La première chose à savoir est que la biomasse n'est rien de plus que matière organique d'origine végétale ou animale, les déchets organiques et les déchets sont inclus ici, ce qui susceptible d'être utilisé pour produire de l'énergie.
La raison est due au fait que les plantes transforment l'énergie radiante du Soleil en énergie chimique à travers le photosynthèse et une partie de cette énergie est stockée sous forme de matière organique dont nous pouvons profiter.
Actuellement, la définition suivante de la biomasse est acceptée:
«La biomasse est considérée comme un groupe de produits d’énergie renouvelable et de matières premières qui proviennent de matières organiques formées par des moyens biologiques».
C'est pour cette raison que le concept de combustibles fossiles et des matières organiques qui en dérivent, comme les plastiques et la plupart des produits synthétiques, est hors de propos dans la définition de la biomasse.
Bien que ces combustibles et matières organiques dérivées aient une origine biologique, leur formation a eu lieu dans le passé.
La biomasse est donc une énergie renouvelable d'origine solaire grâce à la photosynthèse des plantes.
De plus, selon Directive 2003 / 30 / CE la biomasse est:
"Fraction biodégradable des déchets et résidus de l'agriculture, de la sylviculture et des industries connexes, ainsi que la fraction biodégradable des déchets industriels et municipaux."
D'après ce que nous réalisons, c'est qu'en général, toute définition de la biomasse englobe principalement 2 termes; renouvelable et biologique.
La biomasse comme source d'énergie
Depuis l'Antiquité, l'homme utilise la biomasse comme source d'énergie pour accomplir ses tâches quotidiennes.
Depuis que l'utilisation des combustibles fossiles a commencé à s'imposer, la biomasse a été oubliée sur un plan inférieur, où sa contribution à la production d'énergie primaire était négligeable.
Aujourd'hui, grâce à divers facteurs, la biomasse a connu une résurgence en tant que source d'énergie.
Les facteurs responsables de la relance de la biomasse en tant que source d'énergie sont:
- La hausse du prix du pétrole.
- Augmentation de la production agricole.
- Besoin de rechercher des utilisations alternatives à la production agricole.
- Changement climatique.
- Possibilité d'utiliser les connaissances scientifiques et techniques pour optimiser le processus de production d'énergie.
- Cadre économique favorable au développement d'usines utilisant la biomasse comme combustible, grâce aux subventions de production reçues par les centrales électriques avec cette source.
- Difficulté réglementaire à développer d'autres types de projets, laissant la biomasse comme l'alternative la plus raisonnable pour rentabiliser un investissement économique.
Types de biomasse
La biomasse utilisée pour la production d'énergie est obtenue à partir des restes d'exploitation forestière, des industries de la première et deuxième transformation du bois, de la fraction organique des déchets solides urbains, des déchets d'élevage, des produits agricoles et forestiers, des cultures énergétiques , ceux destinés exclusivement à leur exploitation pour obtenir de la biomasse.
En général, la biomasse est obtenue à partir de tout produit organique susceptible d'être utilisé en énergie, bien que ce soient les principaux.
Biomasse naturelle
La biomasse naturelle est celle produite en écosystèmes naturels. L'exploitation intensive de cette ressource n'est pas compatible avec la protection de l'environnement, même si c'est l'une des principales sources d'énergie dans les pays sous-développés.
Cette biomasse naturelle est créée sans aucune intervention humaine pour la modifier ou la valoriser.
Il s'agit fondamentalement de résidus forestiers:
- Dérivés du nettoyage des forêts et des restes de plantation
- Bois de chauffage et branches
- Conifères
- Feuillu
Biomasse résiduelle
La biomasse résiduelle est ce généré dans les activités humaines qui utilisent de la matière organique. Son élimination dans de nombreux cas est un problème. Ce type de biomasse a des avantages associés dans son utilisation:
- Réduit les risques de pollution et d'incendie.
- Réduisez l'espace d'enfouissement.
- Les coûts de production peuvent être faibles.
- Les coûts de transport peuvent être faibles.
- Évitez les émissions de CO2.
