Denis Cormier, ing.f. M.Sc.
Québec, février 2009
Des questions brûlantes :
Quantité?
Est-ce suffisant?
Localisation?
Accessibilité?
Appauvrissement des sols?
Caractéristiques?
Méthode de récupération?
Combien ça coûte?
Les réponses????
Perspective
Disponibilité: Adéquation : offre/demande Sources de biomasse d’origine forestière Facteurs affectant la quantité disponible
Systèmes de récupération
Considérations: Financières Qualité
Outils d’analyse (modèle BiOS)
Défis et opportunités
PerspectiveNouvel engouement mais présence endémique
• Utilisation traditionnelle des résidus d’usine et de la liqueur noire
• Infrastructure de la chaîne d’approvisionnement simple des usines de sciages vers la cogénération
• La biomasse forestière générée par les opérations actuelles est utilisée dans des chaudières
PerspectiveL’industrie forestière leader en bioénergie
0%
20%
40%
60%
80%
1990 2007
BiomasseÉlectricitéFossilesAutres
Pourcentage de l’énergie tiré de la biomasse – Membres de l’APFC (usines de pâtes et papiers) Réalisations des membres de l’AP FC
Source : Rapport de surveillance de la consommation d’énergie de l’APFC, 1990 – 2007.
Disponibilité Adéquation : offre/demande
Produits conjoints du sciage
− Sciures = aucune disponibilité
− Rabotures = aucune disponibilité
− Écorces = aucune disponibilité
•Estimation de la disponibilité de la biomasse forestière 2007-2008•François Fortin, MRNF, Développement de l'industrie des produits forestiers
Sources traditionnelles de biomasse
Disponibilité Adéquation : offre/demande
•Estimation de la disponibilité de la biomasse forestière 2007-2008•François Fortin, MRNF, Développement de l'industrie des produits forestiers
Disponibilité potentielle en forêt (‘000 tma)
Publique Privée Total
Troncs 1 576 1 970 3 546
Cimes et branches 2 107 796 2 903
Total 3 683 2 766 6 449
Disponibilité Adéquation : offre/demande
6,4 M tma / an
2500 à 3000 MW(25 M MWh)
1000 à 1200 MW(10 M MWh)
Éthanol1,8 MM Litres
Disponibilité Adéquation : offre/demande
2500 à 3000 MW(25 M MWh)
Plus d’un million de foyers
Disponibilité Adéquation : offre/demande
Sources : Ministère des Ressources naturelles et de la Faune du Québec,Hydro-Québec et Statistique Canada
La puissance électrique disponiblepar source d'énergie au 31 décembre 2007
Remplacement des énergies non-renouvelables• Besoins = 2866 MW• Potentiel = 1000 à 1200 MW
Disponibilité Adéquation : offre/demande
Consommation totale d'énergie en 2006• 17,3 milliards de litres de produits pétroliers• Potentiel d’éthanol = 1,8 milliards de litres• Un peu plus de 10%
http://www.mrnfp.gouv.qc.ca/energie/statistiques/statistiques-consommation-energie.jsp
Disponibilité: Sources de biomasse d’origine forestière
Résidus de coupe*
Résiduels non-marchands*
Résidus de triage
Traitements précommerciaux
Souches
Plantations d’énergie
Peuplements non-commerciaux
Brûlis et épidémies
*utilisés dans les estimations de Fortin (2008)
Disponibilité: Sources de biomasse d’origine forestière
Disponibilité potentielle de Disponibilité potentielle de biomassebiomasse après la récolte de bois marchands:
Biomasse du peuplement =
Bois marchands +
Résidus de récolte +Résidus de récolte +
Arbres résiduelsArbres résiduels
Disponibilité: Facteurs affectant la quantité disponible
Disponibilité potentielle
Disponibilité technique
Biomasse totale
Disponibilité économique ?
