Progrès récents dans la production de biocarburants à partir de déchets

De 1980 à 2007, la quantité de déchets municipaux du monde entier est passée de 415 kg à 560 kg.
La plupart de ces déchets finissent dans des décharges.
L’enfouissement des déchets peut entraîner l’érosion des sols, la pollution de l’eau et l’appauvrissement de la couche d’ozone. Par conséquent, l’enfouissement affecte négativement la santé de l’environnement.
Pour réduire cet effet négatif des déchets sur l’environnement, de nombreuses techniques telles que l’incinération, la digestion anaérobie, la biodégradation, la liquéfaction, la pyrolyse et bien d’autres ont été mises en œuvre pour convertir les déchets en source d’énergie.
Cette source d’énergie se présente sous la forme de biocarburants et se trouve généralement en phase liquide ou gazeuse. Les biocarburants sont un mélange d’acides gras provenant de graisses animales.
En 2006, la principale technique utilisée pour convertir la biomasse en biocarburants est la pyrolyse rapide. Il a été découvert que pendant la pyrolyse, les basses températures produiront la quantité maximale de produit liquide tandis qu’une température élevée produira la quantité maximale de produit gazeux.
Cependant, à mesure que la technologie progresse, différentes formes de conversion peuvent être utilisées comme la liquéfaction, l’oxydation catalytique et la dégradation biologique.
La liquéfaction permet à la biomasse d’avoir une teneur élevée en eau, ce qui réduit le coût et l’énergie nécessaires pour convertir la biomasse en énergie. L’oxydation catalytique a permis d’éliminer 99,5 % du SO2 et 90 % du Hg. Cela signifie que l’oxydation catalytique permet une efficacité élevée d’élimination des gaz, a de faibles coûts de production et une faible génération de pollution. La biodégradation permet aux polymères de se dégrader complètement en produits comme l’eau.

incinération

L’incinération consiste à brûler les déchets et à utiliser la chaleur produite par la combustion pour produire de l’électricité. Cette méthode élimine rapidement les déchets, cependant, elle libère des toxines nocives pour l’homme. L’incinération comprend la pyrolyse, la gazéification et les procédés thermiques.
Les incinérateurs ont été introduits à la fin des années 1800, le premier incinérateur construit aux États-Unis étant en 1885.
Le premier incinérateur a été utilisé pour convertir les déchets en énergie était à Paris au milieu du 20e siècle où la chaleur des incinérateurs était utilisée pour produire de l’électricité.
Tout au long de la fin du 20e siècle, des incinérateurs discontinus et des incinérateurs continus ont été utilisés. Les incinérateurs continus se sont avérés les plus efficaces car les incinérateurs continus étaient capables de décomposer plus de déchets que les incinérateurs discontinus. Désormais, les incinérateurs sont divisés en trois groupes : les incinérateurs à grille mobile, à four rotatif et à lit fluidisé.
Les incinérateurs à grille mobile permettent aux déchets de se déplacer dans la chambre de combustion.
Les incinérateurs à four rotatif impliquent des méthodes de transfert de chaleur et sont utilisés sur des matériaux solides.

Les incinérateurs à lit fluidisé fonctionnent à des vitesses élevées et peuvent être utilisés sur tout type de déchets.
Malgré l’efficacité de chaque type d’incinérateur, les incinérateurs à grille mobile ont pu décomposer les gros déchets contrairement aux fours rotatifs et aux incinérateurs à lit fluidisé qui nécessitent que les gros déchets soient éliminés avant de pouvoir être incinérés. Cependant, le déplacement de grands incinérateurs a un coût de production plus élevé. Comme le montre la figure 2, l’incinérateur à grille mobile est le plus utilisé pour convertir les déchets en énergie dans le monde.
Dans certaines parties du monde comme l’Australie, l’Asie et l’Amérique latine, seuls des incinérateurs à grille mobile étaient utilisés. Cependant, des pays comme la Chine, les États-Unis et le Canada utilisent également des incinérateurs à lit fluidisé.
Parmi ces trois types d’incinérateurs, seul l’incinérateur à grille mobile a été entièrement testé et déterminé comme étant capable d’incinérer correctement les déchets. Les fours rotatifs et les incinérateurs à lit fluidisé n’ont pas encore été testés. Des recherches supplémentaires devraient être menées sur la manière dont les fours rotatifs et les incinérateurs à lit fluidisé peuvent être améliorés en permettant l’incinération de volumes de déchets plus importants.

Tendances mondiales de la valorisation énergétique des déchets

La Nouvelle-Zélande s’est avérée être le pays le plus gaspilleur du monde développé avec environ 3,2 millions de tonnes en 2015.
Pour réduire ces déchets, l’intérêt pour la valorisation énergétique des déchets s’est accru. Il existe trois façons principales de convertir les déchets en source d’énergie. Une technique est l’incinération qui permet aux déchets de réagir avec l’oxygène sous une pression extrême pour produire du gaz.
Une autre technique est la digestion anaérobie qui permet aux déchets de se biodégrader sans air impliqué dans le processus. Bien qu’il soit plus favorable, il s’agit d’un processus lent et ne peut être effectué que sur des déchets biodégradables, comme les déchets alimentaires et les déchets humains.
La dernière technique est la gazéification, un processus impliquant la conversion de la matière organique en un mélange de gaz et de solide à 650 ° C. La gazéification peut également être utilisée pour produire des produits comme l’hydrogène, l’azote ou l’oxygène gazeux qui peuvent être utilisés pour produire de l’électricité.


