La pyrogazéification : techniques et potentiel

La pyrol­yse et la gazéi­fi­ca­tion sont des procédés de traite­ment ther­mique de matières rel­a­tive­ment sèch­es, à haute tem­péra­ture et en absence ou défaut d’oxygène. Ces procédés trans­for­ment la matière car­bonée en gaz (syn­gaz), huile et/ou char­bon, avec un poten­tiel de pro­duc­tion d’énergie impor­tant cou­plé à une économie cir­cu­laire de territoire.

La pyrogazéi­fi­ca­tion est un traite­ment ther­mochim­ique qui per­met, en absence ou défaut d’oxygène et à haute tem­péra­ture (entre 400 et 1 500 °C), de con­ver­tir des matières organiques rel­a­tive­ment sèch­es (bio­mass­es ligneuses – con­nex­es de sci­eries, bois en fin de vie, résidus de cul­tures, etc.), mais aus­si des déchets divers (com­bustibles solides de récupéra­tion, pneus usagés, boues de sta­tions d’épurations séchées, etc.) en com­posés énergé­tiques, qui se présen­tent selon les procédés sous forme solide, liq­uide ou gazeuse (gaz de syn­thèse ou syn­gaz com­posé prin­ci­pale­ment d’hydrogène, de car­bone, de dioxyde de car­bone et de méthane), mais aus­si de biochar util­is­able pour un retour au sol. Cette con­ver­sion de la matière en com­posés énergé­tiques ouvre la voie à une mul­ti­tude de modes de val­ori­sa­tion : pro­duc­tion de chaleur et/ou d’électricité, de gaz de syn­thèse renou­ve­lables (méthane et hydrogène injecta­bles dans le réseau de gaz) ou de car­bu­rants. Elle s’appuie sur les procédés de pyrol­yse et de gazéi­fi­ca­tion qui imi­tent en accéléré (de quelques sec­on­des à quelques heures) le procédé à l’origine de la for­ma­tion des éner­gies fossiles.

Ces nou­veaux com­posés peu­vent ain­si être util­isés 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 ou après injec­tion dans le réseau de gaz, soit sous forme chim­ique pour la pré­pa­ra­tion de bio­car­bu­rants ou de molécules à haute valeur ajoutée.

Source : Club ATEE Pyrogazéification

La pyrol­yse

La pyrol­yse est le procédé de décom­po­si­tion ther­mique de la matière car­bonée rel­a­tive­ment sèche, à haute tem­péra­ture (entre 400 et 1 500 °C), en absence d’oxygène, per­me­t­tant d’obtenir trois phases :

• une phase solide (char­bon, char ou coke) ;
• une phase liq­uide (huile de pyrolyse) ;
• une phase gazeuse com­bustible, dite gaz de syn­thèse ou syngaz.

Cette opéra­tion néces­site une faible quan­tité d’énergie. La pro­por­tion entre ces trois phas­es dépend essen­tielle­ment des prin­ci­paux paramètres opéra­toires, notam­ment de la tem­péra­ture, du temps de séjour et de la vitesse de chauffage. À rel­a­tive­ment faible tem­péra­ture, long temps de séjour et faible vitesse de chauffage, la phase char­bon sera majori­taire : c’est le proces­sus naturel à l’origine de la for­ma­tion des éner­gies fos­siles. À plus haute tem­péra­ture, faible temps de séjour et haute vitesse de chauffage, la phase liq­uide ou gazeuse sera prédominante.

Source : Club Pyrogazéification

La gazéi­fi­ca­tion

La gazéi­fi­ca­tion est le procédé de trans­for­ma­tion de la par­tie car­bonée solide et de la phase liq­uide pro­duites par la pyrol­yse en gaz de syn­thèse (syn­gaz) par ajout d’une petite quan­tité d’un agent oxy­dant (air, oxygène, eau, gaz car­bonique). La com­po­si­tion du syn­gaz est fonc­tion de la nature de la ressource entrante et des con­di­tions opéra­toires. Il est com­posé prin­ci­pale­ment d’hydrogène, de monoxyde de car­bone et de dioxyde de car­bone et, dans une moin­dre mesure, de méthane.

La pyrogazéi­fi­ca­tion est une étape de pyrol­yse suiv­ie d’une étape de gazéi­fication. Les procédés dits de « gazéi­fication » sont sou­vent en pra­tique des procédés de pyrogazéi­fi­ca­tion. Il existe de très nom­breux procédés en fonc­tion des paramètres choi­sis qui per­me­t­tent de trans­former les déchets ou la bio­masse en syn­gaz sub­sti­tu­able par exem­ple au gaz naturel, en bio­car­bu­rant, en biochar ou en d’autres molécules spécifiques.

