Rapport sommaire : Forum technologique - Production d'énergie par la combustion de biomasse agricole pour répondre aux besoins des utilisateurs finaux

Table des matières

  1. Sommaire
  2. Présentations et points saillants du Forum
  3. Conclusions tirées du Forum

Le présent rapport résume l'information donnée et les points de vue exprimés par les conférenciers et les participants au Forum.

Sommaire

Nos connaissances actuelles

Les lacunes que nous devons combler

  • Sur le plan de la qualité, du rendement et du coût des biocombustibles, les types de biomasse agricole les plus intéressants sont les cultures énergétiques herbacées et ligneuses. Les résidus industriels et de culture aussi sont aisément disponibles et peu coûteux, mais les biocombustibles sont de faible qualité.
  • La biomasse torréfiée comporte des avantages : elle est hydrophobe, sèche et biologiquement inactive; elle a une densité plus élevée et une densité d'énergie plus grande; elle est friable et permet des économies sur le transport, la manutention et le traitement. Les services publics, et éventuellement le chauffage domestique et industriel, jouent un rôle clé sur l'expansion du marché.
  • La torréfaction ne parviendra pas, à elle seule, à réduire de façon notable les concentrations de soufre, de chlore et d'alcali dans la biomasse.
  • L'état actuel de la technologie ne permet pas de considérer la gazéification (production de gaz de synthèse) comme un procédé prometteur.
  • La production combinée de chaleur et d'électricité est particulièrement intéressante en raison de son efficacité énergétique globale.
  • Au Canada, on trouve dans le commerce des systèmes de combustion de biomasse dont la taille varie de 2 kilowatts à 500 mégawatts. Presque toutes les chaudières fabriquées au Canada sont conçues pour fonctionner au bois (des modifications sont nécessaires pour qu'elles puissent utiliser de la biomasse agricole).
  • La biomasse ligneuse produit une faible quantité de cendre et très peu de soufre.
  • La température de combustion de la biomasse joue grandement sur la production totale de cendre.
  • Le coût d'utilisation de la biomasse est plus élevé que celui du charbon.
  • Le prix offert dans le cadre du Programme de tarifs de rachat garantis de l'Ontario pour l'utilisation de la biomasse n'est pas intéressant.
  • Aucune technologie de combustion commerciale n'est disponible sur le marché pour la production d'électricité à petite échelle.
  • Les utilisateurs de biomasse doivent déterminer comment et où utiliser la chaleur résiduelle, et comment créer une infrastructure de biocombustible.
  • Comment peut-on résoudre de façon économique les problèmes de qualité du combustible (c.‑à‑d. teneur élevée en chlore, soufre, pourcentage élevé de métaux alcalins, fusibilité des cendres [le point de fusion des cendres de la biomasse herbacée est peu élevé comparativement à la biomasse ligneuse], émissions provenant de la combustion, humidité, quantité importante de cendre, d'alcali et d'halogènes, émissions et encrassement)?
  • La torréfaction laisse de nombreuses questions en suspens (p. ex., la plupart des expériences sont réalisées avec du bois torréfié); les résultats dont on dispose proviennent uniquement d'usines à échelle réduite; le traitement par torréfaction à grande échelle n'est pas encore au point.
  • Les projets de démonstration sur la gazéification, réalisés principalement en Europe, s'attardent principalement à la biomasse ligneuse; l'expérience nord-américaine est limitée.
  • La façon de résoudre les problèmes liés aux transformateurs de biomasse agricole : besoins en matière de liquidités et d'entreposage (selon la disponibilité des matières biologiques en saison, caractère saisonnier de l'utilisation des granules pour le chauffage de bâtiments), abrasivité de la biomasse agricole (les silicates réduisent la durée des matrices).
  • Effet des différentes options d'entreposage sur la qualité de la biomasse.

Introduction et contexte

Le comité directeur du Projet d'exploitation commerciale de la biomasse agricole pour la production d'énergie par combustion a été l'hôte du Forum technologique. Ce projet a pour but de coordonner l'analyse visant à évaluer la faisabilité d'exploiter commercialement la biomasse agricole destinée à la production d'énergie par combustion en Ontario et, si possible, de mettre en place les bases de cette industrie. Le comité directeur est coprésidé par le ministère de l'Agriculture, de l'Alimentation et des Affaires rurales de l'Ontario (MAAARO) et par l'Ontario Power Generation (OPG).

Selon les priorités du Plan d'action de l'Ontario contre le changement climatique, l'OPG étudie les possibilités de convertir les centrales au charbon en centrales alimentées entièrement au gaz naturel ou au gaz naturel et biocombustible, dont les granulés de bois et la biomasse agricole. L'industrie du ciment, certaines exploitations agricoles (p. ex., serriculture) et d'autres secteurs qui utilisent actuellement le charbon ou le gaz naturel sont également à la recherche de sources d'énergie renouvelable afin d'atténuer les émissions de gaz à effet de serre.

Le secteur agricole de l'Ontario s'intéresse de plus en plus aux chaînes de valeur et aux modèles de gestion associés à l'utilisation de la biomasse agricole pour la production d'énergie. Par conséquent, il devient nécessaire de coordonner et d'orienter les démarches des secteurs agricole et rural et celles des chercheurs et des principaux partenaires de ces initiatives afin de valider les perspectives à long terme associées à ce débouché commercial sur les plans de la faisabilité technique, de la viabilité économique et de la durabilité environnementale.

