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Oct 19, 2023

Or vert : la biomasse torréfiée pour remplacer le charbon et le pétrole

9 mars 2023

9 mars 2023

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par l'Institut Fraunhofer pour l'ingénierie interfaciale et la biotechnologie IGB

En février, la startup estonienne New Standard Oil a mis en service avec succès son premier prototype à l'échelle industrielle pour le séchage et la torréfaction de matières premières biogéniques fonctionnant avec de la vapeur surchauffée à pression atmosphérique. Le processus économe en énergie a été développé à l'Institut Fraunhofer pour l'ingénierie interfaciale et la biotechnologie IGB à Stuttgart, en Allemagne, et produit des matières premières précieuses pour les industries chimiques et énergétiques : produits chimiques de base, biocharbon et eau.

La biomasse végétale est considérée comme une alternative respectueuse du climat aux matières premières fossiles. Pour une utilisation matérielle et chimique, les matières premières renouvelables et les flux de matières résiduelles provenant de l'agriculture et de la sylviculture ou des industries en aval sont dans de nombreux cas convertis via des processus de conversion biotechnologiques ou chimiques en produits chimiques spéciaux, tels que des sucres ou des blocs de construction polymères.

Une approche différente, qui permet d'utiliser complètement la biomasse en un seul processus, est poursuivie par la startup New Standard Oil d'Estonie : elle s'appuie sur le raffinement thermique et le fractionnement des résidus biogéniques tels que le bois et le foin afin de les convertir en produits chimiques "verts" et en charbon "vert" sans laisser de résidus.

Ceci est rendu possible par un procédé développé à l'Institut Fraunhofer d'ingénierie interfaciale et de biotechnologie IGB à Stuttgart, en Allemagne, jusqu'à l'échelle pilote, dans lequel la biomasse est chauffée dans une atmosphère fermée de vapeur surchauffée sans oxygène et ainsi torréfiée, c'est-à-dire dégradée thermochimiquement.

« Nous travaillons avec New Standard Oil depuis quelques années et nous sommes impatients de nous associer à la start-up estonienne en tant que licencié mondial pour notre savoir-faire dans la torréfaction à valeur ajoutée de la biomasse avec de la vapeur surchauffée à pression atmosphérique et la valorisation des produits chimiques », déclare le Dr.-Ing. Antoine Dalibard de Fraunhofer IGB.

Le processus de torréfaction fonctionne de manière similaire à la pyrolyse douce et suit une étape de séchage au cours de laquelle l'eau liée à la biomasse s'évapore. "Dans la même usine, à des températures comprises entre 200 et 300 degrés Celsius, on expulse ensuite les substances volatiles de la biomasse, qui proviennent principalement de l'hémicellulose, l'un des trois principaux composants de la biomasse", explique l'expert en technologie de séparation thermique.

L'un des principaux avantages du procédé provient de la conception spéciale du système de séchage à la vapeur surchauffée. "En plus de l'eau évaporée, la phase gazeuse contient également des composés volatils précieux. En refroidissant la phase gazeuse, nous obtenons un condensat que nous pouvons séparer en divers produits chimiques de plate-forme à l'aide de processus de séparation ultérieurs tels que la distillation, l'extraction ou l'électrodialyse", explique Dalibard.

L'ingénieur a développé et intensifié le processus chez Fraunhofer IGB et a également étudié d'éventuels processus en aval pour ajouter de la valeur aux produits chimiques condensés.

Ce qui reste sous forme solide est la biomasse torréfiée, qui peut être considérée comme du biocharbon. Par rapport à la biomasse non traitée, sa teneur en carbone et donc son pouvoir calorifique spécifique est significativement augmenté. Broyé en poudre ou compressé en granulés, le charbon "vert" peut être utilisé, par exemple, pour l'allumage climatiquement neutre des centrales électriques et remplacer le charbon ou le gaz fossile.

"Face à la hausse des prix de l'énergie et à la sécurité énergétique au plus bas, nous avons investi dans ce processus visant à faire d'un approvisionnement local en énergie propre et neutre en carbone une réalité avec notre technologie 'Uniformer', comme nous l'avons nommée", déclare Sven Papp, l'un des quatre co-fondateurs de New Standard Oil.

En février 2023, la startup a lancé son premier prototype à l'échelle industrielle à Paldiski, en Estonie, pour convertir la biomasse à croissance rapide et divers mélanges de biomasse de faible qualité en eau, produits chimiques verts et biocharbon dans le processus en cascade établi de séchage et de torréfaction. La jeune entreprise envisage même d'utiliser la chaleur perdue lors du processus pour alimenter le réseau de chauffage.

« Notre prototype Uniformer peut traiter jusqu'à 150 kilogrammes de biomasse par heure et produit déjà des produits 100 % commercialisables à partir de copeaux de bois et de foin non fourrager : du biocharbon en tant que biocarburant solide au niveau du lignite, des produits chimiques renouvelables tels que le méthanol, les furfurals et d'autres produits chimiques, ainsi que de l'eau dessalée ainsi que la chaleur du procédé », confirme Sven Papp sur les résultats du Fraunhofer IGB.

Le biocharbon peut remplacer les granulés de bois ou le gaz pour la production combinée de chaleur et d'électricité (CHP). Un plus pour la sécurité énergétique et la stabilité du réseau : l'électricité des systèmes de cogénération est dispatchable et peut être produite à la demande la nuit ou pendant les périodes calmes lorsque le soleil et le vent ne fournissent pas suffisamment.

"Avec l'aide de cette nouvelle approche innovante, nous calculons que les prix de l'électricité renouvelable dispatchable à partir de biocharbon pourraient même être inférieurs à ceux de l'énergie éolienne terrestre", poursuit Papp. Les fondateurs sont optimistes et se préparent entre-temps à commercialiser leurs premières usines Uniformer pour le marché européen.