La pyrolyse-gazéification pour recycler les infrastructures énergétiques fossiles


Remplacer très rapidement les énergies fossiles par des énergies renouvelables est vital pour atténuer le changement climatique. La transition énergétique nécessitera ainsi la création de nombreuses nouvelles infrastructures fonctionnant au solaire, à l’éolien, à la biomasse… et de nouveaux investissements colossaux. Mais que fait-on des anciennes infrastructures, industrielles notamment, qui ont été conçues dans leur grande majorité pour utiliser des énergies fossiles ? Il n’est par exemple malheureusement pas possible de mettre des plaquettes de bois en l’état dans une chaudière au gaz naturel. Cela signifie-t-il que la transition énergétique se traduira par d’immenses friches industrielles laissées à l’abandon ?


Avant de jeter le bébé avec l’eau du bain, il faut bien comprendre pourquoi notre industrie aime autant les énergies fossiles. Ce n’est pas juste parce qu’elles sont (trop) bon marché, mais avant tout car la matière organique qu’elles contiennent a été transformée préalablement sous une forme homogène, dense énergétiquement, facilement transportable et finalement très facilement exploitable. Ainsi, la biomasse ligno-cellulosique brute est 3 à 11 fois moins dense en termes d’énergie par m3 que du pétrole (3 pour du granulé de bois et 11 pour des écorces très humides). Si nous sommes accros aux énergies fossiles, c’est donc autant pour des raisons techniques qu’économiques.

Imiter le processus naturel à l’origine des énergies fossiles

Comment faire alors pour redonner une seconde vie à ces infrastructures après l’ère des énergies fossiles ? Tout simplement en imitant le processus naturel à l’origine des énergies fossiles : la pyrolyse. Les énergies fossiles proviennent de la transformation thermo-mécanique de la biomasse dans le sous-sol. Elles sont en ce sens renouvelables mais tous les 500 millions d’années, soit beaucoup trop lentement pour l’humanité.

Les technologies de pyrolyse peuvent donc imiter la nature pour transformer la matière organique sous forme de composés énergétiques (gaz, liquide, charbon, comme les énergies fossiles) mais beaucoup plus rapidement que dans la nature, à raison de quelques secondes à quelques heures. La pyrolyse consiste à chauffer la matière organique à haute température en absence d’oxygène. La chaleur va couper les molécules carbonées comme des ciseaux en molécules simples (CO, H2, CH,…) sous forme gazeuse, des molécules un peu plus grosses sous forme liquide à température ambiante, et du charbon sous forme solide.

Les proportions entre ces trois phases gaz, liquide et solide vont dépendre de trois paramètres principaux : la température, le temps de séjour et la vitesse de chauffage, comme la cuisson dans votre four. Si votre rôti est saisi dans votre four à haute température sur un temps court, ou votre boeuf bourguignon chauffé à basse température sur une durée longue, le résultat ne sera pas du tout le même. Dans la nature, la matière organique au fond des océans a été chauffée à basse température sur de très long temps de séjour. Ceci a produit très majoritairement du charbon, un peu de pétrole et un peu de gaz naturel. Si vous chauffez très vite la matière organique, vous obtiendrez à l’inverse principalement du gaz à 1000 °C et du liquide à 500 °C. Une deuxième étape dite de gazéification peut permettre le cas échéant de transformer comme son nom l’indique la phase liquide et solide en gaz.

Un potentiel gigantesque au service de la transition énergétique et de l’économie circulaire.

Le potentiel des technologies de pyrolyse et gazéification est immense puisqu’il s’agit ni plus ni moins que de reproduire des combustibles ayant des caractéristiques physico-chimiques proches de celles des énergies fossiles utilisables dans des infrastructures existantes. Il s’agit donc d’une étape de prétraitement de la matière organique, la valorisation (chaleur, électricité, production de méthane, ou encore d’hydrogène…) étant réalisée dans une seconde étape en aval. Les ressources (biomasses ligno-cellulosiques, résidus agricoles, déchets non recyclables en l’état…) sont très nombreuses et surtout réparties sur le territoire local, donc avec une faible emprunte carbone dans sa mise en œuvre. Une fois transformées en composés énergétiques, elles pourront être utilisées par exemple comme :

  • Gaz utilisable dans une chaudière gaz naturel existante en adaptant simplement le brûleur,
  • Gaz pour se substituer à des énergies fossiles au cœur de processus industriels (verriers, briquetiers…)
  • Gaz pour alimenter un moteur à combustion interne avec un rendement électrique près de deux fois supérieur à celui d’une turbine a vapeur,
  • Méthane d’origine gazéification (après une étape dite de méthanation) pour injection dans le réseau gaz naturel,
  • Bois torréfié (pyrolyse basse température) en substitution du charbon fossile dans des centrales thermiques,
  • Liquide pour se substituer à du fioul lourd pour des bateaux.

On le voit, les possibilités sont immenses, tant en termes de ressources que de types de valorisations.

GrDF a ainsi étudié le potentiel de la filière (1) pour produire du gaz vert injectable dans le réseau, made in France et renouvelable, par la pyrogazéification de différentes ressources, en tenant compte des usages actuels et des conditions technico-économiques d’exploitation de celles-ci.

La conclusion de cette étude est que « le potentiel technique de production de biométhane 2G [via gazéification], pour 2020 et 2050 varie de 100 à un maximum de 250 TWh/an selon le scénario envisagé […]. Ce potentiel est à comparer aux 400 TWh consommés en 2011 en gaz naturel sur le territoire français et confirme l’intérêt de la filière au regard des objectifs du Grenelle de l’Environnement. L’étude montre également que ce potentiel significatif a pu être atteint en raison de la flexibilité des technologies et du rendement élevé dont bénéficie la filière.

Une seconde vie possible pour les infrastructures énergétiques fossiles

Dans transition énergétique, il y a transition. Cette filière propose de ne pas faire table rase de toutes les infrastructures qui ont été développées durant des dizaines d’années, mais de leur redonner une seconde vie avec des combustibles renouvelables pouvant être utilisables une fois transformés.

(1) – Biométhane de gazéification – Evaluation du potentiel de production en France aux horizons 2020 et 2050 – Etude réalisée pour le compte de GrDF par le CRIGEN de GDF SUEZ – Février 2013


Article initialement paru dans bioénergies international.

Philippe Hugeron
Directeur associé de Valoneo
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