- Générez des emplois.
- Contribue au développement rural.
La biomasse résiduelle est à son tour divisée en une série de catégories mentionnées ci-dessous.
Excédent agricole
Les surplus agricoles qui ne sont pas utilisés pour la consommation humaine sont considérés comme utilisables comme biomasse à des fins énergétiques.
Cette utilisation des produits agricoles utilisés dans la chaîne alimentaire humaine a causé une mauvaise réputation injustifiée l'utilisation de la biomasse à des fins énergétiques, car cette utilisation a été accusée d'une augmentation du coût de certains produits agricoles qui sont à la base de l'alimentation dans de nombreux pays du tiers monde et en développement.
Ces surplus agricoles peuvent être utilisés à la fois comme combustible dans les centrales électriques et transformés en biocarburants.
Cultures énergétique
Les cultures énergétiques mentionnées ci-dessus sont des cultures spécifiques exclusivement dédiées à la production d'énergie.
Contrairement aux cultures agricoles traditionnelles, leurs principales caractéristiques sont haute productivité de la biomasse et haute rusticité, exprimée en caractéristiques telles que la résistance à la sécheresse, la maladie, la vigueur, la croissance précoce, la capacité de repousse et l'adaptation aux terres marginales.
Les cultures énergétiques peuvent inclure des cultures traditionnelles (céréales, canne à sucre, oléagineux) et non conventionnelles (cynara, pataca, sorgho doux) qui font l'objet de nombreuses études pour déterminer leurs besoins de culture.
Processus de transformation de la biomasse
Comme on l'a vu plus haut, la grande variété qui existe des matériaux inclus dans le concept de biomasse permet à son tour d'établir un variété de processus de transformation possibles de cette biomasse en énergie.
Pour cette raison, la biomasse peut être transformée en différentes formes d'énergie en appliquant divers processus de conversion, ces types d'énergie sont:
Chaleur et vapeur
Il est possible de générer de la chaleur et de la vapeur en brûlant de la biomasse ou du biogaz.
La chaleur peut être le principal produit pour les applications de chauffage et de cuisson, ou elle peut être un sous-produit de la production d'électricité dans les usines qui cogénèrent de l'électricité et de la vapeur.
Carburant gazeux
Le biogaz produit dans les processus de digestion anaérobie ou de gazéification peut être utilisé dans les moteurs à combustion interne pour la production d'électricité, pour le chauffage et le conditionnement dans les secteurs domestique, commercial et institutionnel et dans les véhicules modifiés.
Les biocarburants
La production de biocarburants tels que l'éthanol et le biodiesel (vous pouvez consulter l'article Comment fabriquer du biodiesel maison) a le potentiel de remplacer des quantités importantes de carburants fossiles dans de nombreuses applications de transport.
L'utilisation extensive de l'éthanol au Brésil a montré, depuis plus de 20 ans, que les biocarburants sont techniquement réalisables à grande échelle.
Aux États-Unis et en Europe, leur production augmente et ils sont commercialisés en mélange avec des dérivés pétroliers.
Par exemple, le mélange appelé E20, composé de 20% d'éthanol et de 80% de pétrole, est applicable dans la plupart des moteurs à allumage.
Actuellement, ce type de carburant reçoit un certain type de subvention ou aide d'État, mais, à l'avenir, avec l'augmentation des cultures énergétiques et les économies d'échelle, la réduction des coûts peut rendre leur production compétitive.
Électricité
L'électricité produite à partir de la biomasse peut être commercialisée comme «énergie verte», car il ne contribue pas à l'effet de serre car il est exempt d'émissions de dioxyde de carbone (CO2).
Ce type d'énergie peut offrir de nouvelles options sur le marché, car sa structure de coûts permettra aux utilisateurs de supporter des niveaux d'investissement plus élevés dans des technologies efficaces, ce qui augmentera l'industrie de la bioénergie.
Cogénération (chaleur et électricité)
La cogénération fait référence au production simultanée de vapeur et d'électricité, qui peut s'appliquer à de nombreux procédés industriels qui nécessitent les deux formes d'énergie.