Le comité directeur dispose de trois groupes de travail composés de représentants œuvrant à l'avant-garde de cette industrie émergente, soit le Groupe de travail sur l'analyse de rentabilité, le Groupe de travail technique et le Groupe de travail sur la durabilité environnementale. Les membres des groupes de travail sont appelés à partager leurs compétences et à fournir un aperçu de leurs connaissances au comité directeur. Dirigé par René Van Acker, de l'Université de Guelph, le Groupe de travail technique est chargé de se pencher sur les enjeux de la biomasse agricole liés à la dimension agronomique, aux infrastructures et à la combustion. C'est ce groupe de travail qui a organisé le Forum technologique.

Objectif du Forum technologique

Le Forum technologique avait pour objectif de donner aux participants des renseignements actualisés sur les technologies de traitement de la biomasse agricole à des fins de production d'énergie par combustion, sur les autres méthodes d'entreposage de la biomasse agricole avant le traitement, ainsi que sur les exigences techniques liées aux marchés émergents des utilisateurs finaux de la biomasse agricole. Le Forum visait également à amorcer une réflexion sur la pertinence, le moment et la façon de développer diverses chaînes d'approvisionnement en biomasse agricole en Ontario.

On a demandé aux conférenciers de fournir des renseignements pratiques, tant à l'égard des défis à relever que des occasions à saisir, sur la combustion de la biomasse du point de vue de l'utilisateur final et sur les aspects techniques des divers procédés de transformation de la biomasse à des fins de production d'énergie par combustion. Les participants ont été invités à mettre en commun l'information et à aider à repérer les éventuelles lacunes qu'il faudra combler lorsque le comité directeur coordonnera l'analyse du potentiel de commercialisation de la biomasse agricole pour la production d'énergie par combustion en Ontario.

Participants

Il y a eu environ 160 participants au Forum, dont 110 se trouvaient sur place à l'Arboretum Centre, à l'Université de Guelph, et 50 y assistaient par webémissiondans son essai de démonstration effectué en octobre 2010 dans sa cimenterie de Bath, en Ontario. Un grand nombre de secteurs y étaient représentés, notamment des producteurs agricoles, des associations agricoles, des gouvernements (fédéral et provinciaux), des entreprises spécialisées dans la technologie, l'industrie de la transformation de la biomasse, des utilisateurs finaux de biomasse, des consultants et des chercheurs universitaires, la plupart provenant de l'Ontario et quelques-uns d'autres provinces.

Présentations et points saillants du Forum

Il est à noter que l'ensemble complet des présentations des conférenciers est disponible ici.

Les pages qui suivent décrivent les grandes lignes des présentations des conférenciers pour chaque groupe d'experts, suivi des points de discussion et des interventions des participants.

Utilisateurs finaux de biomasse : points saillants abordés par les conférenciers

Rob Cumming – Lafarge Canada Inc.

Rob Cumming est gestionnaire des affaires publiques et de l'environnement chez Lafarge. Il s'occupe des activités ontariennes de la cimenterie de Bath. Il est au service de Lafarge depuis sept ans. M. Cumming est titulaire d'une maîtrise en génie de l'Université de Waterloo, avec spécialisation en génie de l'environnement, et il est ingénieur depuis plus de 20 ans. L'an dernier, la cimenterie de Bath a reçu un prestigieux prix d'excellence environnementale en reconnaissance de sa capacité à combiner l'action sociale, la gestion de l'énergie, l'intendance environnementale et l'innovation. Plus de 120 cimenteries en Amérique du Nord rivalisent pour l'obtention de ce prix qui est remis par la Portland Cement Association.

  • L'industrie cimentière produit 5 % de toutes émissions de CO2 sur la planète; le potentiel d'atténuation des changements climatiques par l'utilisation de la biomasse plutôt que du charbon est donc énorme.
  • Les problèmes que présentent les biocombustibles sont, notamment, le coût qui est plus élevé que celui du charbon, la densité énergétique qui est plus faible et la nécessité de disposer dans certains cas d'un lieu d'entreposage couvert.
  • Lafarge a utilisé de la biomasse de faible densité dans son essai de démonstration effectué en octobre 2010 dans sa cimenterie de Bath, en Ontario.
  • Avantages des granulés : produit reconnu, économique à transporter sur de longues distances, ayant des caractéristiques de transférabilité améliorées et bénéficiant de certains avantages en matière de puissance calorifique par rapport à la biomasse en vrac puisqu'il s'agit d'une matière plus sèche. Inconvénients : coût des granulés, doivent être entreposés dans un endroit couvert, préférable d'utiliser des matières à particules plus fines dans les fours à ciment, dégagent de la poussière et des gaz.
  • L'utilisation d'un combustible local est un point très positif.
  • « Cement 2020 » envisage de mettre en œuvre des mesures pratiques à la cimenterie de Bath et, éventuellement, à l'échelle internationale dans l'industrie du ciment d'ici 2020 afin de réduire l'empreinte carbone de l'industrie; l'utilisation de la biomasse locale est considérée comme l'occasion tout indiquée pour l'industrie de prendre le virage de la durabilité.
  • Si Cement 2020 réalise son objectif, l'industrie réduira plus d'émissions de CO2 que le Canada en émet actuellement à l'échelle du pays.
  • Les problèmes liés à la biomasse et auxquels Cement 2020 s'attaquera comprennent, notamment, la façon d'améliorer la qualité du biocombustible, comment et où utiliser la chaleur résiduelle, comment créer une infrastructure de biocombustible, l'utilisation de l'eau dans les analyses du cycle de vie et les émissions provenant de la combustion.
Phil Reinert – Ontario Power Generation

Phil Reinert compte plus de 20 ans d'expérience dans le domaine de la production d'électricité. Pendant de nombreuses années, il a occupé des fonctions de direction dans des installations utilisant divers combustibles, comme le charbon, l'énergie nucléaire, l'hydroélectricité, l'énergie éolienne et la biomasse. Actuellement directeur des combustibles de remplacement à la centrale électrique de Nanticoke (3000 MW) de l'Ontario Power Generation, il dirige le programme qui vise à convertir la centrale en installation utilisant des combustibles plus propres. De plus, M. Reinert est membre d'un certain nombre de groupes nord-américains et internationaux préconisant l'utilisation générale de la biomasse.