Source : Gaz verts : Ren­forçons nos synergies.

Un procédé ancien

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 XIX^e siè­cle, gazogène comme car­bu­rant de véhicules de trans­port au début du XX^e siècle).

Pour les déchets, le développe­ment des tech­nolo­gies est plus récent. Une pre­mière généra­tion de procédés a été dévelop­pée à par­tir des années 1980–1990 en alter­na­tive aux tech­nolo­gies d’incinération. Les procédés de cette époque visaient avant tout à traiter des ordures ménagères en mélange, dans une logique de san­té publique plutôt que de val­ori­sa­tion énergé­tique, et con­cer­naient prin­ci­pale­ment des unités de grande capac­ité (plus de 100 000 tonnes par an). Depuis une quin­zaine d’années, des procédés inno­vants de sec­onde généra­tion pour le traite­ment des déchets ont com­mencé à appa­raître. Ces procédés sont « non inté­grés », ce qui sig­ni­fie que l’étape de trans­for­ma­tion de la ressource est tech­nique­ment séparée de l’étape de val­ori­sa­tion. Ces procédés pro­duisent donc en pre­mier lieu des com­posés énergé­tiques gazeux (syn­gaz), liq­uides (hydro­car­bu­res) et solides (char ou coke).

Poten­tiel

Dans dif­férents scé­nar­ios (ADEME 2050, Negawatt), le poten­tiel de pro­duc­tion de biogaz par la pyrogazéi­fi­ca­tion est estimé pour 2050 à 75 TWh/an. « Aujourd’hui, on s’intéresse en pri­or­ité à trans­former tous les déchets organiques en énergie, mais avec des unités ter­ri­to­ri­ales qui évi­tent les déplace­ments de ces déchets, explique le respon­s­able du groupe pyrogazéi­fi­ca­tion de l’ATEE. Les dif­férentes tech­niques, dont la pyrogazéi­fi­ca­tion, per­me­t­tent de répon­dre à ces enjeux de ges­tion des déchets et de pro­duc­tion d’énergie locale avec des déchets ter­ri­to­ri­aux de bois et de sylvi­cul­ture, mais aus­si de CSR (refus de tri) aux capac­ités calori­fiques intéres­santes. Cela per­met en plus de ne pas enfouir ces déchets, mais de les inté­gr­er dans une économie cir­cu­laire locale. C’est pourquoi la dynamique de la fil­ière vient des por­teurs de pro­jets, mais aus­si des ges­tion­naires de déchets et des acteurs et des élus locaux, avec des pro­jets d’autoconsommation par exemple. »

Mal­gré des briques tech­nologiques très matures, la tech­nolo­gie est assez com­plexe et demande encore des développe­ments pour opti­miser la pro­duc­tion. La fil­ière souhaite être éli­gi­ble aux mécan­ismes exis­tants (comme le fonds chaleur) pour pou­voir dévelop­per ce poten­tiel impor­tant, com­plé­men­taire de la méthani­sa­tion et de la gazéi­fi­ca­tion hydrother­male du fait de gise­ments de ressources dif­férents. « Nous sommes en dis­cus­sion à ce sujet avec l’ADEME sur des mécan­ismes d’appel à pro­jets, de tarif d’achat… Nous souhaitons l’intégration à long terme dans les objec­tifs de la PPE et avoir des objec­tifs pérennes avec des busi­ness plans per­me­t­tant le développe­ment de pro­jets. » La pyrogazéi­fi­ca­tion fait par­tie des solu­tions pour attein­dre l’indépendance énergé­tique et créer une économie territoriale.

Per­spec­tives

Les procédés de pyrolyse/gazéification se pla­cent au cœur de trois grandes prob­lé­ma­tiques actuelles et expliquent le fort regain d’intérêt pour ces technologies :

• lut­ter con­tre les pol­lu­tions et mieux gér­er les déchets résidu­els dans le cadre d’un mod­èle d’économie cir­cu­laire. La volon­té affir­mée de réduire l’enfouissement va ain­si dévelop­per les opéra­tions de tri en vue de la val­ori­sa­tion de la matière, ce qui va génér­er une aug­men­ta­tion sig­ni­fica­tive du gise­ment des refus de tri à pou­voir calori­fique élevé, qu’il sera judi­cieux d’orienter vers une val­ori­sa­tion énergé­tique optimisée ;

• dis­pos­er d’une énergie non inter­mit­tente, plus sûre sur le plan géopoli­tique que les éner­gies fos­siles, et à un prix abor­d­able et sta­ble. La pro­duc­tion de com­posés énergé­tiques à par­tir de ressources locales per­me­t­tra d’améliorer l’indépendance énergé­tique de la France tout en dimin­u­ant les impacts de la volatil­ité des prix ;

• pro­duire une énergie renou­ve­lable, notam­ment à par­tir des ressources bio­mass­es non ali­men­taires. Ain­si, les bio­mass­es lig­no­cel­lu­losiques sont dif­fi­cile­ment méthanis­ables, mais se prê­tent très bien à la pyrolyse/gazéification pour la pro­duc­tion par exem­ple de bio­car­bu­rants de deux­ième génération.

