Technologies de conversion du bois-énergie

En fonction des caractéristiques nombreuses et variables de bois, sa valorisation est destinée soit à la fabrication des matériaux de construction ou pour la production d’énergie.

La chaîne de valorisation de bois-énergie est un processus complexe intégrant plusieurs procédés de valorisation pouvant donner à la fois de l’énergie, des produits principaux et des coproduits en parallèle ou vers la fin de la chaîne de valorisation.

En effet, nous pouvons distinguer trois sources capitales de bois-énergie :

• La biomasse issue de la sylviculture consacrée entièrement à la valorisation du bois-énergie;
• Les coproduits et dérivés secondaires issus de la transformation primaire et secondaire du bois ;
• La biomasse qui est récupérée à partir du bois en fin de vie.

Quels sont les procédés de conversion de la biomasse solide en énergie ? 

Les technologies de conversion de la biomasse solide en énergie sont diverses et nombreuses. Toutefois, l’objectif final de chaque technologie est la production d’énergie sous forme de chaleur ou d’électricité.

En fonction des besoins énergétiques, une technologie de production, de conversion, de stockage et de transportation d’énergie s’impose plutôt qu’une autre. Voici les procédés technologiques de conversion de la biomasse solide en énergie les plus connus et utilisés:

• Combustion

Dans une réaction de combustion, et en présence d’oxygène, la biomasse est complètement transformée en gaz qui s’enflamme en émettant par conversion de la chaleur.

• Pyrolyse

La pyrolyse est une réaction de décomposition de la biomasse sous l’effet de la chaleur dans un milieu plus ou moins faible en oxygène. Dans ce procès, la biomasse solide se décompose et donne comme résultantes trois produits:

• Un solide riche en carbone (le charbon);
• Un gaz composé de CO2, CO, H2 et CH4 ;
• Un complexe d’huile pyrolytique.

• Carbonisation 

La carbonisation ne diffère pas beaucoup de la pyrolyse, mais le procédé est optimisée davantage pour la production de charbon de bois. En effet, la carbonisation vise à soumettre le bois sous une température aux alentours de 450°C durant quelques heures ou jours et dans un milieu faiblement alimenté en oxygène. En conséquence, ce procédé  permet de récupérer jusqu’à 30% de charbon concentré et 65% d’énergie^[1]Panorama des filières bois-énergie et agrocombustibles en Wallonie – Valbiom – 2018.

• Gazéification 

La gazéification transforme 80% de la biomasse en un gaz composé selon un procédé thermochimique. Le mélange de gaz issu est appelé syngaz et est composé jusqu’à 75% d’anhydride contenu dans la biomasse. Nous pouvons considérer que la gazéification est une voie intermédiaire entre la pyrolyse et la combustion.

En Wallonie, la gazéification est une solution prometteuse lorsqu’elle vise à la fois la  production de chaleur et d’électricité dans des gammes de puissance comprises entre 300 et 1.000 kW^[2]Panorama  des filières bois-énergie et agrocombustibles en Wallonie – Valbiom – 2018. Ce procédé est utilisé dans les systèmes de cogénération.

Les technologies pour la production de chaleur

En fonction des besoins d’utilisation, nous distinguons deux types de technologies de combustion pour la production de chaleur :

• Une gamme de petite puissance destinée pour le chauffage domestique regroupant, d’une part, les systèmes centralisés qui produisent de la chaleur pour le logement en entier (cheminées, poêles-chaudières, inserts, etc.), d’autre part, les systèmes d’appoint destinés au chauffage à destination des particuliers (chaudières à bûches, chaudières à pellets et à plaquettes, chaudières polycombustibles pour agrocombustibles).
• Une gamme de grande puissance par l’augmentation des dimensions du foyer. En effet, quand les besoins en puissance énergétique sont importants (jusqu’à plusieurs dizaines de Mégawatts), les chaudières de petite puissance ne peuvent pas répondre à la demande croissante en chaleur. En effet, dans les processus industriels, l’approvisionnement en  chaleur est une nécessité capitale dans les procédés de production, transformation et transportation.

Les technologies pour la production d’électricité

La production de chaleur à partir de la biomasse solide peut se faire selon deux procédés:  la combustion-vaporisation ou la gazéification.

Quand il s’agit de l’électricité produite selon une technologie de combustion-valorisation, cette dernière génère une force motrice à travers la vapeur sous pression produite par une chaudière biomasse. À la manière d’une dynamo, cette force engendre une puissance électrique quand elle est couplée à un alternateur. Nous parlons donc des générateurs d’électricité à turbines-vapeur (aubages) ou à des moteurs à vapeur (pistons).

En ce qui concerne les technologies à gazéification, la production de l’électricité  repose sur le principe de la gazéification du bois. Ce processus refroidit les gaz pour les utiliser dans un moteur qui permet de transférer une force motrice à un alternateur, qui produira de l’électricité.

Conclusion

Les projets de production, de valorisation et de consommation des combustibles biomasse sont aujourd’hui largement répandu. Ils répondent aux évolutions technologiques de valorisation de la biomasse. L’efficacité des appareils de combustion et la haute rentabilité du bois-énergie ont impacté l’évolution de cette filière et impose sa structuration sur tous les plans.

Au niveau du prix de revient, en fonction de divers facteurs comme la location de la terre ou le cout du matériel, en 2017, la consommation d’agrocombustibles autoproduits permet d’atteindre un prix oscillant entre 7 et 14 c€/litre équivalent mazout^[3]Panorama des filières bois-énergie et agrocombustibles en Wallonie – Valbiom –  2018.