Déchets agricoles
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Utilisation des déchets agricoles et des cultures énergétiques dans les systèmes de combustion de biomasse
La hausse du prix des carburants fossiles et les préoccupations croissantes au sujet des changements climatiques crée une demande pour de nouvelles sources de matières premières de biomasse destinées à la combustion et, par conséquent, pour la production durable de chaleur. Les sources d'énergie agricoles destinées à la combustion offrent un potentiel important pour augmenter la quantité et le contrôle des prix croissants des matières premières. La combustion de la paille pour produire de l'électricité ne date pas d'hier. Il existe plusieurs centrales électriques qui utilisent la paille en Europe. Le Danemark, le Royaume-Uni et l'Espagne possèdent de grandes usines efficaces. Le principal problème lié à l'utilisation de ces matières a toujours été que, contrairement au bois, elles sont difficiles à brûler pendant des périodes prolongées en raison de leurs propriétés chimiques. Les récentes innovations dans le domaine des systèmes de combustion de la biomasse, associées à une meilleure compréhension des stratégies pour améliorer la qualité de la biomasse des herbacés (matières premières non ligneuses) permettent l'émergence d'un nouveau secteur bioénergétique potentiellement important. Ce feuillet de renseignements offre un aperçu des principaux débouchés, des principaux défis et des récents développements au Canada. Les références qui se trouvent à la fin du rapport fournissent de l'information supplémentaire.
Défis historiques du secteur
Historiquement, le principal obstacle à l'utilisation de la biomasse herbacée pour le chauffage est la qualité de la biomasse qui ne convient pas aux systèmes de combustion. Lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées, le potassium et le chlore contenus dans le carburant produit à partir des matières premières se vaporisent, ce qui crée des formations salines corrosives sur les parois des chaudières. Ces éléments s'agglomèrent à des particules de silice pour créer des formations de mâchefers, empêchant ainsi les chaudières de fonctionner et entravant leur rendement de manière importante. Le problème de la formation de mâchefers est maintenant minimisé grâce à la conception des nouveaux systèmes de combustion qui créent une « combustion par étapes ». Au début du processus, les températures de combustion sont basses et inférieures au point de fusion des cendres dans les matières premières, ce qui fait en sorte que les gaz sont relâchés du carburant tout en conservant les composants chimiques contenus dans les cendres. Une quantité d'air réduite est utilisée dans la couche de combustible pour minimiser la libération des composants alcalins. Les gaz sont ensuite soumis à des températures de combustion plus élevées et à des turbulences de manière à créer un processus de combustion plus propre. Les cendres produites se déplacent constamment le long de la couche de combustible et sont déposées dans un cendrier ou un bac à cendres.
Sources de carburants agricoles destinés à la combustion
Il existe quatre principales sources de fibres agricoles au Canada : résidus de récolte, céréales fourragères, résidus de mouture et cultures énergétiques. Les principaux facteurs liés au choix des matières premières sont le prix, l'approvisionnement et les propriétés combustibles. Ces dernières années, on constate un intérêt marqué pour l'utilisation des céréales fourragères à faible coût surtout utilisées dans les poêles à granules et les chaudières de petite taille. Cependant, avec l'augmentation tarifaire des denrées agricoles, on s'intéresse aux matières premières dont les prix sont même inférieurs à ceux du maïs grain qui varient entre 180 et 200 $ la tonne ou environ 12 $ le gigajoule.
Les nouvelles ressources de biomasse les plus intéressantes développées au Canada qui possèdent une qualité combustible acceptable sont les résidus de mouture et les cultures énergétiques, notamment le panic raide. Les résidus de récolte sont généralement la matière première la moins chère et la plus répandue. Cependant, ce sont eux qui posent le plus de problèmes à la combustion. Par exemple, la paille de blé peut contenir entre 6,5 et 10 % de cendres, 1 % de potassium et 0,4 % de chlore (Samson et ass., 2000). Les tiges de maïs représentent aussi une source importante de matière première, mais leur teneur en potassium est aussi élevée et elles sont difficiles à sécher. Au Danemark, la proportion du contenu en potassium et en chlore pour la biomasse herbacée destinée à la production d'électricité est respectivement de 0,2 % et 0,1 % (Sander, 1997). Des granules de paille sont mélangés à des granules de bois dans certaines centrales du Danemark de manière à pouvoir utiliser des matières à forte concentration en cendres.
