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ÉNERGIE:Biomasse & Valorisation des
rejets
Professeur Jamal Chaouki
6ème Journée de la Recherche de Polytechnique – 24 mai 2007
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Objectifs
Biomasse et déchets solides Bioraffinerie de 1ère génération (2010); Bioraffinerie de 2ème génération (2015); Bioraffinerie de 3ème génération; Potentiel de mobilisation de la biomasse pour
la production d’énergie et de biocarburants
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Pourquoi de la biomasse?
Problème énergétique n’est pas nouveau: vers la fin du 18ème siècle: les rares forêts de l’Angleterre doivent être conservées pour l’armement naval. L’Angleterre va s’appuyer sur l’innovation technique d’un français: D. Pépin, que l’abondance des forêts françaises a fait négliger à Paris: la machine à vapeur
Avant les années 50, non négligeable comme biocarburant;
Avant, capacité à réduire les émissions à l’échappement des véhicules;
Capacité à réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES);
Diminuer le recours aux ressources en pétrole.
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Caractéristiques de la Biomasse
Renouvelable et durable Connectée à l’économie du
monde rural Multi-utilisation:
alimentation, énergie, biocarburant, matériaux…
Pas de production de GAS. Lors de la combustion, elle ne fait que restituer la dose capturée. Bilan nul: en théorie
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Bilan CO2 nul en théorie, mais pas en pratique
Culture intensive; L’approvisionnement des usines de
production; La transformation industrielle; La synthèse des biocarburants et leur
transport au dépôt avant utilisation; L’utilisation d’engrais et pesticides…
Consomment de l’énergie fossile et rejettent des GAS
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Gain "effet de serre"/aux solutions traditionnelles
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What is Biorefinery ?
US Department of Energy:Biorefinery is an overall concept of a
processing plant where biomass feedstocks are converted and extracted into a spectrum of valuable products
American National Renewable Energy LabBiorefinery is a facility that integrates biomass
conversion processes and equipment to produce fuels, power and chemicals from biomass
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Biomasse pour la Production de Biocarburants
1ère génération (jusqu’à 2010): Produits ou résidus agricoles et forestiers:
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Evolution de la production de biocarburants dans le monde en Mt
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Production de biocarburants dans le monde
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Quelques chiffres Consommation mondiale de pétrole en 2005 = 23 Gtep Consommation mondiale de pétrole dans le transport = 1.6 Gtep 1 Mt éthanol = 0.67 Mtep (production canadienne)!! 1 Mt EMHV = 0.95 Mtep (la moitié de la production canadienne)!! Production mondiale de biocarburants 2005 = 22 Mtep = 22 Mha % de biocarburants dans le transport en 2005= 1.4%!! Production mondiale de biocarburants 2015 = 64 Mtep = 64 Mha % de biocarburants dans le transport en 2015 = 4%!! Potentiel de surfaces agricoles dans toute l’Europe (jachères +
surplus) = 14 Mha
MANGER ou CONDUIRE, il faut CHOISIR
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Les différentes ressources (1ère et 2ème génération) &Produits de Conversion
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Lignin: 15-25%Complex network of
aromatic compounds“New clean coal”High energy contentTreasure trove of
novel chemistry
Hemicellulose: 23-32%A collection of unusual 5-
and 6-carbon sugars linked together in long chainsXyloseis 2ndmost abundant
sugar in biosphere
Cellulose: 38-50%Long chains of glucoseMost abundant form of
carbon in biosphere
3 Major Componentsof Biomass
Ref. R.Bain,NRELRef. R.Bain,NREL
2727
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Production d’éthanol à partirdes matières lignocellulosiques
Préparation de la matière première: déstructurer la matière lignocellulosique pour permettre l’accès aux parties sucrées (aux hémicelluloses et la cellulose)
Conversion de la cellulose en glucose: hydrolyse enzymatique (- car qté d’enzymes 10 à 100 par rapport au mais, blé…)
Fermentation des sucres en éthanol Distillation et purification finale.
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La filière "Biomass to Liquid" BtL
Conditionnement de la biomasse; Gazéification: H2/CO; Production
Centrales électriques: IGCCGazogène ou gaz à l’eau: voituresSynthèse Fischer-Tropsch (Rapport =2):
• Catalyseurs à base de fer: production d’essence;
• Catalyseurs à base de cobalt: gazole et kérosène
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Réacteur “slurry “ de Sasol D = 10m, H = 60 )
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Basic principles of Biorefinery (Phase III)
Feedstocks
Processing-Technologies
Products substances and Energy
•Food & Feed Grains
•Ligno-cellulosic Biomass (late grass, reed, bush)
•Forest Biomass (wood, underwood, waste wood-processing)
•Municipal Solid Waste (paper/cardboard, town cleaning)
•Bioprocess (bacterial, enzymatic)
•Chemical processes
•Thermo-chemical processes
•Thermal processes
•Physical processes
•Fuels
•Chemicals
•Materials (polymers)
•Specialties
•Goods
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Déchets solides Vs. Biomasse
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Combustion/Gazéification
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"Biomasse urbaine"
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CRIP-PAPRICAN: Bioraffinage
Intégration: Usines de pâtes et papiers; Bioraffinage
Pour la production de: De papiers; D’énergie; De produits pétroliers; Des produits pétrochimiques (bioplastiques…); Pharmaceutique (Neutraceutique).
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Conclusion
Bioproduits: un potentiel pour les bioraffineries de 3ème génération une contribution à la diversification des carburants; une contribution à la diversification énergétique une contribution à la réduction des GAS
Disponibilité en terres cultivables face au marché de l’alimentation;
Attention à une crise environnementale: déforestation massive et compétition pour les ressources en eaux
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Jacques Attali: “Une brève histoire de l’avenir”
“C’est le manque qui force à aller chercher une nouvelle richesse. Les raretés sont des bénédictions pour les ambitieux.
…Autre leçon: peu importe qui invente une technologie, l’important est d’être en situation -culturelle et politique- de la mettre en œuvre”