  • L'OPG continue d'étudier la possibilité d'utiliser la biomasse dans toutes les centrales au charbon qui font l'objet d'un projet de conversion au gaz naturel.
  • Si elle envisage d'utiliser la biomasse agricole, l'OPG doit veiller à ce qu'il y ait un équilibre entre la qualité et le coût du combustible. Sur le plan de la qualité, du rendement et du coût des biocombustibles, les types de biomasse agricole les plus intéressants pour l'OPG sont les cultures énergétiques ligneuses et herbacées. Bien que les résidus agricoles et industriels soient aisément disponibles et peu coûteux, la qualité du combustible qu'ils produisent est faible.
  • La biomasse torréfiée est intéressante, car contrairement à la biomasse standard, elle est hydrophobe et biologiquement inactive, elle a une densité énergétique semblable à celle du charbon et elle est friable. La torréfaction permet la conservation de grands volumes de combustible, une capacité maximale accrue pour les centrales d'alimentation, une réduction des coûts des modifications apportées aux centrales et une diminution des coûts du transport du combustible, une efficacité de combustion et une hygiène industrielle améliorées. La torréfaction est une technologie prometteuse, mais l'OPG tente encore d'obtenir des réponses aux questions qu'elle suscite.
  • Défis à relever concernant l'utilisation de la biomasse agricole : réduire les produits chimiques indésirables (N, P, K) par lessivage ou au moyen d'adjuvants, utiliser des traitements de densification de combustible acceptables, utiliser obligatoirement un agglomérant en raison du faible taux de lignine et élaborer des stratégies d'atténuation pour régler les problèmes d'hygiène industrielle (surtout dans le cas du biocombustible brut) et réduire les risques d'explosion.
  • L'OPG, comme tous les autres utilisateurs finaux, achète de l'énergie et non un produit, selon un montant en $/gigajoule ou $/BTU. L'OPG n'a pas établi de prix à payer pour le biocombustible; le prix doit être négocié entre l'OPG et l'OEO. Une pénalité sera imposée si le fournisseur de biomasse omet de régler tout problème de composition chimique.
Albert Mastronardi – H & A Mastronardi Farms

Albert Mastronardi cultive des légumes de serre (tomates, poivrons et mini-concombres) sur 32 acres depuis plus de 35 ans à Kingsville, en Ontario. H & A Mastronardi Farms Ltd. est une entreprise familiale qu'Albert dirige depuis deux emplacements avec son frère Rudy et ses parents, Henry et Anna. La sœur d'Albert, Marlene, dirige également une entreprise de vente au détail de plantes à massif, appelée Anna's Flowers.

  • L'entreprise est passée de l'alimentation au gaz naturel à la biomasse en raison des prix élevés du gaz au début des années 2000.
  • Elle utilise actuellement 65 % de bois et 35 % de gaz naturel. Le bois comprend des copeaux (palettes, déchets de construction et de démolition, résidus forestiers), mais pas de produits agglomérés. Le hangar à biomasse a une capacité d'entreposage d'un mois. On prévoit utiliser à l'avenir un mélange de biomasse ligneuse et de biomasse agricole.
  • Une chaudière de 6 mégawatts chauffe les serres qui sont réparties sur 15 acres. Les cendres sont répandues sur les champs.
  • Un combustible dont la teneur est élevée en humidité entraîne une hausse du coût par gigajoule.
  • L'entreposage de l'eau chaude est essentiel; on utilise la chaleur accumulée durant le jour pour chauffer les serres la nuit.
  • Avantages connexes : possibilité de stockage du CO2 pour améliorer la production de légumes de serre.
  • Bien que le prix du gaz naturel ait baissé, l'entreprise Mastronardi Farms est déterminée à utiliser la biomasse, car à long terme, le prix des combustibles fossiles est appelé à augmenter.
Servanne Fowlds – Dalkia Canada

Servanne Fowlds œuvre dans le secteur énergétique et l'écoindustrie depuis 12 ans, dans différents domaines, dont la gestion axée sur la demande, les réseaux thermiques et, plus récemment, la production d'énergie. Titulaire d'une maîtrise en administration des affaires de la Schulich School of Business, de l'Université York, et d'un grade de premier cycle en marketing et en ventes de l'École supérieure de commerce, en France, elle est également professionnelle accréditée LEED®. Mme Fowlds est actuellement chef de la division de l'élaboration des projets pour Dalkia Canada, où elle est responsable de l'élaboration des nouveaux projets visant les solutions de remplacement en matière de financement et d'approvisionnement dans le domaine des soins de la santé, les réseaux thermiques, la production d'énergie à partir de la biomasse et la cogénération. Dalkia est l'une des plus grandes entreprises actives sur la scène mondiale et se spécialise dans les projets énergétiques et infrastructurels. La société contribue à lutter contre le changement climatique en mettant en œuvre des mesures d'efficacité énergétique, la cogénération et l'énergie renouvelable dans ses 118 000 installations énergétiques.

