Journal de gestion des zones côtières

Abstrait

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 académique de l'Université de Gênes) a orienté son activité vers l'expérimentation de technologies existantes et le développement de nouvelles technologies de gazéification de copeaux de bois à petite échelle visant à assurer l'autosuffisance électrique et thermique aux 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 composé d'un biochar très propre est produit au fond, tout à fait adapté, comme l'atteste la certification officielle, à la fois aux applications agronomiques et à d'autres applications très diversifiées. Le procédé en question se déroule en mode discontinu, dans un réacteur doté d'une capacité d'inclinaison permettant de décharger le biochar chaud à la fin du procédé, après quoi un nouveau « cycle de gazéification » 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, peut être converti en fonctionnement continu à air pulsé en dotant le réacteur d'un ventilateur d'air inférieur ainsi que d'un alimentateur de copeaux de bois monté sur le côté, c'est-à-dire une unité motorisée à trémie et à vis sans fin. Dans ce cas, le gaz de synthèse sans goudron peut être 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 serait, bien sûr, limitée aux heures d'ensoleillement. Si les dimensions des copeaux de bois sont maintenues dans une fourchette de 1 à 3 cm et que leur teneur en humidité ne dépasse pas 25 %, le processus de gazéification s'avère assez efficace, comme en témoigne un résidu solide remarquablement faible, constitué uniquement 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 sous pression et à entraînement par soufflage qui se déroule dans le réacteur SynBurner a été récemment repensé en une configuration à aspiration. Cette dernière modalité, à l'exception de la pression (maintenant inférieure à la pression atmosphérique), ressemble largement, en termes de conception et de fonctionnalité, à la précédente, mais, plus important encore, elle permet ainsi d'alimenter directement des moteurs à combustion interne stationnaires pour la production combinée de chaleur et d'électricité (CHP). Le réacteur qui met en œuvre la disposition ci-dessus a reçu le nom de SynGen : l'une de ses caractéristiques distinctes, vraiment unique 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 recherchée chez Tecnoforest Ltd. Dans le cas le plus simple, les moteurs diesel sont généralement de type bicarburant, dans lequel l'air est prémélangé avec du gaz de synthèse en amont de la soupape d'admission 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'augmenter 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 PF gaz-liquide (Fischer-Tropsch) grâce à l'effet catalytique de la laine de fer oxydée rencontrée par le flux de gaz de synthèse juste avant d'être pré-mélangée à l'air. D'autres expériences sont encore nécessaires afin de vérifier, en plus des propriétés d'allumage qui viennent d'être discutées (dans les deux cas ci-dessus,
c'est-à-dire les modalités « bicarburant » et PF), l'obtention d'une qualité « moteur » pour le gaz de synthèse. Ce dernier problème ne fait pas référence à la présence de goudron, puisque sa concentration a été définitivement établie comme étant très faible, mais plutôt à 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 en amont de l'admission du moteur.
Sous de nombreux aspects, le réacteur SynGen apparaît comme une « innovation appropriée » assez particulière : en effet, il réussit à surmonter les limitations bien connues des gazéificateurs à courant descendant (et ascendant) standard sans recourir à une conception plus complexe, mais en mettant en œuvre une forte simplification de la technologie. De cette façon, la mauvaise qualité du gaz de synthèse et les besoins de maintenance fastidieux et fréquents généralement rencontrés lors de l'exploitation de gazéificateurs standard, s'avèrent correctement résolus avec la technologie SynGen grâce à une conception très simple et une structure extrêmement robuste. Les caractéristiques les plus importantes qui contrecarrent la formation de polluants pyrolytiques dans le gaz de synthèse sont la disposition du « foyer flottant » et 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 ci-dessus liés au réacteur SynGen, en particulier sa fiabilité remarquable à maintenir en toute sécurité un fonctionnement continu pendant des périodes de temps prolongées, ont été jugés suffisants pour justifier l'alimentation de son gaz produit dans un moteur diesel entraînant un générateur électrique. L'unité de production d'électricité subit actuellement des tests de performance qui seront rapportés et discutés dans la présentation détaillée.