Les principaux résidus de mouture commercialisés pour la production de chaleur proviennent du son de blé, des bales d'avoine et des anas de lin. Ces résidus sont généralement secs et uniformes et leur pourcentage en potassium et en chlore est moyennement faible. Dans une certaine mesure, les épis de maïs, les bales d'orge et de tournesol sont aussi utilisés. Au Canada, on estime à 1,5 million de tonnes la production de résidus de mouture (Samson et ass., 2006). Il existe actuellement une concurrence accrue pour cette ressource entre l'industrie des granules de combustible faits de fibres agricoles et l'industrie des produits alimentaires pour le bétail. Durant la saison de chauffage hivernale 2006-2007, en Ontario, les granules faits de résidus de mouture se vendaient entre 110 et 120 $ la tonne à l'industrie du chauffage des serres. Le coût de ce carburant était d'environ 6 $ le gigajoule. Celui du gaz naturel se situait entre 9 et 10 $ le gigajoule. Le développement de la biochaleur produite à partir de fibres agricoles est favorisé par les sommets de l'approvisionnement en gaz naturel en Amérique du Nord et la dépendance croissante en gaz naturel liquéfié importé.
Les cultures énergétiques vivaces et indigènes des saisons chaudes semblent devenir intéressantes pour la fabrication de granules de combustible faits à partir de fibres agricoles. Dans tout l'Est du Canada, les agriculteurs mettent à l'essai la production de ces cultures. Le panic raide et le barbon de Gérard sont les deux principales espèces d'herbes hautes utilisées en Amérique du Nord. Dans les provinces des Prairies, l'ammophile s'adapte plus facilement aux zones arides que le panic raid et le barbon de Gérard. D'habitude, le panic raide peut produire entre 9 et 10 tonnes à l'hectare dans les sols de productivité modérée de l'Est du Canada. Cette espèce peut être récoltée à l'automne, en hiver et tôt au printemps dans diverses régions du Canada.
La récolte tardive de cette herbe peut améliorer de manière importante la qualité combustible des matières premières, car le chlore et le potassium sont lessivés au fil du temps. Un nouveau système de récolte tardive optimisé nécessite que l'herbe soit récoltée à l'automne et mise en balles au printemps. Les nouvelles innovations technologiques dans la tonte et la mise en balles à débit élevé permettent aussi d'améliorer la logistique de la biomasse tout en diminuant la consommation énergétique et les coûts de production. Les coûts de production sont en général de 75 $ la tonne dans l'Est du Canada et les coûts de fabrication des granules se situent entre 35 et 50 $ la tonne. La principale raison pour laquelle on transforme la biomasse herbacée en granules est pour améliorer sa manutention, augmenter l'efficacité de la combustion, diminuer les charges des particules et diminuer les risque d'incendie. Le contenu énergétique des herbes de saison chaude est d'environ 18,5 à 19 gigajoules la tonne ou d'environ 5 à 7 % inférieur à celui des déchets de bois sur une base d'humidité équivalente (Samson et ass., 2005). Le contenu en cendres est d'environ 3 à 5 % dans l'Est du Canada et d'environ 5 à 9 % dans l'Ouest du Canada.
Occasions et défis associés à la création d'entreprises
Actuellement, on observe une activité importante dans la création d'usines de granules fabriqués à partir de fibres agricoles au Canada. Certains producteurs utilisent des provendries déjà en place pour produire des granules à partir de résidus de mouture destinés au chauffage commercial. D'autres exportent des granules à l'étranger aux centrales électriques d'Europe en quantités minimales de 7 000 tonnes. En général, les loyers fonciers près des régions côtières des Pays-Bas et de l'Allemagne se situent entre 1000 et 1 200 euros l'hectare ou entre 1 500 et 1 800 $ l'hectare. Dans ces régions, il est beaucoup plus économique d'importer des granules du Canada que de faire pousser des cultures énergétiques. Les coûts de transport maritime à partir de la région des Grands Lacs sont évalués entre 35 et 50 $ la tonne. Les principaux avantages liés au développement du marché de l'exportation des granules résident dans la forte demande et les prix élevés en raison des systèmes d'échange des droits d'émissions de carbone en place en Europe, de même qu'une plus grande marge financière toute l'année au lieu de dépendre uniquement du marché du chauffage domestique.
Une usine type qui peut produire environ 100 000 tonnes des granules destinés au chauffage par an coûte environ 7 millions $. L'investissement est beaucoup moindre que pour une usine de graines ou d'éthanol cellulosique. Une usine de granules à base de fibres agricoles présente un autre avantage : les terres agricoles utilisées bénéficient d'habitude d'une plus petite marge financière. Le développement des cultures énergétiques et de l'industrie de la biochaleur pourraient renforcer de manière importante l'agriculture et les occasions d'emplois au Canada dans les milieux ruraux. Avec l'évolution des systèmes d'échange des droits d'émissions de carbone, de nouveaux marchés feront leur entrée auprès des industries qui sont de grandes consommatrices d'énergie, notamment les industries de la fabrication du ciment et de l'acier, de même que celles de la transformation des aliments. Les grands bâtiments commerciaux et institutionnels, comme les écoles, les universités, les établissements correctionnels, les hôpitaux et les églises, de même que les centrales de cogénération situées dans les collectivités du nord sont des exemples d'autres marchés stratégiques.