La gazéification peut être mise en œuvre avec la pyrolyse pour produire des produits gazeux, liquides et solides qui peuvent être utilisés pour fournir de la chaleur, générer de l’énergie ou produire des biocarburants. Il a été constaté qu’environ 93,5% des déchets en Malaisie finissent dans des décharges.
Pour minimiser la quantité de déchets dans les décharges, la Malaisie a commencé à mettre en œuvre des techniques de conversion des déchets agricoles en énergie.
Une technique est appelée système de récupération des gaz de décharge qui génère du CH4 dans les décharges avec un traitement des lixiviats aidant à décomposer les matières organiques. Cependant, comme la Malaisie ne dispose que d’un nombre limité de décharges contrôlées avec traitement des lixiviats, ce procédé n’est pas très populaire.
Une autre technique utilisée en Malaisie est la digestion anaérobie. Ce processus comporte quatre étapes : hydrolyse, acidogénèse, acétogénèse et méthanogénèse.
Dans la première étape, la matière organique est décomposée en matière plus petite et plus basique par fermentation. Dans l’acidogénèse, les bactéries acidogènes sont utilisées pour décomposer davantage le matériau afin de créer des acides organiques. Dans l’acétogénèse, les bactéries acétogènes sont utilisées pour décomposer le matériau afin de produire de l’acide acétique, de l’hydrogène et du CO2. Dans la dernière étape, des bactéries méthanogènes sont utilisées pour convertir les produits en produits organiques comme le CH4 et le CO2.
La Malaisie utilise également l’incinération pour convertir les déchets en énergie qu’ils peuvent utiliser pour produire de l’électricité.
Par rapport à la génération d’énergie de chaque technique, il a été découvert que l’incinération des déchets produit le plus d’énergie. Un autre avantage de l’incinération est qu’elle a un faible coût d’exploitation et permet le plus de profit, ce qui en fait une technique de conversion favorable en Malaisie.
Cependant, l’incinération libère des toxines telles que le C4H4O2 qui nuisent à la santé humaine. Par conséquent, des recherches supplémentaires doivent être menées sur l’incinération pour conserver son efficacité dans la génération d’énergie tout en réduisant ses effets nocifs sur la santé humaine.


La Suède encourage la biodégradation des déchets pour produire de l’énergie depuis les années 1990.
En 2002, la Suède a interdit la mise en décharge, encourageant le système de gestion des déchets et le système de chauffage urbain. Le système de gestion des déchets utilise une faible chaleur pour produire de l’énergie qui pourrait être utilisée pour remplacer le charbon et les gaz naturels. À mesure que la technologie progressait au fil des ans, l’utilisation de la biomasse a augmenté en Suède. La Suède est connue pour avoir beaucoup de biomasse forestière qui est convertie en énergie pour produire de l’électricité grâce à diverses techniques comme la pyrolyse. La Suède a travaillé avec de nombreux pays pour réduire les déchets des décharges et a réussi car environ la moitié des déchets sont recyclés. La Suède utilise principalement l’incinération pour réduire ces déchets et générer ainsi de l’énergie.

conclusion

Les déchets peuvent être classés en trois catégories : état de la matière, dangereux et ressource.
Ces déchets peuvent être convertis en énergie par des procédés thermiques, comme l’incinération, ou par des procédés biologiques, comme la digestion anaérobie. Dans divers pays, l’incinération est largement utilisée pour décomposer les déchets et la chaleur générée est utilisée pour produire de l’électricité. L’incinération peut libérer des toxines comme les dioxines qui peuvent nuire à la santé humaine.
Des recherches supplémentaires pourraient être menées pour empêcher ces produits chimiques toxiques de nuire à la santé humaine tout en maintenant leur efficacité à convertir les déchets en énergie. Outre l’incinération, la pyrolyse, la gazéification et la biodégradation sont d’autres techniques qui peuvent être utilisées pour convertir les déchets en énergie. L’oxydation catalytique peut également être utilisée pour convertir les déchets en énergie en utilisant un catalyseur pour convertir la biomasse en biocarburants. Une attention inébranlable envers les technologies entourant la conversion des déchets municipaux en biocarburants peut jouer un rôle clé dans l’avenir de la gestion des déchets.

Pour plus d’informations : Cet article a été rédigé par le Dr. Raj Shah, directeur de la Koehler Instrument Company à New York, où il travaille depuis 25 ans. Les co-auteurs sont Blerim Gashi et Sharon Lin sont des étudiants en génie chimique à l’Université d’État de New York. Visitez: La 2e édition du manuel des carburants et lubrifiants tant attendu de l’ASTM est maintenant disponible – 15 juillet 2020 – David Phillips – Articles d’actualités de l’industrie pétrolière – Petro Online (petro-online.com)