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Amener la pulpe à la pompe
Les usines de pâtes et papiers pourraient bientôt doubler en bioraffineries si le financement d'un projet suédois de gazéification en est une indication. Alors que les prix du gaz se sont effondrés cet automne, menaçant d'entraîner la faillite de certains innovateurs en matière de biocarburants , la société suédoise Chemrec a attiré un flot de subventions et d'investissements pour soutenir un processus de transformation de la liqueur noire provenant du blanchiment des pâtes et papiers en un biocarburant synthétique à combustion propre.
Alcool noir: Usine de gazéification de Chemrec à New Bern, Caroline du Nord. L'usine de papier consomme jusqu'à 330 tonnes de liqueur noire par jour, un mélange de produits chimiques caustiques et de bois dissous provenant du blanchiment de la pâte pour la production de papier. Il produit actuellement un gaz de combustion propre qui fournit de l'énergie thermique à l'usine et recycle les produits chimiques caustiques.
Chemrec a reçu 20 millions de dollars de capital-risque plus tôt ce mois-ci, et 300 000 dollars supplémentaires du département américain de l'Énergie cette semaine pour évaluer la faisabilité de l'application de son procédé dans une usine de pâte à papier à Escanaba, MI. L'entreprise basée à Stockholm augmentait déjà la R&D grâce à un consortium de recherche de 37 millions de dollars soutenu par l'UE impliquant sept entreprises industrielles européennes qui a été lancé en septembre.
Une partie de l'attrait est le profil écologique du biocarburant généré avec le procédé de Chemrec, l'éther diméthylique (DME), qui peut être utilisé en remplacement du gaz de pétrole liquéfié (GPL) et du diesel. Au milieu de l'angoisse croissante suscitée par les impacts écologiques de la production de biocarburants et les perturbations causées à la production alimentaire, des analyses récentes, telles que celle de l'UE Renouveler étude des biocarburants de deuxième génération, ont constaté que le DME fabriqué à partir de la gazéification de la biomasse offre la réduction de gaz à effet de serre la plus élevée pour le coût le plus bas.
Le cœur de la technologie de Chemrec est un processus de gazéification qui transforme la liqueur noire en un mélange de monoxyde de carbone, d'hydrogène et de CO2 appelé gaz de synthèse, ou gaz de synthèse, en abrégé. La gazéification du charbon est déjà une activité en plein essor en Chine, où le gaz de synthèse qui en résulte est converti en produits chimiques et en carburants. Et la gazéification des copeaux de bois est également en hausse. Par exemple, Nexterra Energy du Canada est l'un des nombreux développeurs qui installent de petites centrales électriques qui gazéifient les copeaux de bois et brûlent le gaz de synthèse qui en résulte pour produire de l'électricité et de la chaleur pour les développements résidentiels.
Mais la liqueur noire est une matière première évidente pour la gazéification de la biomasse. Les usines de pâte à papier s'occupent déjà de collecter des charges de biomasse et, en tant que liquide, la liqueur résiduaire est plus facile à alimenter dans le gazéifieur que les morceaux solides de biomasse. Dans la pratique, cependant, ces déchets se sont avérés difficiles à gazéifier. Le succès mitigé à ce jour du développeur de gazéification de liqueur noire ThermoChem Recovery International , basée à Baltimore, illustre le défi. Sur deux installations à grande échelle utilisant la technologie de ThermoChem, l'une est toujours en fonctionnement, tandis que la seconde jamais exploité commercialement en raison de défauts de conception du gazogène .
Le PDG de Chemrec, Jonas Rudberg, explique que la liqueur noire est particulièrement difficile à traiter en raison des produits chimiques inorganiques hautement caustiques, tels que l'hydroxyde de sodium, utilisés pour décomposer la pâte. Dans la conception du réacteur de Chemrec, la liqueur noire et l'oxygène pur injectés par le haut alimentent une boule de feu de 1 800 °C au centre du réacteur. La majeure partie du bois dissous dans la liqueur noire forme du gaz de synthèse et s'écoule du réacteur.
Les produits chimiques inorganiques, cependant, forment un fondant fondu de sulfure de sodium et de carbonate de sodium sur les carreaux de céramique de protection thermique protégeant les parois du réacteur. Au fur et à mesure que l'éperlan s'écoule vers le bas et hors du réacteur, il attaque la céramique. Dans ce contact entre l'éperlan et la céramique, des réactions se produisent qui altèrent la surface du réfractaire, explique Rudberg. L'astuce consiste à sélectionner des matériaux capables de résister à cet impact chimique.