Économie cir­cu­laire

La pyrogazéi­fi­ca­tion est une fil­ière s’adaptant à un large spec­tre de con­jonc­tures ter­ri­to­ri­ales, en ter­mes de ressources val­oris­ables, de capac­ités et de modes de val­ori­sa­tion. Un écosys­tème dynamique d’entreprises inno­vantes est aujourd’hui prêt à déploy­er ces tech­nolo­gies sur le ter­ri­toire et pro­pose des solu­tions mod­u­la­bles per­me­t­tant de val­oris­er une large gamme d’intrants via une pro­duc­tion d’énergie (renou­ve­lable ou de récupéra­tion) locale.

En par­al­lèle, les acteurs des ter­ri­toires (indus­triels, ges­tion­naires de ressources en recherche d’exutoires pour leurs sous-pro­duits, etc.) recon­nais­sent dans les tech­nolo­gies de pyrogazéi­fi­ca­tion une nou­velle solu­tion pour val­oris­er des ressources locales et décar­bon­er leur con­som­ma­tion d’énergie.

Pour impulser son déploiement à grande échelle, la fil­ière a cepen­dant besoin d’une régle­men­ta­tion adap­tée à l’échelle et à la vie des pro­jets et d’un sou­tien assumé de la part des pou­voirs publics (ex. : appels à pro­jets pour l’injection dans les réseaux, appels d’offres en cogénéra­tion et pro­duc­tion de bio­car­bu­rants, de char, etc.).

Les procédés de pyrol­yse et de gazéi­fi­ca­tion peu­vent apporter des répons­es inno­vantes et per­for­mantes pour mieux val­oris­er énergé­tique­ment de façon non inter­mit­tente de nom­breux déchets et bio­mass­es au niveau des ter­ri­toires et pour dévelop­per de nou­veaux mod­èles d’économie cir­cu­laire. Au vu de son poten­tiel et de son dynamisme, signe de l’attente du marché, cette fil­ière mérite et néces­site un encadrement régle­men­taire plus adap­té et un sou­tien pub­lic afin de l’accompagner dans son développe­ment et lui per­me­t­tre de devenir une référence mon­di­ale sur ce secteur d’avenir.

Cette fil­ière, qui traite les déchets résidu­els secs non fer­mentesci­bles sou­vent des­tinés à l’enfouissement ou à l’incinération, est par­faite­ment com­plé­men­taire de la fil­ière méthani­sa­tion, des autres fil­ières de pro­duc­tion de gaz renou­ve­lables en cours de développe­ment, mais aus­si des autres éner­gies renouvelables.

Les acteurs de la fil­ière con­sid­èrent qu’à l’horizon 2028 le gaz injec­té issu des procédés de pyrogazéi­fi­ca­tion per­me­t­trait de val­oris­er près d’un demi-mil­lion de tonnes de déchets par an, d’injecter 1 TWh de gaz par an et ain­si de réduire les émis­sions de CO₂ d’environ 165 000 tonnes, avec à la clé, la créa­tion dans les ter­ri­toires de 500 emplois nou­veaux essen­tielle­ment non délo­cal­is­ables, en sou­tenant du même coup le ray­on­nement des tech­nolo­gies français­es en dehors de nos frontières.

Le club Pyrogazéification
Le club Pyrogazéi­fi­ca­tion, asso­ci­a­tion pro­fes­sion­nelle créée en 2014, a rejoint l’ATEE fin 2019 pour ren­forcer ses activ­ités de struc­tura­tion et d’animation. Il rassem­ble les prin­ci­paux acteurs de la fil­ière sur l’ensemble de sa chaîne de valeur (ges­tion­naires d’intrants, équipemen­tiers, bureaux d’études, ges­tion­naires de réseaux de gaz, lab­o­ra­toires, col­lec­tiv­ités locales…). Ses prin­ci­pales mis­sions sont de favoris­er l’échange entre ses mem­bres, de mieux faire con­naître les enjeux et le poten­tiel de cette fil­ière, de pro­mou­voir les intérêts com­muns des acteurs auprès des pou­voirs publics. Le club œuvre à l’élaboration d’un cadre favor­able au déploiement de ces tech­nolo­gies avec dif­férents groupes de tra­vail (bonnes pra­tiques, injec­tion de gaz de synthèse…).