Le pétrole sert à faire fonctionner notre économie, en fournissant la grande majorité des carburants et plastiques qui mettent le monde en mouvement. Entre le réchauffement climatique et une pénurie certaine, le défi du siècle revient à trouver un substitut au pétrole. La biomasse a un rôle important à jouer dans cette transition.

Entre les alertes sur les conséquences du réchauffement climatique, et les prix des carburants qui ne cessent de grimper, il est temps de trouver un successeur renouvelable, peu polluant, accessible à tous à un prix correct et qui respecte l'environnement. La biomasse répond à ces enjeux. Les produits contiennent énormément de carbone et d'autres éléments, comme la lignine, la cellulose, l'amidon, qui peuvent avoir des applications diverses, des biocarburants aux produits biosourcés (issu du végétal). Ces produits peuvent remplacer les produits pétroliers, ou créer de nouveaux possibles.

Il existe déjà des milliers d'hectares utilisant de la biomasse non-alimentaire pour fabriquer des biocarburants. Le principal problème étant le grignotage de cette utilisation sur les cultures de denrées alimentaires. Une alternative est possible, en utilisant les co-produits de biomasse agricole, comme la paille, les résidus de bois etc. Une même culture permet alors de produire nourriture et produits nouveaux/énergie.

 

Lors de sa décomposition par le procédé Biolyse, la biomasse fourni 66% d'énergie sous forme de gaz et 33% environ de solide carboné. Quelles sont les utilisations possibles ?

 

Charbon

Biocarburant

Le résidu carboné se présente sous la forme d'une poudre de charbon noire, homogène, constituée d'éléments de quelques millimètres. Le pouvoir calorifique varie peu d'une biomasse thermolysée à une autre. Il se situe aux environs de 31 MJ/kg.

Son principale avantage est sa propreté. Il ne contient pas ou peu de métaux grâce à son origine végétale. Une séparation des minéraux du solide permet d'obtenir un charbon a plus forte teneur en carbone.

Il répond aux mêmes usages que le charbon de bois habituellement utilisé. Sa fabrication à partir de biomasses locales permet aux populations reculées l'utilisation de biocombustibles abordables.

 

Biochar

Le solide peut être utilisé en tant qu'amendement des sols aux propriétés fertilisantes exceptionnelles. Il augmente les rendements agricoles en séquestrant durablement le carbone dans les sols. Il aère les sols, évite le lessivage des nutriments, stimule la biologie des sols. Il permet également de contribuer efficacement contre le réchauffement climatique en emprisonnant dans le sol le CO2 absorbé par la plante.

En savoir plus.

 

Fabrication de charbon actif

Le charbon actif est obtenu en carbonisant à l'abri de l'air des composés carbonés à forte teneur en oxygène : charbons bitumineux, lignite, bois, coques de noix de coco, etc. Le charbon actif peut être obtenu par activation chimique (par imprégnation avec un composé déshydratant comme l'acide phosphorique ou le chlorure de zinc à 500-800°C) , le charbon actif ainsi fabriqué ayant des pores très larges, idéal pour l'adsorption de composés de haut poids moléculaire. L'activation par la vapeur à 800-1 100°C permet d'obtenir un charbon actif avec des pores plus petits pour l'adsorption de nombreux composés présents dans les gaz et les liquides. Le charbon peut être fabriqué sous forme de granulés (0,2 à 5 mm) ou de poudre (< 0,18 mm ou 80 mesh).

Le terme “activation” du charbon fait référence au développement de ses propriétés d'adsorption exceptionnelles. De nombreux composés peuvent être adsorbés, mais le charbon actif est avant tout utilisé pour adsorbé de nombreux composés organiques (en particuliers les composés halogénés très toxiques) et des composés inorganiques comme le mercure, l'iode ou l'argent (et dans une moindre mesure les métaux lourds). L'origine du charbon actif a une grande influence sur ses caractéristiques et ses performances.

Le charbon actif peut être réactivé, c'est à dire retrouver toutes ses capacités d'adsorption, soit par traitement dans un four spécial à 800°C, soit par lavage au CO2 supercritique.

 

Liants géopolymères

Il est possible d'utiliser le solide carboné, entier ou débarrassé de sa partie carbonée, pour la fabrication de liants géopolymères biosourcés. Les liants géopolymères sont de nouveaux matériaux, à l'utilisation assimilable au ciment, mais peu générateurs de pollution et avec des formulations apportant de nouvelles propriétés (résistance au feu, à l'acide, légèreté, longévité ...).

En savoir plus.

 

Noir de carbone

Autres débouchés du résidu carboné :

  1. Noir de carbone semi-renforçant pour la fabrication des caoutchoucs industriels
  2. Charbons actifs après traitement à la vapeur à 980°C (voir le paragraphe sur la fabrication de charbon actif)
  3. Agent d'épuration des effluents aqueux
  4. Noir de carbone pour la fabrication de cires ou d'encres.

 

Les ordures ménagères ou assimilables

Si les groupements intercommunaux autour des grandes métropoles régionales plaident en faveur d'une filière adaptée aux forts tonnages telle que l'incinération, la fédération d'un grand nombre de communes reste très délicate en zone rurale. En effet, la forte responsabilisation des élus, tant politique qu'économique ou pénale et la forte décentralisation géographique des déchets à traiter favorisent les filières d'élimination de “proximité”.

Dès aujourd'hui et par obligation, nombreuses sont les communes rurales qui sont à la recherche d'une solution à leurs problèmes de déchets et qui présentent des tonnages de 15 000 à 50 000 t/an pour lesquels l'incinération classique n'est pas rentable, voire impossible techniquement. Le marché de la thermolyse permet donc de délester les décharges sans recourir au transport vers de grosses unités d'incinération lui-même source de pollution.

