Une chance de passer aux sources renouvelables pour le chauffage, électricité et carburant, tout en offrant de nouvelles opportunités à plusieurs industries de produire un grand nombre de produits renouvelables. C'est le verdict des chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, Suède, qui maintenant, après 10 ans de recherche énergétique sur la gazéification de la biomasse, voir un éventail de nouvelles réalisations technologiques.

« Le potentiel est énorme ! En utilisant uniquement les centrales énergétiques suédoises déjà existantes, nous pourrions produire des carburants renouvelables équivalant à 10 % du carburant d'aviation mondial, si une telle conversion était pleinement mise en œuvre, " dit Henrik Thunman, Professeur de technologie énergétique à Chalmers.

Comment mettre en œuvre un passage des combustibles fossiles aux énergies renouvelables est une question délicate pour de nombreuses industries. Pour les industries lourdes, comme les raffineries de pétrole, ou l'industrie du papier et de la pâte à papier, il est particulièrement urgent de commencer à bouger, parce que les cycles d'investissement sont si longs. À la fois, il est important de bien investir car vous pouvez être obligé de remplacer des chaudières ou des installations à l'avance, ce qui signifie des coûts financiers importants. Grâce à des efforts stratégiques à long terme, des chercheurs de l'Université de technologie Chalmers de Suède ont maintenant ouvert la voie à des changements radicaux, qui pourrait s'appliquer aux nouvelles installations, ainsi qu'être mis en œuvre dans des milliers d'usines existantes à travers le monde.

La solution présentée consiste en une gazéification généralisée de la biomasse. Cette technologie en elle-même n'est pas nouvelle. Expliqué en gros, ce qui se passe, c'est qu'à haute température, la biomasse est transformée en gaz. Ce gaz peut ensuite être raffiné en produits finaux qui sont actuellement fabriqués à partir de pétrole et de gaz naturel. Les chercheurs de Chalmers ont montré qu'un produit final possible est le biogaz qui peut remplacer le gaz naturel dans les réseaux de gaz existants.

Précédemment, le développement de la technologie de gazéification a été entravé par des problèmes majeurs de goudron libéré de la biomasse, qui interfère avec le processus de plusieurs manières. Maintenant, les chercheurs de la division Energy Technology de Chalmers ont montré qu'ils peuvent améliorer la qualité du biogaz grâce à des procédés chimiques, et le goudron peut également être géré de manière totalement nouvelle. (Voir l'animation et l'image ci-dessous.) Ceci, en combinaison avec un développement parallèle de matériaux échangeurs de chaleur, offre de toutes nouvelles possibilités de conversion des chaudières de chauffage urbain en gazéificateurs à biomasse.

"Ce qui rend cette technologie si attractive pour plusieurs industries, c'est qu'il sera possible de modifier les chaudières existantes, qui peut ensuite compléter la production de chaleur et d'électricité par la production de combustibles et de produits chimiques non fossiles.", dit Martin Seemann, Professeur agrégé en technologie de l'énergie à Chalmers.

« Nous avons ainsi reconstruit notre propre chaudière de recherche en 2007, et maintenant nous avons plus de 200 années-homme de recherche pour nous appuyer, " explique le professeur Henrik Thunman. " Combiné aux leçons à l'échelle industrielle tirées du projet de démonstration GoBiGas (Göteborg Biomass Gasification), lancé en 2014, il nous est maintenant possible de dire que la technologie est prête pour le monde."

Les installations qui pourraient être converties à la gazéification sont les centrales électriques et de chauffage urbain, usines de papier et de pâte à papier, scieries, raffineries de pétrole et usines pétrochimiques.

« Les solutions techniques développées par les chercheurs Chalmers sont donc pertinentes dans plusieurs domaines industriels », dit Klara Helstad, Chef de l'unité Industrie durable à l'Agence suédoise de l'énergie. "La compétence et l'infrastructure de recherche de Chalmers ont joué un rôle crucial pour la démonstration de biocarburants avancés dans le cadre du projet GoBiGas."

L'Agence suédoise de l'énergie finance la recherche et les infrastructures énergétiques à Chalmers depuis de nombreuses années.

La part de ce potentiel technologique pouvant être exploitée dépend des conditions économiques des années à venir, et comment cela affectera la volonté des secteurs industriels et énergétiques de se convertir. La disponibilité de la biomasse est également un facteur crucial. La biomasse est une ressource renouvelable, mais seulement à condition de ne pas épuiser les conditions de sa production biologique. Il y a donc une limite pour la production totale de biomasse.

Potentiel de combustibles non fossiles via la gazéification, par modification d'installations existantes

• Les installations susceptibles d'être modifiées disposent d'un type de chaudière à combustion appelée lit fluidisé. C'est la technologie la plus courante dans les centrales électriques et de chauffage urbain suédoises, et est également courante dans de nombreuses usines de papier et de pâte à papier et scieries. Au total, plus de 100 usines en Suède ont des chaudières à lit fluidisé.
• Si toutes ces centrales étaient modifiées en gazéifieurs de biomasse, ils seraient capables de produire 346 TWh de biogaz (méthane) par an, étant donné la disponibilité suffisante de la biomasse. Cela correspond à environ un pour cent de la consommation mondiale totale de gaz naturel en 2013.
• Alternativement, les centrales pourraient produire 278 TWh de carburant aviation par an, equivalent to approximately 10 percent of the world's total aviation fuel consumption in 2014.
• The biomass consumption in the above scenarios exceeds the production estimates of the Swedish agriculture and forestry industry, so a major conversion to biomass gasification would probably require a mixture of domestic and imported biomass.
• Globalement, there are thousands of plants that have fluidised bed combustion, and could therefore be modified to biomass gasification.

Chemicals, materials and electrical fuels as end-products

• The technology is very flexible when it comes to end-products. Gasification of biomass produces syngas—a mixture of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide—which can then be converted to a variety of hydrocarbons. In addition to biogas and aviation fuel, you can, par exemple, produce methanol, gasoline and diesel.
• In addition to power and district heating plants and paper-, pulp- and sawmills, the conversion could also include oil refineries and petrochemical plants. The gasification process could provide renewable hydrocarbons that can replace oil in the production of fuels, chemicals and materials. Mais aussi, it offers the possibility of supplementing their operations with their own combustion of biomass.
• The technology can also be used to produce electro fuels. These are synthetic vehicle fuels that are produced with carbon dioxide captured from biomass combustion, électricité et eau. In a future energy system, with a high proportion of electricity from solar cells and wind power, it could be a method of utilising electricity during surplus periods. An installation can be designed to switch between the production of electric fuel and other fuel, depending on the current electricity price.
• With sufficient access to biomass, the expanded production could coexist with existing production in the facilities, and provide an increased degree of utilisation for today's infrastructure.

The availability of sustainably produced biomass

There are differences in opinion over how much biomass can be produced in a sustainable way.

"My assessment is that biomass can make a significant contribution to the energy supply. But it is not enough to provide for all the applications that currently require fossil fuels, " says Göran Berndes, Professor of Biomass and Land use at Chalmers. "In this perspective, the conversion to gasification is very interesting, as it enables biomass to be used very efficiently to meet several different needs in society."

Göran Berndes continues, "regardless of how biomass is used in the end, it is important to ensure that it comes from sustainable forestry and agriculture. Lois, regulations and market-based sustainability certification schemes provide better conditions for sustainable production, but countries and individual actors differ in terms of sustainability priorities. It is therefore likely that the changeover to renewability will still be characterised by a debate regarding the sustainability of different solutions."