Principes & Procédés

Pyrolyse & Gazéification – Principes

La pyrolyse et la gazéification sont des procédés de traitement thermique de matières carbonées (biomasse et/ou déchet) relativement sèches, à haute température (entre 250 et 1500 degrés Celsius), 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 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.

La pyrolyse est le processus naturel à l’origine de la formation des énergies fossiles. Ces technologies de pyrolyse et de gazéification permettent de la même manière la production de composés énergétiques mais beaucoup plus rapidement (de quelques secondes à quelques heures). La valorisation de ces nouveaux composés se fait dans un second temps, directement en aval ou sur un autre site, soit sous forme énergétique, par exemple dans une chaudière ou un moteur à combustion interne en substitution d’une énergie fossile, soit sous forme chimique pour la préparation de biocarburants ou de molécules à haute valeur ajoutée.

Historique

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 19ème siècle, gazogène au début du 20ème 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 80/90 en alternative aux technologies d’incinération. Ces procédés visent avant tout à traiter des ordures ménagères en mélange, dans une logique de santé publique plutôt que de valorisation énergétique, et concernent 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.

Depuis quelques années, une seconde génération de procédés est en cours de développement. Ces procédés 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.

De nombreuses sociétés françaises et internationales, start-ups et grands groupes, travaillent sur la mise au point de ces nouvelles solutions afin de répondre aux nombreux enjeux environnementaux et énergétiques actuels… et essayer de prendre une position de leader sur ce secteur d’avenir.

Pour aller plus loin : www.gazeification.info

Les différents procédés

Deux grandes familles de procédés (ou d’installations) existent :

  1. Procédés de 1ère génération (procédés intégrés) : La combustion des vecteurs énergétiques est réalisée dans la même installation que l’installation de pyrogazéification.
  2. Procédés de 2e génération (procédés non intégrés) : La valorisation du/des composés énergétique(s) produit(s) dans l’installation de pyrogazéification est réalisée dans une installation distincte (brûleur chaudière, process industriel, moteur à gaz,…).

Au sein de chacune de ces deux familles,  il existe un très grand nombre de technologies de pyrolyse/gazéification.

Les technologies les plus répandues sont les suivantes [1] :

  • – Lit fixe à co-courant ou à contre-courant
  • – Lits fluidisés
  • – Lit à Flux entraîné

Le « lit » représente la charge de déchets ou de biomasse. Cette charge peut être immobile (lit fixe), descendante, ascendante, fluidisée (cas de petites particules mélangée à un fluidisant de type sable) ou entraîné par le flux de gaz. Le flux de gaz peut aller dans le même sens que la charge de déchets ou bien en sens inverse. Le flux de gaz peut aussi être perpendiculaire par rapport au déchet. Au-delà de ces grandes catégories, il existe au sein de chacune de catégories un grand nombre de procédés de gazéification avec ses caractéristiques propres.

Description des différentes techniques de lits dans l’état de l’art du Club.

[1] Cette note est une synthèse de divers travaux de thèses et autres sur les différents procédés: Pari Tech, AMU, CIRAD, Cho Power