De plus, l'exportation de granules à base de fibres agricoles en Europe pourrait stimuler l'émergence d'une vaste industrie dans l'Est du pays. En Ontario et au Québec, on estime que 14,1 millions de tonnes de granules à base de cultures énergétiques pourraient être produits en transformant 20 % des terres cultivables marginales et 40 % des terres utilisées pour la production de fourrage (Samson et ass., 2006). On estime que cela pourrait représenter l'exploitation de 52 usines de granules au Québec et de 89 en Ontario, nécessitant des dépenses d'investissement d'environ 1 milliard $. Les revenus annuels sont évalués à 1,7 milliard $.
Il semble que l'utilisation de granules à base de biomasse pour le chauffage de bâtiments commerciaux au pays, leur exportation en Europe pour être utilisés dans les centrales électriques, de même que leur utilisation pour le chauffage de bâtiments commerciaux sur place présentent les meilleures occasions d'affaires pour le moment. En Ontario, il existe des débouchés prometteurs pour l'utilisation de la biomasse pour la cogénération tout en profitant d'incitatifs pour le recours à des énergies renouvelables. Dans l'ensemble, les prix de l'énergie au Canada semblent trop bas pour alimenter en partie les centrales au charbon à court terme avec de la biomasse herbacée. L'exportation de granules à base de paille de céréales de l'Ouest vers l'Europe pour la production d'énergie pourrait être une solution plus rentable pour le développement du secteur énergétique.
Bibliographique
- Samson, R.A., S. Bailey et C. Ho Lem. 2006. Biomass resources options: Creating a BIOHEAT supply for the Canadian greenhouse industry. Rapport de recherche, phase I, pour Ressources naturelles Canada. 38 p.
- Samson, R., Drisdelle, M., Mulkins, L., Lapointe, C. et P. Duxbury. 2000. The use of switchgrass biofuel pellets as a greenhouse gas offset strategy. Bioenergy 2000. Buffalo, New York, du 15 au 19 octobre 2000. 10 p.
- Samson, R., Mani, S., Boddey, R., Sokhansanj, S., Quesada, D., Urquiaga, S., Reis, V. et C. Ho Lem. 2005. The potential of C4 perennial grasses for developing a global BIO-HEAT industry. Critical Reviews in Plant Science 24 : pages 461 à 495.
- Sander, B. 1997. Properties of Danish biofuels and the requirements for power generation. Biomass and Bioenergy 12 : p. 177 à 183.
Applications agricoles de combustibles à base de fibres agricoles
Nott Farms
Don Nott; courriel : dnott@tcc.on.ca R. R. 4 Clinton (Ontario) N0M 1L0; tél.: 519-233-7579; téléc. : 519482-5644
Nott Farms est un établissement de traitement de l'avoine qui utilise le sous-produit créé par les bales d'avoine. En 2006, Don Nott a commencé à utiliser cette matière avec du son de blé pour produire des granules de combustion faits avec des résidus de mouture à des fins de chauffage. Il possède maintenant une flotte de camions de livraison et un silo à grains d'une capacité de 10 000 tonnes pour entreposer le combustible à chauffage qu'il utilise en hiver. Durant cette saison, Nott Farms fournit du combustible à chauffage à environ 20 serres de l'Ontario. Pour obtenir de plus amples renseignements, reportez-vous à l'article-vedette de la revue Better Farming de décembre 2006.
K&K Greenhouses Ltd
Ken & Karen Tigchelaar Courriel : kkg@sympatico.ca 1852 6th Concession W, Branchton (Ontario); tél. : 519-623-7688
L'entreprise K&K Greenhouses a installé une chaudière à multicarburant de Decker Manufacturing Ltd. Le système a été installé en février 2005 et utilise des granules à base de résidus de mouture, du maïs en grains et du canola qui ne répond pas aux normes. L'entreprise utilise principalement la chaudière à multicarburant pour chauffer sa serre de 0,75 ha et Ken Tigchelaar est maintenant dépositaire des chaudières Decker en Ontario. Pour obtenir de plus amples renseignements, reportez-vous à l'article-vedette de la revue Better Farming de janvier 2006.
http://www.betterfarming.com/2006/bf-jan06/cover.htm.