  • Dalkia est à l'œuvre tout le long de la chaîne d'approvisionnement de la biomasse : conception, construction, finances, entretien et exploitation. La société conclut des ententes en matière d'approvisionnement avec l'industrie forestière et les agriculteurs.
  • L'entreprise a une puissance installée de 1365 mégawatts et utilise annuellement 2 millions de tonnes de biomasse (78 % de résidus forestiers, 15 % de matières ligneuses récupérées, 5 % de résidus agricoles et de cultures énergétiques) sur 251 emplacements répartis dans 15 pays; la biomasse est utilisée pour produire de la vapeur à des fins industrielles et pour la production de chaleur et d'électricité).
  • Il n'est pas nécessaire d'agglomérer la biomasse en boulettes si elle est transportée sur moins de 50 km (distance maximum).
  • Dalkia ne cherche pas à s'approvisionner en biomasse sur des terrains où l'on pourrait cultiver des produits destinés à l'alimentation, mais plutôt dans des zones industrielles désaffectées, par exemple, et elle conclut des contrats d'une durée de 5, 10, 15 ou 20 ans (idéalement, des contrats à long terme).
  • Pour Dalkia, la production de vapeur constitue sa principale activité; l'électricité est un produit dérivé. Les utilisateurs finaux sont les hôpitaux, les universités, les installations commerciales et industrielles (pâtes et papiers, aliments et boissons) et les immeubles résidentiels à plusieurs unités.
  • La production combinée de chaleur et d'électricité est particulièrement intéressante et constitue la principale priorité de Dalkia, qui vise une efficacité à hauteur de 85 %. La chaudière standard des usines n'est efficace qu'à environ 55 %.
  • En Union européenne, on a comme priorité la Directive pour l'énergie renouvelable : d'ici 2020, réduction de 20 % des émissions de CO2, diminution de 20 % de la consommation d'énergie primaire et augmentation de 20 % de l'utilisation d'énergies renouvelables.
  • Les risques et problèmes liés à l'utilisation de la biomasse : haute teneur en chlore, fusibilité des cendres, sécurité de l'approvisionnement et de l'entreposage de la biomasse, agronomie (p. ex., utilisation d'engrais).
Jim Wallbridge – SwitchGreen

Jim Wallbridge vit à Lansdowne, dans l'Est de l'Ontario. Il a été cultivateur-grainetier dans la région de Winchester jusqu'en 2006. Il est actuellement une personne-ressource à SwitchGreen Inc., agent de liaison auprès des cultivateurs à Hendrick Agrifoods Inc., et responsable de la promotion du panic raide et des communications avec les cultivateurs à Hendrick Seeds. Il a commencé à utiliser le panic raide à Hendrick Seeds il y a cinq ans.

  • Les sociétés Forman Greenhouses et Hendrick Agrifoods voulaient utiliser des sources de combustible renouvelable dans les chaudières de leurs usines et de leurs bureaux. Le panic raide correspond à la philosophie de notrechaîne de valeur, laquelle consiste à permettre des rotations plus longues pour les agriculteurs et à promouvoir d'excellentes caractéristiques de constitution du sol, en plus d'un rendement des investissements pour les terres peu productives.
  • Il est nécessaire de connaître les spécifications des combustibles pour que les unités de combustion fonctionnent de façon efficace et qu'un contrôle adéquat des émissions de particules soit exercé; des techniciens sont en place à cette fin. Il n'est pas nécessaire de densifier la biomasse, sauf pour celle qui est destinée au marché du chauffage résidentiel et aux chaudières à granulés extérieures.
  • On vise les petits utilisateurs se trouvant dans un rayon de 50 à 100 kilomètres.
  • Pour continuer d'évoluer, il faut connaître : le marché (fabricant et consommateur de granulés), le lien entre le coût de la biomasse brute et le coût du produit traité pour le consommateur, les méthodes et les coûts de distribution, les lois sur la délivrance des permis et les règlements municipaux, les questions financières. Les besoins en investissement de capitaux ne doivent pas mettre en péril les activités commerciales existantes.
Utilisateurs finaux de la biomasse : discussion et commentaires des participants
  • Seuls quelques projets de biomasse sont mis en œuvre dans le cadre du Programme de tarifs de rachat garantis de l'Office de l'électricité de l'Ontario (OEO) en raison du prix (0,138 $/kWh) qui n'est pas intéressant.
  • Selon Dalkia, la technologie actuelle ne permet pas de faire du gaz synthétique une option prometteuse.
  • L'Union européenne offre un environnement stable sur les plans juridique et politique pour la production de bioénergie.
  • Du point de vue économique, la combustion de la biomasse agricole semble moins prometteuse que d'autres utilisations de biomasse (p. ex., bioplastiques, litière pour animaux).
  • Efficacité de l'expédition de la biomasse à des usines de torréfaction dans (ou près des) ports en eau profonde sur le lac Ontario : Lafarge examine de près cette option; la faible empreinte carbone liée au transport par voie d'eau est intéressante; cependant, la technologie de la torréfaction doit encore être améliorée. L'OPG est d'avis que la torréfaction est une technologie encore rudimentaire.
  • Un approvisionnement constant en combustible réduit grandement les problèmes de manutention.
  • Les prix du gaz naturel vont-ils nuire à l'avenir de la bioéconomie?
  • Sera-t-il possible d'expédier des granulés de biomasse agricole à l'étranger?
  • Il faut faire un effort considérable pour trouver des occasions d'utiliser la biomasse à l'échelle locale de façon à réduire le traitement et le transport.