Les installations d'usines de thermolyse sont de taille modeste avec des cheminées de 12/15 mètres s'intégrant mieux dans le paysage que les grosses usines d'incinération avec leurs cheminées de plus de 20 mètres. La thermolyse présente d'autant plus d'intérêt qu'elle prône une élimination du tout venant et qu'elle n'intègre pas une solution de tri et de recyclage en amont du traitement parfaitement inadaptée en espace faiblement peuplé. La thermolyse n'est pas uniquement destinée aux petites communes; certaines collectivités locales de plus grosses importances envisageant des solutions délocalisées constituées de plusieurs unités de traitement de petite ou moyenne capacité. En effet l'impact médiatique “contre l'incinération” reste encore largement développé par les mouvements écologistes.

La thermolyse peut apporter une solution intéressante en combinaison avec une unité de compostage, pour des syndicats intercommunaux en zone agricole disposant de gros tonnages.

Vis-à-vis des collectivités locales, la thermolyse pourrait également s'appliquer comme moyen d'élimination et de dépollution des boues urbaines. En effet, les premiers essais CEA ou les expériences industrielles existantes (PILLARD en Picardie : 20 000 t/an depuis 1982) tentent à prouver l'intérêt écologique et économique d'un tel procédé.

Les déchets industriels

Les “déchets inertes”, essentiellement les résidus des activités extractives, les gravats et déblais de démolition ne sont pas concernés.

Les “déchets banaux”, assimilables aux ordures ménagères, sont susceptibles d'être éliminés selon les mêmes modalités et par les mêmes circuits. Ces déchets constituent un gisement parfaitement adapté a un traitement par thermolyse. A ce titre, cette filière d'élimination peut soit se positionner sur le vrac issu de la collecte ; soit intervenir en aval d'un tri et ne traiter que les refus non recyclables.

Les “déchets spéciaux”, spécifiques de l'activité industrielle, peuvent se retrouver aussi dans les ordures ménagères. Ils contiennent des éléments polluants ou toxiques en concentration plus ou moins forte (solvants, peintures, piles, ). Les propriétés intrinsèques de la thermolyse (captation des chlorures et sulfates dans le résidu carboné et non-volatilisation des métaux lourds dans la phase gazeuse) nous conduisent naturellement sur le marché de certains déchets spéciaux.

Les “déchets dangereux ou toxiques” : au sein des déchets spéciaux, ils présentent des risques particuliers (sels solubles de métaux lourds, sels de trempe cyanurés, composés arséniés...).

Les déchets de l'automobile

Du berceau au cimetière (de voitures), les opérations de production, d'entretien et de destruction des automobiles génèrent des déchets. Une tonne de déchets se cache derrière chaque voiture neuve. La thermolyse présente une solution attrayante dans les domaines suivants :

Les déchets de l'après-vente plus particulièrement le polypropylène et la fibre de verre des pare-chocs. (Etude SMC en-cours – VALCOR) ;

Les Pneumatiques Usagés Non Rechapables (PNUR) sont des déchets à haut pouvoir calorifique (5 à 7 th/kg) et leur valorisation énergétique semble être la seule voie intéressante de traitement bien qu'encore très peu développée en France. Du fait de leur carcasse métallique, les PNUR contiennent 15% de fer, de l'oxyde de zinc, des métaux lourds et du soufre. ~ L'industrie cimentière est à la recherche de déchets énergétiques de ce type qui lui permettent de mettre en avant les propriétés basiques et neutralisantes du clinker (rétention des métaux lourds, fixation du soufre et captation du chlore). Toutefois, l'obligation d'un broyage fin des PNUR freine la progression de cette filière, contrairement à la thermolyse qui ne nécessite qu'un simple découpage grossier du PNUR (réduction du volume), voire aucun découpage (pneu entier), et qui présente une solution locale permettant d'éviter les coûts financiers et écologiques des transports. Outre la combustion d'une partie du gaz dans l'unité même et la valorisation de l'excès dans d'autres procédés demandant ou produisant de l'énergie, le carbone obtenu présente des propriétés similaires au charbon actif et l'acier est directement recyclable.

Chaque année près de 2 millions de carcasses automobiles, soit 400 000 tonnes de “Rebut de Broyage Automobiles” (RBA constitués de plastiques, de verre, de textiles...) sont mis en décharges. Bien que RENAULT soit favorable à une étude poussée sur la thermolyse des RBA (aide financière d'environ 150 000 euros possible), l'influence de CFF (accord récent avec WM) qui développe d'autres moyens d'élimination (VALERCO) risque de pénaliser notre procédé pour cette application particulière.

Plastiques et caoutchoucs : la plasturgie est une industrie trop récente pour avoir mis en place un dispositif suffisant de valorisation de ses déchets. Ce problème concerne d'une part l'élimination des déchets de production dits “déchets propres” (rebuts et chutes de fabrication) et d'autre part celle des produits en fin de vie. Le recyclage des matières plastiques (collecte, tri, régénération et transformations) présente des bilans économiques médiocres. La qualité des produits recyclés est souvent inférieure à la qualité des polymères de synthèse, ce qui pose la question des marchés qui peuvent leur offrir des débouchés. La valorisation énergétique reste donc l'alternative intéressante, en particulier la thermolyse qui possède l'atout majeur d'une valorisation des métaux ferreux ou non ferreux. Sont concernés les équipementiers automobiles (VALEO, SACRED, SOMMER-ALLIBERT ...), les sociétés produisant ou utilisant des élastomères chargés (HUTCHINSON, MESNEL, DRAPTEX, SLC…) et les sociétés électriques ou électroniques.