Disponibilité potentielle / technique / économique
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
Disponibilité potentielle: Niveau d’utilisation de la récolte
Varie avec les conditions de marché (principalement pour les produits de faible valeur)
Plus grand diamètre d’écimage
Arbres résiduels > objectifs de
rétention
Single tree biomass: Black Spruce vs. Jack Pine (DBH: 26 cm, Ht: 18 m)
Ontario FRI: Sb90 Pj10 vs. Pj90 Sb10 (Site Class 2, 90% stocking, 100 yr)
Épinette noire:
17.5 ODT/ha*
Pin gris:
7.7 ODT/ha*
Volume disponible selon le modèle BiOS de Feric
•Aiguilles
•13%•Branches
•6%
•Écorce
•8%
•Tige
•73%
•Dry Wt: 276 kg•Écorce
•6%
•Aiguilles
•6%•Branches
•4%
•Tige
•84%
•Dry Wt: 231 kg
Disponibilité potentielle: Particularités des essences
Disponibilité technique: Système de récolte
Résidus d’ébranchage: Bord de route (ébrancheuse à flèche ou
déchiquetage) À la souche
Impact sur la localisation, le type et le niveau de concentration
Opérations intégrées?
Disponibilité technique: Exemple: épinette noire (arbres entiers)
Disponibilité potentielle50,5 tma/ha
Bord de route32,6 tma/ha
Arbres résiduels2,5 tma/ha
Parterre15,5 tma/ha
Biomasse récupérée25,2 tma/ha
Disponibilité technique: Exemple: mélangé (faible utilisation)
Disponibilité potentielle131,0 ODt/ha
Bord de route40,5 tma/ha
Arbres résiduels47,8 tma/ha
Parterre42,7 tma/ha
Biomasse récupérée31,9 tma/ha
Disponibilité technique: Exemple: mélangé (bois tronçonnés)
Disponibilité potentielle55,8 tma/ha
Parterre de coupe31,8 tma/ha
Biomasse récupérée24,0 tma/ha
Systèmes de récupération
Systèmes de récupération de biomasse Adaptés à la source de biomasse Adaptés au procédé de conversion
Choix de l’équipement approprié
Logistique de transport
Systèmes de récupération À la souche
Récolte par bois tronçonnés: récupération de résidus sur l’ensemble de l’aire de coupe
Nécessite un assemblage et un débardage des résidus
Importance d’un niveau minimum d’intégration avec la récolte
Systèmes développés dans les pays nordiques à adapter aux conditions locales
Systèmes de récupération À la souche
Changement à la méthode de récolte pour laisser les résidus sur le côté plutôt que dans les sentiers
Défis pour la protection de la régénération Potentiel plus élevé de dommages et perturbations -
entrée supplémentaire
Systèmes de récupération À la souche
• Même équipement de débardage
Les paniers peuvent être modifiés pour augmenter la charge et faciliter la manutention des résidus
Systèmes de récupération À la souche
Continue Discontinue
Compacteur – Conteneur
•Technologie de compaction
Systèmes de récupération Bord de route
Arbres entiers:
• récupération des résidus à la jetée en bordure de route
• pré-empilage et broyage
Ébrancheuse à flèche Ébranchage-Écorçage-Déchiquetage
Systèmes de récupération Bord de route
À portée de main?
• Déjà en bordure de route
• Encore traité comme un résidus
• Dépenses pour s’en débarrasser
• Localisation et condition de la route
• Niveau de contamination et d’humidité
Systèmes de récupération Bord de route
Opération de pré-empilage
• Facilite le séchage
• Améliore la productivité du broyage
• Essentiel à une opération de récupération efficace
• Financièrement avantageuse
Systèmes de récupération Choix de l’équipement
Équipement disponible dans une variété de tailles et de couleurs
Systèmes de récupération Choix de l’équipement
Plus sensible
Moins sensible
Contaminants
Plus uniforme
Moins uniforme
Grosseur du matériel
Déchiqueteuse à tambour
Déchiquteuse à disque
Broyeuse horizontale
Déchiqueteur lent
Systèmes de récupérationLogistique de transport
Chargement direct Difficile de bien gérer le
transport Pertes de temps du
broyeur
Chargement différé Productivité du transport et
du broyage améliorée Ajout d’une machine
supplémentaire pour le chargement
Contamination et pertes
Considérations financières:Coûts d’approvisionnement et compétitivité
Dans la majorité des procédés, le coût d’approvisionnement sera la composante la plus importante de la structure de coûts d’un produit d’origine forestière.
