WASTE TO ENERGY

Pyrogazéification
biomasse et déchets non recyclables

Le Club

La pyrogazéification : comment ça marche ?

La pyrolyse et la gazéification sont des procédés de traitement thermique de matières carbonées (biomasse et/ou déchets) relativement sèches, à haute température (entre 250 et 1500°C), en absence ou défaut d’oxygène.

Ces procédés transforment la matière carbonée en gaz (syngaz), huile et/ou charbon. Les produits obtenus sont sous forme de composés énergétiques qui gardent tout leur pouvoir énergétique pour une application spécifique ultérieure.

Une analogie peut être faite avec la méthanisation où les bactéries vont produire du biogaz à partir de matières carbonées (plutôt humides dans ce cas), ce biogaz étant ensuite valorisé dans un moteur à combustion interne ou injecté dans le réseau de gaz naturel. A contrario, la combustion et l’incinération utilisent immédiatement le pouvoir énergétique des produits ou déchets sous forme de chaleur, par oxydation en présence d’un excès d’oxygène.

1 - La pyrolyse

La pyrolyse est le procédé de décomposition thermique de la matière carbonée relativement sèche, à haute température (entre 400 et 1500°C), en absence d’oxygène permettant d’obtenir trois phases :
  • une phase solide (charbon, char ou coke) ;
  • une phase liquide (huile de pyrolyse) ;
  • une phase gazeuse combustible dite gaz de synthèse ou syngaz.

Cette opération nécessite une faible quantité d’énergie. La proportion entre ces trois phases dépend essentiellement des principaux paramètres opératoires, notamment de la température, du temps de séjour et de la vitesse de chauffage. A relativement faible température, long temps de séjour, et faible vitesse de chauffage, la phase charbon sera majoritaire : c’est le processus naturel à l’origine de la formation des énergies fossiles. A plus haute température, faible temps de séjour et haute vitesse de chauffage, la phase liquide ou gazeuse sera prédominante.

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Schéma de principe de la pyrolyse (source : Club Pyrogazéification)

2 - La gazéification

La gazéification est le procédé de transformation de la partie carbonée solide et de la phase liquide produite par la pyrolyse, en gaz de synthèse (syngaz) par ajout d’une petite quantité d’un agent oxydant (air, oxygène, eau, gaz carbonique).  La composition du syngaz est fonction de la nature de la ressource entrante et des conditions opératoires. Il est composé principalement d’hydrogène, de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone et, dans une moindre mesure, de méthane.

La pyrogazéification est une étape de pyrolyse suivie d’une étape de gazéification. Les procédés dits de « gazéification » sont souvent en pratique des procédés de pyrogazéification. Il existe de très nombreux procédés en fonction des paramètres choisis qui permettent de transformer les déchets ou la biomasse, en syngaz substituable par exemple au gaz naturel, biocarburants, biochar ou autres molécules spécifiques.

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Schéma de principe des procédés de pyrogazéification (source : Club Pyrogazéification)

3 - Traitement des produits

Des briques aval de traitement des produits issus de ces transformations thermochimiques seront intégrés à la chaîne de production selon les usages visés. Ces dispositifs de traitement, du gaz de synthèse notamment, sont bien connus des équipementiers. Ils font partie intégrante de la genèse de tout projet de pyrogazéification et sont indissociables du type de déchet/ressource traité, de la technologie utilisée et de la voie de valorisation visée.

4 - Un procédé ancien reconverti pour répondre aux enjeux environnementaux actuels

La mise en œuvre des procédés de pyrolyse/gazéification est ancienne, comme en témoigne la fabrication séculaire de charbon de bois, ou de gaz à partir de charbon et/ou de bois (gaz de houille pour l’éclairage de villes au XIXe siècle, gazogène au début du XXe siècle comme carburant de véhicules de transport). Actuellement, ces procédés se sont développés de façon industrielle dans les zones géographiques où la ressource biomasse ou charbon est abondante et bon marché (Amérique latine, Chine).

Pour les déchets, le développement des technologies est plus récent. Une première génération de procédés a été développée à partir des années 1980-90 en alternative aux technologies d’incinération. Les procédés de cette époque visaient avant tout à traiter des ordures ménagères en mélange, dans une logique de santé publique plutôt que de valorisation énergétique, et concernaient principalement des unités de grosses capacités (plus de cent mille tonnes par an). Ce type d’installations s’est beaucoup développé par exemple au Japon en raison notamment de leur compacité et du caractère inerte du résidu solide.

5 - Une seconde génération de gazéification non intégrée en développement

Depuis une quinzaine d’années, des procédés innovants de seconde génération pour le traitements des déchets ont commencé à apparaître. Ces procédés sont « non intégrés », ce qui signifie que l’étape de transformation de la ressource est techniquement séparée de l’étape valorisation. Ces procédés produisent donc en premier lieu des composés énergétiques gazeux (syngaz), liquides (hydrocarbures) et solides (char ou coke) et se caractérisent par une nouvelle approche :

  1. Ils s’intéressent prioritairement aux déchets issus de refus de tri ou triés à la source et non recyclables, qui sont donc beaucoup plus homogènes que les ordures ménagères en mélange ;
  2. Ils se caractérisent par des tailles plus réduites en adéquation à la fois avec les gisements de ressources et les besoins énergétiques locaux ;
  3. Ils se focalisent sur la valorisation énergétique des déchets et non sur un simple traitement, avec la recherche d’une plus grande efficacité énergétique globale.