En Amérique centrale, par exemple, ce procédé est très courant dans l'industrie sucrière, où il est possible de tirer parti des déchets du procédé, principalement la bagasse.
En raison de la grande fiabilité de la bagasse disponible, la cogénération est traditionnellement réalisée de manière assez efficace. Cependant, ces dernières années, il y a eu une tendance à améliorer le processus pour produire plus d'électricité et vendre le surplus au réseau électrique.
Les processus qui peuvent être suivis pour réaliser cette transformation peuvent être divisés en physique, physico-chimique, thermochimique et biologique.
Combustion dans les usines de biomasse
En termes simples, la combustion est une réaction chimique assez rapide, par laquelle combine l'oxygène de l'air (quel est l'oxydant) avec les différents éléments oxydants du combustible provoquant ainsi un dégagement de chaleur.
Pour cette raison, pour que ce processus chimique se produise, ces 4 circonstances doivent se produire:
- Il doit y avoir une quantité suffisante de combustible, c'est-à-dire de la biomasse.
- Il doit produire une quantité suffisante d'air de combustion, qui contient l'oxygène nécessaire pour s'oxyder ou réagir avec le carburant.
- La température doit être suffisamment élevée pour que la réaction se produise et se poursuive. Si la température ne dépasse pas une certaine valeur, appelée point d'éclair, le comburant et le carburant ne réagissent pas.
- Il doit y avoir un initiateur de combustion, généralement une flamme préexistante. Cela signifie que d'autres éléments participent normalement à l'allumage du système de combustion, même d'autres combustibles.
Prétraitement de la biomasse
Avant la combustion dans la chaudière, la biomasse doit être soumise à un processus de préparation préalable, qui faciliter le processus de réaction entre le combustible et l'oxydant.
Ce processus facilite la combustion car il ajuste fondamentalement la granulométrie et le degré d'humidité.
L'ensemble des procédés ou traitements antérieurs ont trois objectifs fondamentaux:
- Homogénéiser l'entrée de biomasse dans la chaudière, de sorte que la chaudière reçoive un flux constant d'énergie d'une valeur similaire.
- Diminution sa granulométrie pour augmenter sa surface spécifique.
En effet, plus la granulométrie est petite, plus la surface est grande pour que le combustible et l'oxydant puissent réagir, accélérant ainsi la réaction et réduisant la quantité de biomasse qui ne réagit pas (non brûlée) - Diminue l'humidité qu'il contient, évitant qu'une partie de la chaleur dégagée lors de la combustion ne soit utilisée comme chaleur de vaporisation de l'eau, réduisant la température des fumées.
Tout cela doit également être fait avec le consommation d'énergie la plus faible possible, puisque toute l'énergie consommée dans ces procédés, à moins que ce ne soit de l'énergie résiduelle ou de l'énergie qui peut être utilisée sans coût, entraînera une diminution de l'énergie nette générée par l'usine.
La chaudière biomasse
La chaudière est définitivement le équipement principal d'une centrale thermoélectrique de combustion de biomasse.
On y met en œuvre le processus de transformation de l'énergie chimique contenue dans la biomasse en énergie thermique, qui sera ensuite transformée en énergie mécanique.
La chaudière, en plus d'être l'équipement principal, est aussi la principale préoccupation des techniciens en charge de l'exploitation d'une usine.
C'est sans aucun doute l'équipement qui peut causer le plus de problèmes potentiels, causer le plus de temps d'arrêt et qui nécessite la maintenance la plus rigoureuse.
Les raisons pour lesquelles la chaudière est un équipement problématique sont les suivantes:
- C'est une technologie émergente, pas suffisamment développée. Face à la grande expérience accumulée dans d'autres processus de combustion qui dégagent une grande quantité d'énergie thermique de l'oxydation d'un combustible solide, comme les centrales au charbon, la combustion de la biomasse est confrontée à une série de nouveaux problèmes qui n'ont pas encore été résolus. de manière satisfaisante.
- La teneur élevée en potassium et en chlore de la biomasse provoque du tartre et de la corrosion dans diverses parties de la chaudière.