Options d'entreposage de la biomasse agricole : points saillants abordés par les conférenciers

Steve Clarke – MAAARO
  • Options d'entreposage de la biomasse à la ferme :
    • Dans le champ – enveloppée dans du plastique (« Ag Bags », enrubannage pour balles);
    • Lieu d'entreposage couvert – divers types.
  • Pour tenir les matières au sec, l'espace d'entreposage couvert constitue la meilleure option, suivie du film étirable, du filet, de la ficelle en plastique et des fils de sisal.
  • La méthode d'entreposage diffère selon la méthode de densification utilisée.
Don Nott – Nott Farms
  • Utilisation d'une remise à foin ouverte pour entreposer jusqu'à 4000 tonnes de panic raide; mise en balles au printemps (possibilité de réduire l'humidité à 7 %).
  • Inconvénients : remise dispendieuse à construire, consommation d'énergie élevée (pour transporter la biomasse dans le lieu d'entreposage et l'en retirer), risque d'incendie.
  • Avantages de l'enrubannage au champ et de l'entreposage sur place sous forme de grandes balles carrées : moins de main-d'œuvre, de manipulation et d'utilisation de combustible; capacité à protéger la biomasse de la pluie plus rapidement; livraison directe à l'utilisateur final. Le film étirable produit des déchets, mais ils sont recyclables.
  • Les sacs d'ensilage entreposés dans les champs (« Ag Bags ») sont utilisés à Willowlee Sod Farms (Kurt Vanclief).
  • Monsieur Nott utilise une ramasseuse-presse adaptée (les balles de grandes dimensions sont empilées à une hauteur de trois unités); la chargeuse à godet est essentielle pour amener le produit à l'espace d'entreposage couvert.
  • L'entreposage en meules à découvert est également possible; même si les bords du produit deviennent humides, la presque totalité reste sèche.
Options d'entreposage de la biomasse agricole : discussion et commentaires des participants
  • L'entreposage à la ferme est essentiel, car il est trop onéreux d'utiliser des emplacements situés dans une zone à vocation industrielle.
  • Aux usines de Dalkia, les lieux d'entreposage ont une capacité de seulement deux à trois jours; en général, la biomasse est entreposée à la ferme, mais cela dépend de l'emplacement ou de la situation.
  • La différence n'est pas énorme entre le coût de l'entreposage au champ et de l'entreposage dans un lieu couvert; le film étirable et l'entreposage au champ sont probablement un peu moins coûteux.
  • À quelles différentes options d'entreposage peut-on associer les pertes de qualité de la biomasse? (Une recherche doit être effectuée.)
  • Possibilité de fabriquer des enveloppes de balles à partir de biocomposites ou de fibres naturelles (ce qui élimine la nécessité d'enlever le film plastique des balles enrubannées).
  • Approche intégrée : possibilité d'ajouter des cellules photovoltaïques solaires sur le toit des hangars d'entreposage à la ferme pour ajouter un apport continu de revenus.
  • La capacité d'entreposage à la ferme peut varier d'une semaine à un mois, selon l'acheteur.

Matières biologiques et procédés de transformation : points saillants abordés par les conférenciers

Fernando Preto – Ressources naturelles Canada

Fernando Preto a obtenu son baccalauréat ès sciences en génie chimique à l'Université de Toronto et son doctorat à l'Université Queen's. Il est ensuite entré au Laboratoire canadien de recherche sur la combustion afin d'effectuer des recherches sur la réduction des émissions provenant des systèmes de combustion. M. Preto a ensuite participé à des projets de recherche sur la conversion thermochimique des biocombustibles, la production d'énergie à petite échelle et les énergies de remplacement destinées à l'industrie des cultures de serre. Il est actuellement chef de groupe pour la conversion de la biomasse, aux laboratoires CanmetÉNERGIE de Ressources naturelles Canada, à Ottawa.

  • Au Canada, on trouve dans le commerce des systèmes de combustion de biomasse dont la taille varie de 2 kilowatts à 500 mégawatts. Presque toutes (99 %) les chaudières fabriquées au Canada sont conçues pour fonctionner au bois (des modifications sont nécessaires pour qu'elles puissent utiliser de la biomasse agricole).
  • Au Canada, on ne trouve aucun système pouvant produire de l'énergie dont la taille est inférieure à 500 kilowatts. Pour être viable, le système devrait avoir une taille d'environ 10 mégawatts.
  • Caractéristiques de combustion de la biomasse (BTU/lb, cendre, carbone, hydrogène, azote, soufre, chlore total) fournies pour divers résidus agricoles, diverses cultures énergétiques et diverses matières ligneuses.
  • Défis à relever par les fournisseurs de biomasse : normes d'émission, absence de normes en matière de combustibles, manque de personnel formé, technologies commerciales disponibles seulement pour le chauffage et non pour la production d'électricité à petite échelle.
  • Défis à relever par les utilisateurs de biomasse : humidité, densité énergétique et manipulation du combustible, composition du combustible (degré élevé de cendres, d'alcali et d'éléments halogènes), émissions et encrassement, conception et fonctionnement des générateurs d'air chaud (ceux-ci sont généralement conçus pour fonctionner avec un combustible particulier).
  • Observations faites à partir du projet de recherche sur l'énergie dans les serres (RNCanada, MAAARO, AAC) aux labos de RNCan et dans 12 exploitations de serriculture disposant de chaudières à grille, pour comparer les systèmes actuels (au bois) avec plusieurs résidus agricoles :
    • Sur le plan de la masse, les résidus agricoles ont une teneur énergétique semblable à celle du bois, mais le volume de combustible est important et sa faible densité d'énergie nécessite du matériel de manutention spécial ou une densification du produit pour qu'il soit possible de l'utiliser dans des chaudières ou des générateurs d'air chaud conventionnels.
    • Le fait que le combustible produit beaucoup de cendres et a une teneur élevée en alcali oblige l'utilisateur à adapter son générateur d'air chaud ou ses conditions de fonctionnement de façon à réduire l'encrassement.
    • La période de récolte peut réduire les éléments qui causent des problèmes.
    • Puisque les biocombustibles sont très volatils et ont une faible teneur en carbone fixe, il faut disposer de chambres à combustion de la taille appropriée pour brûler complètement le produit et réduire les émissions.
    • L'utilisation du maïs en épis et de la tige de maïs n'est pas recommandée en raison de leur teneur élevée en chlore; de plus, le maïs en épis produit une grande quantité de composés organiques volatiles (COV).
Papiya Roy – école de génie, Université de Guelph

