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Le biochar «greenCarb» – trop précieux comme combustible

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Le biochar ressemble fortement au charbon de bois; outre le fait qu’il produit de l’énergie, il peut être utilisé en agriculture pour l’amendement de la terre. Le biochar est produit à partir de résidus organiques, voire de déchets. Vue l’origine de la matière première, on pourrait le qualifier de «vert» – de «greenCarb».

À la Haute école spécialisée bernoise HESB, le greenCarb est produit par échauffement de la biomasse végétale, soit par pyrolyse sous pression environnementale soit sous pression élevée par une carbonisation hydrothermale HTC. (ill. 1)

ill. 1 : Procédé thermochimique pour transformer la biomasse. En bas à gauche, les procédés utilisés à la HESB-TI.

 

HTC – houillification naturelle

Le processus HTC reproduit l’houillification naturelle. La biomasse humide est carbonisée à une température d’environ 200°C et par forte pression supérieure à 16 bars dans un milieu aqueux et acide. Par la transformation chimique, il est possible de déshydrogéner la biomasse sous émission de chaleur; une vase aqueuse de carbone se forme. La structure macromoléculaire de la biomasse est perdue. Ensuite le carbone est séparé de la vase par filtration. Si le processus d’houillification naturelle dure plusieurs millions d’années, il ne prend de quelques heures dans le réacteur HTC. Après quatre heures déjà, il reste une sorte d’humus et après douze heures, le produit devient brun charbon. Le processus HTC ne produit pas de dioxyde de carbone, ce qui favorise la transformation du carbone de la biomasse en greenCarb.

Travailler sans pression avec pyrolyse

Parmi les nombreux autres processus pour valoriser la biomasse, il faut mentionner la pyrolyse. Ce processus exempt de pression produit, en l’absence d’oxygène et par plus de 500°C – donc nettement plus que pour HTC – , un gaz de pyrolyse et le charbon biologique vert comme résidu. Le désavantage de la pyrolyse réside dans le fait qu’il est indispensable de sécher la biomasse avant le processus.

Production de biogaz

La méthode la plus connue pour obtenir de l’énergie décentralisée à partir d’une biomasse est la production de biogaz. Le biogaz est produit par des microorganismes lors de la fermentation de matières organiques. Le biogaz obtenu  est composé à parts égales de méthane combustible et de dioxyde de carbone CO2 indésirable. Les installations de biogaz interviennent souvent dans les installa-tions d’épuration des eaux usées et dans les exploitations agricoles. Le gaz est généralement utilisé sur place dans une centrale de cogénération pour produire courant électrique et chaleur. La production de biogaz pose problème, lorsque des matériaux recyclables de la production alimentaire sont utilisés pour le processus.

Installations HTC à la HESB

Le team du Laboratoire de génie des procécés a développé et construit deux installations HTC dans plusieurs travaux de projet et de diplôme. Un réacteur de 5 litres prépare des compositions pour l’installation pilote de 100 litres (ill. 2). L’installation est exploitée par intervalles et est tempérée par un agrégat de chaleur / refroidissement.

ill. 2: Installation pilote HTC 100 de 100 litres.

Efficacité optimale du carbone

À l’aide de la photosynthèse, les plantes forment de nouvelles biomasses à partir d’eau, de nutriments et de dioxyde de carbone (ill. 3.). Au cours de la décomposition naturelle, des microorganismes transforment la biomasse en humus et gaz à effet de serre CO2. En faisant abstraction d’une partie de la procédure de décomposition et en la remplaçant par le processus HTC, le cycle naturel du carbone est techniquement bouclé sans formation de  CO2. Contrairement à l’humus, le greenCarb contient presque les 100 % de carbone de la biomasse.

greenCarb – utilisation multiple

greenCarb est utilisé comme charbon technique, par ex. dans les filtres à charbon actif, comme matière première C ou pour améliorer le sol. En collaboration avec la Haute école suisse d’agronomie (HESA) de Zollikofen, la HESB étudie l’influence  du  greenCarb sur la croissance des plantes. Le charbon biologique possède de bonnes propriétés telles que sa porosité ou sa surface spécifique élevée. Déposé dans le sol, il emmagasine eau et nutriments, les émet en cas de besoin, réduit donc l’utilisation d’engrais et la consommation d’eau. Des essais avec du chou chinois montrent une meilleure croissance de la plante. Le sol enrichi de greenCarb profite à long terme d’une biologie du sol meilleure et plus stable. Si des sols altérés redeviennent fertiles grâce au greenCarb, un supplément de biomasse est produit, le bilan de CO2  est donc négatif. Le procédé HTC peut également être utilisé pour préparer et évacuer des déchets biologiques contaminés ou obtenir du combustible. Comme source d’énergie, le greenCarb fait partie des sources d’énergie de CO2 renouvelables neutres.

Le processus HTC offre la possibilité d’éliminer les gaz à effet de serre CO2 de l’environnement et de les stocker de manière sûre. Les sols altérés sont refertilisés avec le greenCarb, l’excédent de biomasse est ensuite valorisé en greenCarb par HTC et remis dans le sol; le cycle C est ainsi bouclé. Le projet greenCarb est une réalisation-témoin de l’aide que peut apporter l’Europe aux pays en voie de développement et nouvellement industrialisés pour résoudre des problèmes quotidiens pratiques avec des technologies intelligentes. C’est également un des buts que l’Institut pour la recherche sur l’énergie et la mobilité (IEM) de la HESB s’est fixé.

ill. 3: à gauche: cycle C naturel; à droite: cycle C bouclé techniquement.