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Bioénergie 2020 : Un nouveau procédé de gazéification de copeaux de bois pour l'alimentation en gaz de synthèse propre des groupes électrogènes diesel à double carburant

Ferruccio Pittaluga

Depuis 2011, la PME innovante Tecnoforest Ltd. (anciennement spin-off de l'Université de Gênes) a orienté son activité vers l'expérimentation de technologies existantes et donc le développement de nouvelles technologies de gazéification de copeaux de bois à petite échelle visant à assurer l'autosuffisance électrique et thermique des entreprises rurales des secteurs forestier et agricole (www.tecnoforest.wordpress.com). D'autre part, la teneur élevée en polluants de ses produits (syngas et biochar), commune aux gazéifieurs à tirage descendant et ascendant, est devenue le principal obstacle empêchant, en l'absence de mesures de réduction difficilement abordables, une pénétration généralisée dans les secteurs agricole et des énergies renouvelables. Grâce au nouveau procédé de gazéification « batch » récemment développé par Tecnoforest Ltd., un gaz de synthèse sans goudron est libéré de la buse supérieure du gazéifieur, tandis qu'un résidu solide fabriqué à partir d'un biochar hautement propre est produit au fond de la roche, au moins adapté, comme l'atteste la certification officielle, à la fois aux applications agronomiques et à d'autres applications assez diversifiées. Le procédé en question se déroule en mode discontinu, dans un réacteur doté d'une capacité d'inclinaison permettant de décharger le biochar récent en haut du procédé, après quoi un « cycle de gazéification » de remplacement peut immédiatement redémarrer. Les détails sont donnés dans les références [6,7]. Le nom du gazéificateur produisant du biochar est SynChar : il est disponible à l'achat en ligne sur le site Web [8]. Le même procédé de base, qui dans SynChar repose sur la convection naturelle, est souvent converti en fonctionnement continu à air pulsé en dotant le réacteur d'un ventilateur d'air inférieur également comme alimentateur de copeaux de bois monté latéralement, c'est-à-dire une unité motorisée à trémie-vis sans fin. Dans ce cas, le gaz de synthèse sans goudron est souvent acheminé vers un brûleur de chauffe-eau ou transporté vers un aérotherme. Les applications les plus adaptées seraient le chauffage des serres, peut-être même avec l'avantage certain de permettre d'induire une fertilisation carbonique de l'air ambiant, qui sera, bien sûr, limitée aux heures d'ensoleillement. Si les dimensions des copeaux de bois sont maintenues dans la gamme de 1 à 3 cm et que leur teneur en humidité ne dépasse pas 25 %, le processus de gazéification semble assez efficace, comme en témoigne un résidu solide remarquablement faible, fabriqué uniquement à partir de cendres propres. Le nom du générateur de gaz de synthèse pour les applications thermiques est SynBurner : ses principales caractéristiques avec des données de performance détaillées sont présentées dans les références [6,7]. Il est également disponible à l'achat en ligne sur le site Web [8]. Le processus de gazéification entraîné par un ventilateur, légèrement pressurisé, qui se déroule dans le réacteur SynBurner a été récemment repensé dans une configuration à aspiration. Cette dernière modalité, à part la pression (maintenant inférieure à la pression atmosphérique), ressemble largement, en termes de conception et de fonctionnalité, à son homologue précédente, mais, plus important encore, elle permet cela grâce à l'alimentation directe de moteurs à combustion stationnaires pour la production combinée de chaleur et d'électricité (CHP).Le réacteur qui met en oeuvre la disposition ci-dessus porte le nom de SynGen : l'une de ses caractéristiques distinctes, particulière dans le scénario technologique actuel des gazéificateurs de copeaux de bois, est qu'il est adapté pour alimenter en gaz de synthèse non seulement les moteurs à allumage par étincelle mais aussi les moteurs à allumage par compression (diesel). En fait, c'est précisément cette dernière modalité qui est actuellement poursuivie chez Tecnoforest Ltd. Dans le cas le plus simple, les moteurs diesel sont généralement de type bicarburant, dans lequel l'air est prémélangé avec le gaz de synthèse avant la soupape et une petite quantité de carburant liquide (par exemple de l'huile végétale usagée) est injectée uniquement à des fins d'allumage. Une modalité alternative très particulière, bien que très difficile, actuellement à l'étude, repose sur l'intention d'accélérer la tendance à l'auto-inflammation du gaz de synthèse, c'est-à-dire son indice de cétane, en induisant une étape précoce d'une réaction FP gaz-liquide (Fischer-Tropsch) en raison de l'effet catalytique de la laine de fer oxydée rencontrée par le flux de gaz de synthèse juste avant d'être prémélangé avec l'air. Des expériences supplémentaires restent nécessaires afin de vérifier, en plus des propriétés d'allumage évoquées ci-dessus (dans les deux cas ci-dessus, c'est-à-dire « dual-fuel » également en tant que modalités FP), l'obtention d'une qualité « moteur » pour le gaz de synthèse. Ce dernier problème ne concerne pas la présence de goudron, puisque sa concentration a été définitivement établie comme étant très faible, mais plutôt l'entraînement possible de fines particules de charbon dans le flux de gaz de synthèse. Pour résoudre ce problème, un séparateur cyclonique multi-vortex très efficace a été installé avant l'admission du moteur.plutôt à l'entraînement possible de particules fines de charbon dans le flux de gaz de synthèse. Pour résoudre ce problème, un séparateur cyclonique multi-vortex très efficace a été installé avant l'admission du moteur.plutôt à l'entraînement possible de particules fines de charbon dans le flux de gaz de synthèse. Pour résoudre ce problème, un séparateur cyclonique multi-vortex très efficace a été installé avant l'admission du moteur.

• Technologies de gazéification des copeaux de bois Tecnoforest :

• Le réacteur « SynChar » est à gauche (producteur de biochar)

• Le réacteur « SynBurner » est au centre (producteur de gaz de synthèse)

• À droite, le « Mini SynChar » à petite échelle est visible

Gazéificateur « Syngen » (140 kWth) pour groupe électrogène de production d'électricité par cogénération alimenté au diesel (1500 tr/min, 30 kWel) Sous de nombreux aspects, le réacteur SynGen apparaît comme une « innovation appropriée » assez particulière : en effet, il réussit à surmonter les limitations documentées des gazéificateurs à courant descendant (et à courant ascendant) ordinaires sans recourir à une conception plus complexe, mais plutôt en mettant en œuvre une simplification robuste de la technologie. De cette manière, la mauvaise qualité du gaz de synthèse et donc les besoins de maintenance fastidieux et fréquents généralement rencontrés lors de l'exploitation de gazéificateurs standard, finissent par être correctement résolus avec la technologie SynGen en raison d'une conception très simple et d'une structure particulièrement robuste. Les caractéristiques les plus vitales qui contrecarrent la formation de polluants pyrolytiques dans le gaz de synthèse sont la disposition du « foyer flottant » et donc le petit volume, à l'intérieur du réacteur, occupé par la colonne de copeaux de bois [6,7]. Récemment, au laboratoire de gazéification de Tecnoforest, tous les aspects susmentionnés associés au réacteur SynGen, en particulier sa fiabilité remarquable à maintenir en toute sécurité un fonctionnement continu pendant des périodes prolongées, sont jugés capables de justifier l'alimentation de son gaz produit dans un moteur diesel alimentant un générateur électrique. L'unité de production de l'installation subit actuellement des tests de performance qui peuvent être rapportés et discutés dans la présentation détaillée