Papiya Roy a obtenu son doctorat en génie chimique à l'IIT de Delhi, en Inde. Ses activités de recherche comprennent la fluidisation, la granulation, les catalyseurs et la combustion de la biomasse. Mme Roy est actuellement chercheure au niveau postdoctoral à l'Université de Guelph et compte à son actif des publications dans huit revues scientifiques à comité de lecture et comptes rendus de conférences internationales. Ses principales tâches et responsabilités concernent la caractérisation des matières biologiques, principalement des résidus agricoles, destinées à la combustion. Ses travaux visent les problèmes associés à la combustion de la biomasse herbacée, et la corrosion qui est causée par l'agglomération et l'encrassement attribuables à la composition chimique de la cendre. Cette caractérisation avancée du combustible permettra de prévoir l'encrassement et la scorification dues à la cendre. Ces travaux, qui portent principalement sur le système de combustion et la réaction de la cendre, permettront de mieux comprendre l'utilisation possible de la biomasse herbacée destinée à la combustion.

  • Le principal défi lié à l'utilisation de la biomasse, et en particulier, la biomasse herbacée, est son pourcentage important en métaux alcalins et sa teneur élevée en chlore.
  • Le matériel de combustion doit fonctionner à des températures inférieures au point de fusion des cendres, ce qui est peu élevé pour la biomasse herbacée comparativement à la biomasse ligneuse. La température de combustion joue grandement sur la production totale de cendre à partir de la biomasse. Les principaux constituants des combustibles herbacés qui produisent des cendres sont le silicium et le potassium.
  • La paille, les céréales et les graminées contiennent des taux relativement élevés de chlore, de soufre et de métaux alcalins, lesquels causent la corrosion et contribuent à la formation d'un dépôt.
  • La composition chimique de la cendre est connue pour divers types de biomasse agricole et de biomasse ligneuse. Il est possible de prévoir la réaction de la cendre et les dépôts de cendre qui vont se former en observant les indices de scorification et d'encrassement. Les adjuvants comme le kaolin, la dolomite, le calcaire, l'oxyde d'aluminium et la bauxite réduisent la scorification et l'encrassement causés par les alcalis.
  • La biomasse ligneuse produit une faible quantité de cendre, contient très peu de soufre et a une teneur élevée en combustible.
  • Les lits fluidisés sont tout indiqués pour résoudre les problèmes de combustion en raison de leur souplesse, de leur stabilité et de leur efficacité.
  • Le silicium, le calcium, le potassium et le phosphore ont une influence directe sur la fusion des cendres et le dépôt de la cendre dans les générateurs d'air chaud.
  • La composition chimique des biocombustibles, et en particulier des éléments produisant de la cendre, influence le choix des technologies de combustion et de contrôle des processus.
Scott Abercrombie – Gildale Farms

Scott Abercrombie est propriétaire de Gildale Farms, une entreprise agricole familiale qui vient d'être transférée à la deuxième génération. On a profité de ce transfert pour délaisser les pratiques agricoles traditionnelles. M. Abercrombie gère maintenant une petite installation de granulation et cultive du miscanthus, une plante à fibres. Ayant une formation en électronique et automatisation industrielles, il a œuvré plusieurs années dans l'industrie automobile après ses études à l'Université de Western Ontario, dans un programme conjoint de commerce et d'ingénierie.

  • Il dirige une petite entreprise de granulation et d'agglomération (combustible, litière pour animaux) et livre ses produits directement aux utilisateurs finaux; dessert tout le Sud-Ouest de l'Ontario (résidentiel, commercial, entreprises de serriculture).
  • Il a commencé à traiter les résidus de culture (abondance du produit, soutien de la communauté agricole, récolte et traitement réussis), mais a rencontré des obstacles : rendement du combustible, technologie existante des poêles à granulés, coût de la collecte et valeur de remplacement des nutriments de la biomasse brute. Les granulés de bois de première qualité ont moins de 1 % de cendre et un coût/BTU plus élevé; les granulés issus de la biomasse agricole ont 4 % de cendre et un coût/BTU plus faible; il faut comparer les préférences des clients et l'équipement de chauffage au combustible produit.
  • Spécifications des matières biologiques de la biomasse ligneuse par rapport à la biomasse agricole : coût, teneur en humidité, taille des matières premières, propreté (absence de corps étrangers comme des pierres, de la terre, des métaux).
  • Défis liés à la biomasse agricole : besoins en matière de liquidités et d'entreposage (disponibilité saisonnière des matières biologiques, caractère saisonnier de l'utilisation des granulés pour le chauffage de bâtiments); possibilité de devoir utiliser un agglomérant sur les matières premières en raison d'un faible taux de lignine; abrasivité de la biomasse agricole (les silicates réduisent la durée des matrices).
Animesh Dutta – école de génie, Université de Guelph

Animesh Dutta est professeur adjoint à l'école de génie de l'Université de Guelph. Il possède une expérience de recherche variée en solutions énergétiques respectueuses de l'environnement. Auparavant, il a enseigné à l'Asian Institute of Technology, en Thaïlande, et au Nova Scotia Agricultural College. M. Dutta est spécialisé en torréfaction, combustion et gazéification, et possède une expérience pratique en conception de chaudières et en exploitation d'usines pilotes, en conception et rendement de diverses unités à l'échelle laboratoire et préindustrielle, en protection thermique et en mise en œuvre de processus. Ces dix dernières années, il a conçu des idées novatrices dans les domaines des technologies de la bioénergie durable et du transfert de chaleur, et rédigé plus de 85 articles techniques parus dans des revues à comité de lecture et comptes rendus de conférences, et à titre de rapports techniques. Ses recherches portent principalement sur la conversion thermochimique de la biomasse et des résidus agricoles, les technologies énergétiques plus propres et durables, la conception des chaudières, la conception et l'évaluation des systèmes énergétiques de pointe, l'analyse du cycle de vie et l'optimisation thermodynamique.

