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VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS Dr. Khalil ZAGHDOUDI Année universitaire :

VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS Dr. Khalil ZAGHDOUDI Année universitaire : 2020/2021 VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS 3 VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS Les Biocarburants 4 VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS Qu’est ce qu’un biocarburant ? 5 VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS Les biocarburants sont des énergies renouvelables et, contrairement aux énergies fossiles, ne contribuent pas à aggraver certains impacts environnementaux globaux, comme par exemple l’effet de serre, à condition que leur production soit effectuée dans des conditions énergétiques performantes et sobres en énergies fossiles et de durabilité. Autres fonctions des biocarburants ont été mises en évidence. De par leur composition oxygénée, ils peuvent améliorer la combustion des hydrocarbures et réduire certaines émissions, et aussi pour les dérivés des huiles végétales, améliorer les capacités lubrifiantes des carburants. On peut parler dans ces cas de cocarburants ou encore d’additifs selon les quantités utilisées. Fonctions des biocarburants 6 VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS Qu’est ce qu’une biomasse ? « La biomasse est la fraction biodégradable des produits, déchets et résidus d’origine biologique provenant de l’agriculture (y compris les substances végétales et animales), de la sylviculture et de leurs industries connexes y compris la pêche et l’aquaculture, ainsi que la fraction biodégradable des déchets industriels et municipaux ». 7 Les bioénergies obtenues recouvrent : – les biocarburants pour les moteurs ; – les biocombustibles pour produire de la chaleur seule ou combinée à une production de bioélectricité (cogénération). De plus, la biomasse peut aussi produire des bioproduits et des biomatériaux pour la chimie ou certains secteurs comme par exemple, le bâtiment ou les transports (figure 1). Il est prévu que tous ces usages soient en croissance dans les prochaines années, compte tenu des conditions de développement durable à appliquer. Usages de la biomasse VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS 8 VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS 9 Production de biocarburants à partir de la biomasse Selon la directive 2009/28/CE les biocarburants sont combustibles liquides ou gazeux utilisés pour le transport et produit à partir de la biomasse », donc obtenus à partir des matières organiques végétales et animales non fossiles. La même directive cite également 10 produits considérés comme biocarburants : bioéthanol, biodiesel (esters d’huile végétale ou animale), biogaz, biométhanol, biodiméthyléther (bio- DME), bio-ETBE, bio-MTBE, biocarburants synthétiques, biohydrogène, huiles végétales pures. VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS 10 Tous les sucres en C6 fermentescibles, principalement le glucose, et aussi le saccharose, peuvent être convertis en éthanol et en dioxyde de carbone après fermentation. La réaction est anaérobie et catalysée par une enzyme produite par une levure, Saccharomyces Cerevisiae, qui est la plus couramment utilisée. Les équations des réactions de fermentation sont les suivantes : VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS 11 Ces équations sont théoriques et leurs rendements sont appelés rendements de Gay-Lussac. Du fait de la fabrication inévitable de sous-produits divers et de levures, le rendement de Pasteur, égal à 94,7 % du rendement de Gay-Lussac, définit la production d’éthanol. Exemple : 100 kg de sucre produisent respectivement 48,4 et 50,95 kg d’éthanol à partir de glucose ou de saccharose. Ces rendements restent théoriques, les résultats industriels variables sont légèrement inférieurs. Les Technologies appliquées (Voir Figure) 1/ Hydrolyse Voie humide voie sèche VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS 12 LA VOIE HUMIDE : Les grains sont trempés dans une solution aqueuse contenant de l’acide sulfurique pour faciliter la séparation des composants. Le grain est ensuite moulu et ses constituants (son, gluten, amidon...) sont séparés de façon classique pour le son et en partie par lavage. Seul l’amidon est traité au cours de l’hydrolyse enzymatique puis fermenté. Les coproduits (exemple : huile ou gluten) sont vendus séparément sur des marchés spécifiques (exemple : alimentation humaine ou animale) LA VOIE SÈCHE : Le grain est également moulu et la totalité de ses constituants subit l’hydrolyse enzymatique et la fermentation. Le débouché du coproduit principal, les drèches DDGS (Dried Distiller Grain and Solubles ) est très important VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS 13 La fermentation traditionnelle des sucres en C6 (hexoses) par la levure reste la voie industrielle principale de production de l’éthanol. De nombreux travaux de recherche ont abordé des fermentations différentes avec des bactéries, d’autres levures, voire même des champignons et la fermentation des sucres en C5 (pentoses). Quelques voies de Fermentation conjointe de sucres en C5 et C6 semblent intéressantes, débouchant sur des démonstrations de procédés , mais elles n’ont pas encore trouvé de concrétisations industrielles permettant de produire de l’éthanol dans des conditions suffisamment Performantes et compétitives. La Fermentation Au plan industriel, la principale distinction est à opérer entre les procédés discontinus et les procédés continus de fermentation. Ces derniers (le procédé Speichim et le procédé Biostil) sont plus productifs, avec un rendement supérieur de 1 à 6 % aux procédés discontinus, mais ils sont aussi nettement plus sensibles aux contaminations bactériennes. VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS 14 VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS 15 VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS Comment Séparer l’éthanol? 16 VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS A/ La distillation usuelle permet d’obtenir une concentration en éthanol de 96 % en masse, voisine de l’azéotrope (97,1 %). Une distillation des vins par une colonne à double effet nécessite 114 kg de vapeur/hL d’alcool pur et une consommation d’électricité de 2 kWh/hL d’alcool pur. Les variantes de combinaison avec la concentration des vinasses non recyclées, l’existence de multiples effets et la distillation sous vide partiel permettent encore d’améliorer ces consommations énergétiques. B/ La déshydratation conduit à l’éthanol anhydre (99,7 % minimum en masse, spécification officielle et 99,9 % pour la synthèse de l’ETBE). Plusieurs techniques sont utilisées à l’échelle industrielle : *la distillation azéotropique à pression atmosphérique, en présence de cyclohexane (en général) comme solvant d’entraînement, accompagnée de recompression mécanique de vapeurs. D’autres techniques sous vide partiel peuvent être appliquées, Elles sont à ce jour peu répandues dans les procédés industriels de traitement de l’éthanol 17 VALORISATION ENERGITIQUE DES DECHETS le tamisage moléculaire qui consiste à adsorber et désorber l’eau sur un support tel des zéolites synthétiques, ou des silicoaluminates métalliques, à structure cristalline tridimensionnelle poreuse. Actuellement, presque toutes les unités industrielles en exploitation en France utilisent ce procédé pour traiter le bioéthanol. Une troisième technique a été appliquée pendant quelque temps, mais n’a pas été suffisamment adaptée à l’alcool de betteraves. Il s’agit de la pervaporation par membrane, très performante au plan énergétique et qui s’applique à d’autres alcools. Elle est rarement utilisée seule, mais plutôt en complément de tamis moléculaire pour le prétraitement d’alcools riches en eau. Des travaux de R&D se poursuivent pour améliorer ces techniques membranaires (pervaporation,perméation) afin de favoriser leurs applications industrielles. uploads/s3/ support-resume-biocarburants.pdf