- La combustion n'est pas totalement stable, présentant des variations importantes de pression et de température.
- Il est très difficile d'automatiser entièrement le contrôle de la chaudière, en raison de la variabilité des conditions dans lesquelles la biomasse peut être présentée à l'entrée.
- La rentabilité des centrales, même avec les primes de production d'électricité offertes par la législation espagnole, est très serrée, ce qui oblige à faire des économies sur tous les composants, y compris la chaudière. Par conséquent, les meilleurs matériaux ou les meilleures techniques ne sont pas utilisés, en raison du coût accru qu'ils entraînent.
Seulement un Une bonne sélection du type de chaudière peut conduire à la réussite d'un projet de production d'électricité à partir de la biomasseDans le même temps, un choix inapproprié rendra extrêmement difficile la rentabilité d'un investissement dans ce type de centrale, qui représente entre 1 et 3 millions d'euros par MW de puissance électrique installée.
Installations thermoélectriques à biomasse
Une centrale thermoélectrique à biomasse est un centrale électrique qui tire parti de l'énergie chimique contenue dans une certaine quantité de biomasse et qui est libérée sous forme d'énergie thermique par un processus de combustion.
En premier lieu, une usine de valorisation énergétique de la biomasse doit disposer d'un système de prétraitement de la biomasse dont les principaux objectifs sont de réduire l'humidité qu'elle contient, l'adaptation de la taille et l'uniformité de la biomasse, afin de standardiser les conditions d'entrée. dans la chaudière et atteindre le plus haut rendement du système de combustion.
Une fois que l'énergie thermique a été libérée dans un four approprié, les gaz libérés lors de la combustion, composés principalement de CO2 et d'H2O avec d'autres substances solides et gazeuses, échangent leur chaleur dans une chaudière à travers laquelle l'eau circule et qui est normalement convertie en vapeur. à une certaine pression et température.
Les gaz de combustion de la biomasse traversent la chaudière, cédant leur énergie à l'eau / vapeur en différentes étapes: murs d'eau, surchauffeur, faisceau de vaporisateur, économiseur et préchauffeurs d'air.
La vapeur sous pression formée dans la chaudière est ensuite transportée vers une turbine, où elle se dilate, produisant une nouvelle transformation d'énergie par laquelle l'énergie potentielle contenue dans la vapeur sous pression est convertie. d'abord en énergie cinétique, puis en énergie mécanique de rotation.
Cadre législatif pour les centrales thermoélectriques biomasse en Espagne
La production d'électricité en Espagne correspond à investisseurs privés, bien qu'il s'agisse d'une activité fortement réglementée par l'État.
Différentes lois et décrets réglementent cette activité, et il est essentiel pour tout technicien travaillant dans des centrales à biomasse de connaître ce cadre légal.
Les différentes activités liées à l'énergie électrique font l'objet d'une certaine intervention de l'État, compte tenu de l'importance de ces activités.
Traditionnellement, le caractère de service public a été utilisé, l'État étant responsable de la production, du transport, de la distribution et de la commercialisation de l'énergie électrique.
Aujourd'hui, ce n'est plus un service public, puisque ces activités sont entièrement libéralisées.
L'intervention publique est actuellement maintenue car il s'agit d'activités soumises à une réglementation stricte. Il sera intéressant d'étudier en premier lieu comment sont les différentes normes qui peuvent affecter les activités liées à la production, au transport et à la vente d'énergie électrique.
Biomasse à usage domestique
Bien que je me sois davantage concentré sur l'obtention d'énergie pour l'électricité, l'utilisation de la biomasse pour générer de la chaleur pour le chauffage a également été mentionnée et mieux encore, au niveau domestique avec des chaudières et des poêles dédiés exclusivement à cela.
Si vous souhaitez plus d'informations, vous pouvez lire l'article de mon collègue German Tout ce que vous devez savoir sur les poêles à granulés
De cette façon, il n'y aura personne pour vous arrêter sur la question de la biomasse et qui sait, peut-être oserez-vous installer un de ces poêles dans votre maison.