  • Torréfaction : avantages du combustible torréfié par rapport au combustible brut : densité plus élevée, produit sec et hydrophobe, moins coûteux à manipuler et à traiter (p. ex., coûts de broyage réduits), densité d'énergie plus élevée (économie des coûts du transport), homogène, sans biocontamination. La technologie semble prometteuse. Les services publics, et éventuellement le chauffage domestique et industriel, jouent un rôle clé sur l'expansion du marché.
  • Défis techniques liés à la torréfaction : la torréfaction ne parviendra pas, à elle seule, à réduire de façon notable les concentrations de soufre, de chlore et d'alcali dans la biomasse.
  • Avantage de la granulation puis de la torréfaction : deux produits commercialisables, soit les granulés et le combustible torréfié. Avantage de torréfier d'abord le produit : coûts en énergie réduits pour le broyeur à marteaux.
  • La plupart des expériences ont été faites avec du bois torréfié; il existe huit technologies de torréfaction différentes et il y a des divergences majeures dans les propriétés et la qualité des produits.
  • Seuls les résultats provenant des usines pilotes de torréfaction sont connus (les petites entreprises ayant une assise financière limitée – risque des investisseurs : R et D et haut niveau); nécessité de disposer de données opérationnelles réelles pour connaître le rendement de la torréfaction et confirmer que les fournisseurs peuvent livrer un produit répondant aux spécifications de service. Toutes les initiatives nord-américaines sont encore menées à l'échelle préindustrielle; il faut poursuivre la R et D et obtenir davantage de financement. Remasco devrait avoir en démonstration une usine de torréfaction (1 tonne/heure) en Ontario dès 2011.
  • Incertitudes concernant le traitement par torréfaction à grande échelle : manipulation, entreposage, broyage, risques d'explosion, poussières et odeurs, propriétés de combustion.
  • Gazéification : l'un des meilleurs moyens d'optimiser la production d'énergie à partir de la biomasse et d'obtenir un gaz normalisé à partir de différentes matières. Principaux défis à relever : contrôle de la température dans la chambre de traitement et production de goudron (il faut enlever le goudron du gaz synthétique avant de pouvoir utiliser ce gaz dans des moteurs à combustion interne servant à produire de l'électricité).
  • Des projets de démonstration, où l'on utilise surtout des matériaux ligneux, sont en cours surtout en Europe.
Matières biologiques et procédés de transformation : discussion et commentaires des participants
  • Chlore : le bois en contient généralement environ 200 ppm, ce qui ne représente habituellement pas un problème. La paille en contient des centaines de ppm et ce n'est pas dramatique. Cependant, la tige de maïs et le maïs en épis en contiennent de 3000 à 4000 ppm, ce qui entraîne des problèmes d'encrassement et de corrosion. La formation de dioxines peut être problématique, et coûteuse à atténuer, lorsque la teneur en chlore est de 10 000 à 12 000 ppm. Il faut effectuer des recherches sur les dioxines pour les matières biologiques qui ont une teneur en chlore de l'ordre de 3000 à 4000 ppm. Les dioxines ne sont généralement pas préoccupantes dans la plupart des matières biologiques, à l'exception des tiges et des épis de maïs.
  • Équilibre énergétique du carburant en granulés = 10:1, c.‑à‑d. que pour chaque unité d'énergie utilisée pour mettre le combustible sous forme de granulés, l'utilisateur final bénéficie de 10 unités d'énergie dans la biomasse, ce qui constitue un bon équilibre.
  • Le potassium contenu dans le panic raide diminue le point de fusion de la cendre; il y a donc possibilité d'encrassement et de production de mâchefer.
  • Nous ne sommes pas à la veille de commercialiser la biomasse agricole torréfiée. Il faut, notamment, régler les problèmes de contrôle de la température, de temps de résidence et de taille des particules.
  • Un des principaux défis à relever consiste à réduire le transport de la ferme à l'installation de traitement (p. ex., ne pas parcourir plus de 50 à 100 km).
  • Pour établir une chaîne d'approvisionnement viable de biomasse, il faut disposer d'installations de traitement de différentes tailles, depuis les unités mobiles jusqu'aux usines de traitement haute performance.
  • Le défi lié au traitement des résidus de culture est la contamination, comme les pierres, la terre ou d'autres éléments qui risquent d'endommager l'équipement, et le fait que ces matières ont tendance à être corrosives pour les systèmes de chaudières.
  • Il faut comprendre les défis liés à la gazéification afin de produire du combustible de qualité appropriée pour l'injection dans les pipelines.
  • Nous ne devrions pas choisir une plateforme de conversion ou une utilisation finale. La digestion anaérobie est plus appropriée que la combustion, selon les caractéristiques de la biomasse. Les discussions sur le biodiésel doivent être étroitement liées à celles qui concernent la combustion de la biomasse.