Considérations financières:Coûts d’approvisionnement (arbres entiers)
Pré-empilageBroyage
Transport: - 120 km (aller), remorque à plancher mobile Autres:
- routes, supervision, frais généraux, entretien, règlements, droits
*Estimés tirés du modèle BiOS
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
Considérations financières:Coûts d’approvisionnement (transport)
Il pourrait être avantageux financièrement de convertir les matériaux directement en forêt pour les transport dans un format plus dense
ex.: pyrolyse mobile
Advanced Biorefinery Inc.
Considérations financières:Coûts élevés de transformation (broyage)
Coûts élevés d’investissement: Déchiqueteuse: $400 000 à $500 000; Broyeuse avec chargeuse indépendante: $500 000 à $850 000
Sensible à la contamination, à la planification du camionnage et au niveau de concentration des résidus
Faible taux d’utilisation, consommation élevée de carburant
Pas conçu pour travailler en bordure de route
La récolte affecte les coûts et la qualité des opérations de récupération des résidus
Disposition des résidus, contaminants, cédule d’opération, conception et entretien des routes, etc.
Considérations financières:Intégration aux opérations forestières
Considérations de qualitéLe taux d’humidité
Pour la combustion et la plupart des procédés thermochimiques, le taux d’humidité est une considération majeure.
Effet direct sur l’efficacité énergétique
Firing Efficiency - Gas @ 300 F
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80
Moisture Content (%)
Effic
iency (%
)
Summer
Winter
Considérations de qualitéLe taux d’humidité
Taux d’humidité en forêt (30 to 65%) Une période de repos (prorogation) ainsi que de meilleures
techniques d’empilement et d’entreposage peuvent réduire le taux d’humidité de façon importante mais pas suffisamment pour certains procédés
From Nurmi 2005
Considérations de qualitéLe taux d’humidité (transport)
Limite totale en charge = 57,5 tonnes Volume maximum = 113 m3
Taux de foisonnement = 37% Paiement selon le poids transporté
Considérations de qualitéLe taux d’humidité (transport – charge de bois)
Bop
Air
Eau
Bois
55% 35%
56% 52%
17% 11%
27% 37%
Charge 16,3 tonnes 22,6 tonnes
Considérations de qualitéLe taux d’humidité (transport – charge énergétique)
Bop 55% 35%
20%Énergie totale 57 MWh 95 MWh
Pouvoir calorifique 12,6 GJ/tonne 15,1 GJ/tonne
Considérations de qualitéLe taux d’humidité (Coût de transport)
Bop 55% 35%
Coût de l’énergie 9,50 $/MWh 5,50 $/MWh
* 15 $/tonne verte
Donc 4 $/MWh
de plus pour l’eau
Considérations de qualitéNiveau d’homogénéité
Sensibilité de certains procédés de conversion à l’hétérogénéité du matériel:
Contaminants, écorces, aiguilles and brindilles, etc. Est-ce que le 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 (bioraffinage limité par le procédé de mise en pâte) Développer des méthodes de triage, tamisage et séparation
Outils d’analyse (modèle BiOS)
•BiOS V.1: a Biomass
Opportunity Supply model
for Ontario
Outils d’analyse (modèle BiOS) Structure de BiOS
•Attributs de
peuplement
Scénarios de
récupération
Scénarios de récolte
•Module de coûtsModule d’approvisionnement
•Résultats
•Incitatifs et coûts connexes
Outils d’analyse (modèle BiOS) Approvisionnement (flux de disponibilité)
Marchand (récolte) Disponibilité potentielle
Biomasse totale
Bord de route Arbres résiduels À la souche
Rétention sylvicole ou écologique
Disponibilité technique
Biomasse récupérable
Outils d’analyse (modèle BiOS) Résultats
Outils d’analyse (modèle BiOS) Intégration de BiOS à Interface Map
Outils d’analyse (modèle BiOS)Plateforme GIS pour BiOS
• Approvisionnement et coûts basés sur les plans d’aménagement
• Impacts de la sélection de sites ou de modifications à la planification
• Choix d’un scénario pour balancer le panier de produits