Grove Wood Heat Inc.
a/s de Vince Court Courriel : grovewoodheat@pei.sympatico.ca 935 Pleasant Grove Rd., York (Île-du-Prince-Édouard) C0A 1P0; tél. : 902-672-2090
L'entreprise Grove Wood Heat vend des chaudières alimentées aux résidus de bois dans l'Est du Canada depuis les 20 dernières années. En 2005, l'entreprise a commencé à concevoir des chaudières pour utiliser l'orge qui ne répondent pas aux normes de même que d'autres céréales fourragères. Pour le moment, elle fabrique des chaudières de 25 à 250 kW alimentées aux céréales. Sur la photo, on voit une chaudière de 75 kW installée dans un petit bâtiment pour minimiser les risques d'incendie.
Prairie Bio-Energy Inc. www.prairiebioenergy.com
C.P. 560, La Broquerie (Manitoba) R0A 0W0; tél. : 204-424-5313; téléc. : 204 424-5405
Prairie Bioenergy a été la première entreprise au Canada à vendre des combustibles comprimés tirés de fibres agricoles. L'entreprise peut produire un produit fait d'anas de lin, de résidus de bois et de vieux papiers en utilisant une presse à agglomérer Cooper (www.cooperequipmentinc.com). Le produit fini est un cube de 2,2 cm (7/8 de pouce) avec une humidité de 5 à 6 % qui possède une masse volumique apparente de 550 kg/m3. Les cubes de combustibles sont un mélange de sous-produits du bois et d'anas de lin. Le contenu énergétique est d'environ 18,4 gigajoules par tonne. Le combustible remplace le charbon, principalement dans les chaudières commerciales utilisées dans les étables et les serres de grande taille.
Vanderveen Greenhouses
C.P. 957, Carman (Manitoba) R0G 0J0; tél. : 204-745-3534; téléc. : 204-745-3920
L'entreprise Vanderveen Greenhouses de Carman (Manitoba) est l'une des premières à réussir à brûler des résidus de récolte en vrac dans le but de chauffer un grand bâtiment commercial. Au cours de l'hiver 2005, elle a installé deux brûleurs à flamme bleue (www.blueflamestoker.com) d'une puissance thermique de 2,9 MW pour fournir 5,8 MW de charge de base pour le chauffage de sa serre à partir de biomasse. En 2006, l'entreprise a ajouté un système de 3,5 MW. Son combustible se compose d'anas de lin, un sous-produit de la paille de lin transformé pour l'industrie des pâtes et papiers. L'anas de lin est stocké dans une grande remise mitoyenne à la chaufferie et un « plancher mobile » est utilisé pour acheminer le combustible au convoyeur principal.
Principaux fournisseurs de technologie de combustion au Canada
Decker Brand Boilers www.deckerbrand.com PR, Decker (Manitoba) R0M 0K0; tél. : 204-764-2861; téléc. : 204-764-2594; Courriel : clarence@dekkerbrand.com
Choix de 8 modèles allant de 44 kw à 1025 kw.
Entreprises de combustion
Blue Flame Stoker www.blueflamestoker.com C.P. 285, Headingley (Manitoba) R4J 1C1; tél. : 204-694-2398; téléc. : 204-697-7535; courriel : info@blueflamestoker.com
Modèles allant de 800 kw à 3 500 kw
Grove Wood Heat Inc. grovewoodheat@pei.sympatico.ca a/s de Vince Court, 935 Pleasant Grove Rd., York (Île-du-Prince-Édouard) C0A 1P0; tél. : 902-672-2090
Chaudières allant de 25 à 250 kw
Harman Stove Company http://www.harmanstoves.com 352 Mountain House Road, Halifax, Pennsylvania 17032; tél. : 717-362-9080; téléc. : 717-362-4251
Chauffage central à petite échelle et fournaises à granules à air chaud
Pro-Fab Industries Inc. http://profab.org/Products/Pelco.aspx
C.P. 112, Arborg (Manitoba) R0C 0A0; tél. : 888-933-4440; téléc. : 204-364-2472; courriel : info@profab.org
Chaudière Pelco à eau chaude, trois tailles disponibles : 220 kw, 440 kw et 740 kw
Vidir Biomass Systems Inc. www.vidir.biz/index-biomass.htm Case 700, Arborg (Manitoba) R0C 0A0; tél. : 800-210-0141; téléc. : 204-364-2454
Modèles allant de 1 200 kw à 4 690 kw www.kap.mb.ca/altenergy_presentations.htm
(voir les occasions dans la machine de biomasse -Eric Remple~vidar)
Technologie de granulation
Amandus Kahl GmbH & Co. KG http://www.akahl.de/index.php?hid=34 Dieselstrasse 5, D-21465 Reinbek, Allemagne; tél. : +49-40-72771-0 ; téléc. : + 49-40-72771-100
Courriel : info@amandus-kahl-group.de
Production de plantes pour granules faits à partir de bois, de sciure de bois, de paille et d'autres produits organiques résiduels.
Modifié: 04-02-2008
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