Lien entre les technologies et les marchés : points saillants abordés par les conférenciers

John Kelly – Erie Innovation and Commercialization

Titulaire d'une maîtrise en sciences de l'Université de l'Alberta et d'un doctorat de l'Université de Guelph, John Kelly est actuellement vice-président d'Erie Innovation and Commercialization. Cette initiative de l'Ontario Fruit & Vegetable Growers' Association a pour mandat de diversifier les débouchés en agriculture et en alimentation dans les deltas d'esker de la région du Centre-Sud de l'Ontario. M. Kelly possède une riche expérience tant dans le secteur privé que dans le secteur public. Il a occupé divers postes de direction dans des entreprises en démarrage et des multinationales, dont KeliRo Company Inc., MaRS Landing, Ralston Purina, Rhone-Poulenc Canada Inc. et Aventis CropSciences Inc., ainsi qu'au MAAARO. Tout au long de sa carrière, il s'est particulièrement intéressé au développement et à la mise en œuvre des innovations en participant activement à l'élaboration de produits et de technologies de pointe dans les domaines de l'agriculture, de l'alimentation, de la biotechnologie, de la pharmaceutique et de la bioéconomie.

  • Quelles sont les principales questions auxquelles le Groupe de travail sur l'analyse de rentabilité doit répondre afin de déterminer de façon objective si une analyse de rentabilité peut être effectuée pour la biomasse agricole?
  • Éléments de nature économique :
    • Analyse financière relative à chaque maillon de la chaîne de valeur de la biomasse agricole.
    • Gestion des risques d'entreprise.
    • Répercussions sur les utilisations concurrentes de la biomasse agricole.
    • Concurrence avec la biomasse forestière, la biomasse de source américaine et les autres sources d'énergie.
    • Investissement que doivent faire les agriculteurs, les courtiers-fournisseurs et d'autres participants à la chaîne d'approvisionnement.
  1. Analyse de la chaîne de valeur – retours : producteurs (nouveau flux de rentrées), fournisseurs de technologie, courtiers-fournisseurs, utilisateurs finaux, analyse des consommateurs et coûts.
  2. Pressions concurrentielles
    • Source de la biomasse
      • Sources ontariennes par rapport à sources internationales
      • Sources forestières par rapport à sources agricoles
      • Répercussions imprévues (environnement, bilan de carbone, etc.)
    • Utilisation finale de la biomasse
      • Gros producteurs d'électricité (p. ex., OPG), petits producteurs
      • Utilisations concurrentielles : biocomposites, biofibre, utilisations industrielles (isolation, litière, etc.), éthanol cellulosique
      • Crédits de carbone et leur valeur
      • Marchés internationaux
      • En savons-nous suffisamment sur les utilisations finales?
    • Les investissements dans l'infrastructure ont des répercussions sur l'économie de l'Ontario.
  3. Coût de production
    • Intrants de semences et plantations en motte, intrants agronomiques (engrais, intervention phytosanitaire, préparation de la terre), combustible, main-d'œuvre, récolte, entreposage, dépenses en immobilisations, coût de placement de l'argent, gestion des risques.
    • Les producteurs hésitent à opter pour la biomasse principalement parce qu'il est difficile de s'assurer que le prix de la biomasse est rentable et garanti.
    • Agricorp – assurance-récolte – il reste beaucoup à faire.
  4. Transformation/distribution
    • Combustible, main-d'œuvre, entreposage, dépenses en immobilisations (durabilité, capacité et emplacement de l'équipement), coût de placement de l'argent, gestion des risques.
    • Qu'en est-il de la torréfaction?
  5. Analyse du marché visé
    • Quels sont les véritables débouchés à part l'OPG? Et de quoi les utilisateurs finaux ont-ils besoin (granulés par rapport au produit torréfié)?
      • Faisabilité de la production d'énergie provenant de la biomasse distribuée, production combinée de chaleur et d'électricité, intégration dans le broyage de grains et les serres de légumes, etc.
      • Création d'emplois, avantages macroéconomiques, répercussion de la production d'énergie provenant de la biomasse distribuée sur les prix.
    • Qui fixe les prix? Quelles sont les répercussions de la politique (p. ex., préférences/exigences/motivations pour les approvisionnements domestiques)?
    • Quelles sont les répercussions liées à la présence de combustibles concurrents, en particulier le gaz naturel, cet élément dont on refuse de voir l'importance, dans l'analyse de rentabilité de la biomasse?
    • Quelles sont les répercussions des autres sources d'énergie verte (énergie éolienne, solaire, etc.)?
    • Peut-on obtenir les mêmes incitatifs pour le gaz synthétique produit à partir de la biomasse que pour les systèmes de digestion anaérobie?
    • Pour que cette initiative soit réussie, il doit y avoir des avantages à en tirer tout le long de la chaîne de valeur. En saisissons-nous tous les éléments positifs?

Conclusions tirées du Forum

Les utilisateurs finaux de biomasse ont des exigences techniques très variées. Il existe un certain nombre de technologies de prétraitement du biocombustible visant à en faciliter le transport, l'entreposage et la combustion, depuis la simple densification à la torréfaction. Certaines technologies sont déjà offertes et utilisées au Canada, comme les chaudières commerciales conçues pour la combustion de la biomasse en vue de la production de la chaleur, tandis que d'autres semblent prometteuses mais ne sont pas encore mises au point à l'échelle commerciale, comme la torréfaction.

Comme dans la production de biomasse, les problèmes techniques principaux associés au développement de la chaîne de valeur sont assez bien compris. Toutefois, sans prévisibilité à l'égard du marché, les producteurs de biomasse, les fournisseurs de technologie et les transformateurs de biomasse doivent anticiper les besoins des utilisateurs finaux et savoir tirer parti de ce nouveau débouché.

Pour plus de renseignements :
Sans frais : 1 877 424-1300
Local : 519 826-4047
Courriel : ag.info.omafra@ontario.ca
Auteur : Le personnel du MAAARO
Date de création : 18 août 2011
Dernière révision : 18 août 2011