• Localisation de la récupération basée sur la distance de transport et sur l’approvisionnement nécessaire
Défis à l’utilisation de la biomasse forestière
Origine
Politiques
Financiers
Technologiques
Logistiques
Transport
Précision de l’approvisionnement
Fertilité et rendements
Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Origine
• Complexité logistique: Lieux d’approvisionnement de diverses tailles Nombreux fournisseurs pouvant être différents de
l’approvisionnement traditionnel
• Liée au rythme et à la dispersion des aires de coupe
• Augmente les effets induits par la variabilité saisonnière sur le taux d’humidité et les volumes disponibles
• Règlementation plus importante
Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Politiques
• Politiques et incitatifs clairs? Accès, droits et redevances
• Urgent besoin d’un guide de saines pratiques
Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Financiers
• État de l’industrie et disponibilité de capitaux
• Faible valeur des résidus forestiers Faible densité apparente Haut taux d’humidité Coût d’approvisionnement élevé
• Investissements importants pour un entrepreneur Un contrat de 50 000 tma demande un investissement de plus
de 2 millions $ en capitaux et un autre 2 millions en frais d’opération
Rétention ou création de 11 à 12 emplois
Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Technologiques
• Arbres entiers Moins coûteux Systèmes de récupération efficace à développer
• Bois tronçonnés Bien développés en Europe Manque d’équipement et d’expertise au Canada
• Choix de l’équipement basé sur les besoins du client
• Manque de méthodes éprouvées de tamisage et séparation pour l’homogénéisation du matériel
• Technologies de conversion en développement
Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Transport
• La distance et la dispersion affectent grandement les coûts
Difficulté à atteindre la charge maximale permise sauf pour des débris humides
Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Précision de l’approvisionnement
• Beaucoup de biomasse mais nécessité d’établir des valeurs réalistes basées sur des contraintes biologiques, opérationnelles et techniques
• Validation des modèles• Aucune données de disponible au niveau de la précision des estimés
Défis à l’utilisation de la biomasse forestièreFertilité et rendements
• Établissement de niveaux de récupération soutenables
• Surtout pour l’ébranchage à la souche, les plantations de bois d’énergie et les jeunes peuplements• Impossible de tout récolté
• Prescriptions et niveaux de récupération spécifiques au site
• Comme les volumes requis ne sont pas encore importants, faire preuve de prudence
Sommaire et opportunités
Les opportunités reliées aux bioproduits révolutionneront notre façon de voir et de gérer la forêt
Un nouveau réseau de produit provenant des opérations forestières • Redistribution des coûts fixes sur l’ensemble des produits• Diminution des coûts pour les produits traditionnels
Possibilité d’envisager la récolte de peuplements normalement laissés sur pied• Potentiel d’améliorer l’accès à plus de volumes de bois
marchands Améliorations sylvicoles pouvant conduire à une
forêt de plus grande valeur
Sommaire et opportunités
La récupération de biomasse soutiendra ou créera des emplois dans le milieu forestier
Base de nouveaux procédés industriels, d’une nouvelle industrie et une source d’opportunités pour une gamme de fournisseurs et de manufacturiers d’équipement
Un regard vers le futurUn plus grand besoin de la biomasse forestière
Copeaux
Produits chimiques
Résidus d’usine
Pâte
Émissions
Résidus solides
Effluents
Résidus forestiers Carburants
Produits chimiques
Énergie
D’une usine de pâte à une bioraffinerie forestière (Division Paprican)
Creating forest sector solutions
www.fpinnovations.ca
Questions?
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