Rudberg dit que Chemrec a travaillé en étroite collaboration avec des chercheurs de Laboratoire national d'Oak Ridge identifier les matériaux appropriés pour les tests dans une usine de gazéification qui fonctionne dans une usine de Weyerhaeuser à New Bern, Caroline du Nord, depuis 1996. Cette usine peut traiter jusqu'à 15 pour cent de la liqueur noire de l'usine. Rudberg dit que le réfractaire de New Bern fonctionne depuis deux ans, ce qui, selon lui, est assez long pour prouver que sa commercialisation est viable.
Ces performances suffisent clairement à convaincre les bailleurs de Chemrec de financer la prochaine étape : générer du biocarburant à partir du gaz de synthèse. Alors que Weyerhaeuser brûle simplement le gaz de synthèse pour générer de la chaleur à New Bern, la petite usine de recherche de Chemrec à Pitea, en Suède, a démontré la production de gaz de synthèse suffisamment pur pour la synthèse catalytique de carburant. BioDME , le consortium de Chemrec financé par l'UE, transformera ce gaz de synthèse en quatre à cinq tonnes métriques de DME par jour.
Un autre partenaire BioDME, Haldor Topsoe , construira l'usine de synthèse DME, qui démarrera en 2010. Basée à Göteborg Groupe Volvo (à ne pas confondre avec la division de voitures de luxe appartenant à Ford, Volvo Cars) adaptera les systèmes de carburant de 14 camions diesel longue distance pour qu'ils fonctionnent au DME. Et la compagnie pétrolière suédoise Preem construit quatre stations-service pour distribuer le DME dans toute la Suède.
Parallèlement, Chemrec réalise l'ingénierie de deux usines qui seraient 25 fois plus grandes, produisant 40 000 tonnes de DME chaque année : une à Pitea et une à l'usine de New Page dans le Michigan. Selon Rudberg, la conversion de chaque usine de pâte aux États-Unis générerait l'équivalent d'environ 7,5 milliards de gallons de carburant, soit environ un cinquième de l'objectif total du gouvernement américain pour 2020.
Mais on peut se demander si la demande suivrait naturellement. Le DME est actuellement principalement utilisé comme substitut dans les bombes aérosols, et il faudra clairement plus de quatre stations-service en Suède pour qu'il puisse décoller en tant que biocarburant. Marc Londo, expert senior en recherche et biocarburants au Centre de recherche énergétique des Pays-Bas , à Amsterdam, affirme que ce dilemme de la poule et de l'œuf est un inconvénient majeur. Il pense que le succès de Chemrec serait mieux assuré si elle produisait du diesel synthétique à partir de son gaz de synthèse, une stratégie poursuivie par l'innovateur allemand en gazéification de biomasse Choren Industries. Le gros avantage du diesel synthétique est que vous pouvez simplement le mélanger avec le diesel actuellement disponible, explique Londo. Pour le bio DME, vous avez besoin de réseaux de distribution dédiés.
Londo dit que le diesel synthétique a un autre avantage : alors qu'il coûte légèrement plus cher à produire à partir de gaz de synthèse que le DME, le diesel synthétique a une densité énergétique plus élevée. Un réservoir de diesel prendra un camion long-courrier deux fois plus loin qu'un réservoir de DME : pour les camions long-courriers, la densité énergétique est un facteur critique, et le diesel synthétique est donc un carburant plus précieux, dit-il.
Le chef du projet BioDME, Per Salomonsson, responsable R&D du groupe Volvo, explique que cela se résume à la quantité de carburant qu'un acre de terre produira. Le diesel synthétique serait beaucoup plus facile à intégrer pour le groupe Volvo dans ses véhicules, mais selon leurs estimations, le DME offrira plus de 65 % de kilomètres de plus par acre cultivé ; par rapport au biodiesel conventionnel produit à partir d'huile végétale, l'avantage est de cinq pour un. Il y aura une pénurie de biomasse à l'avenir, dit Salomonsson. À long terme, nous ne pouvons pas nous permettre d'avoir autre chose que le processus le plus efficace.