Un chauffage domestique économique et durable avec de l’huile produite à partir de biomasse
Les systèmes de chauffage domestique peuvent jouer un rôle significatif dans la création d’un système énergétique européen propre, sécurisé et efficace. Cependant, la plupart des ressources renouvelables de biomasse sont constituées de matériaux solides dotés d’une densité énergétique faible. Même les systèmes de chauffage domestique les plus avancés peinent à gérer les propriétés variables de la biomasse issue de résidus agricoles et forestiers. Le projet Residue2Heat s’est attaqué à ce défi en utilisant de la biomasse et des résidus durables et riches en cendres dans des applications de chauffage domestique (de 20 kWth à 200 kWth), afin de fournir de la chaleur durable à un prix compétitif. «Notre but était de remplacer les grandes quantités de combustibles fossiles et de biocombustibles de première génération utilisées actuellement par des sources de résidus de biomasse impropres à l’alimentation ou à la production d’aliments, et qui ont par conséquent un faible impact sur la modification indirecte de l’utilisation des sols», affirme Herbert Pfeifer, coordinateur du projet. Les membres du consortium ont converti les sources de résidus de biomasse via une pyrolyse flash, qui chauffe les matériaux organiques en l’absence d’oxygène, pour les transformer en un biocombustible liquide et uniforme de seconde génération appelé bio-huile de pyrolyse flash (ou FPBO pour «fast pyrolysis bio oil»). En outre, les chercheurs ont adapté les systèmes de chauffage domestique existants pour permettre l’utilisation de FPBO.
Une technologie innovante
Le FPBO présente environ 70 % du contenu énergétique de la biomasse et environ la moitié du pouvoir calorifique d’un fioul traditionnel. «Le premier défi a été de produire le FPBO, en dépit de sa grande variété de matières premières biogènes possibles, avec une haute qualité constante et des propriétés physico-chimiques hautement normalisées. Le second défi a été d’adapter un système de chauffage à condensation hautement performant pour utiliser le FPBO, car les propriétés de ce dernier diffèrent de celles des combustibles traditionnels», explique M. Pfeifer. Les partenaires du projet ont employé une technologie innovante de pyrolyse flash pour convertir les résidus de biomasse à teneur élevée en cendres comme la paille de blé, les résidus forestiers, l’écorce, le miscanthus et du bois propre en biocombustible liquide pour le chauffage domestique. Residue2Heat s’est appuyé sur la modélisation fondamentale et la recherche expérimentale afin d’adapter des pièces de systèmes de chauffage domestique existants, comme les composants de brûleur, à l’utilisation de FPBO. Ce brûleur à l’échelle du laboratoire a été étendu à une chambre de combustion adaptée à des systèmes de chauffage domestique. «Une démonstration de l’utilisation de FPBO dans un chauffage à l’échelle résidentielle a inclus la combustion stable de FPBO, des durées de fonctionnement prolongées du brûleur (plus de 100 heures) et une opération de démarrage-arrêt. De plus, l’unité a été gérée et suivie dans l’environnement de destination réel pour le niveau 5 de maturité technologique», observe M. Pfeifer.
Des émissions plus faibles
Les propriétés du combustible ont été adaptées pour le chauffage domestique tout au long de l’étude, ce qui a abouti à un FPBO normalisé de haute qualité. Les chercheurs ont testé des composants types de systèmes de chauffage, comme les pompes et les buses de combustible, pour leur compatibilité avec le FPBO. M. Pfeifer note: «Étant donné que les informations concernant la pulvérisation et la combustion du FPBO sont limitées dans la documentation scientifique, ces deux opérations ont été analysées à un niveau fondamental afin de soutenir le développement du brûleur en laboratoire.» Le principal résultat de Residue2Heat a été le développement de chaudières domestiques autonomes de petite taille (entre 20 kWth et 60 kWth) alimentées par FPBO. Les réalisations complémentaires comprennent la production de FPBO de haute qualité à partir de résidus de biomasse à teneur élevée en cendres, la pulvérisation et la combustion de FPBO, la conception et la fabrication de composants modifiés de brûleurs et un plan logistique pour le stockage et la manipulation. L’évaluation de la chaîne du développement durable des différents types de FPBO (basée sur les matières premières) a montré des économies d’émissions de l’ordre de 80 % à 94 %, ce qui répond aux exigences d’économies d’émissions de gaz à effet de serre de 60 % et de 70 % des directives RED (Directive sur les sources d’énergie renouvelables ou «Renewable Energy Directive») et RED2, respectivement. «Par ailleurs, les cendres dérivées du processus de production de FPBO affichent un certain potentiel pour fournir des nutriments aux écosystèmes terrestres, et pourraient donc servir dans le cadre d’applications agricoles», conclut M. Pfeifer.
Mots‑clés
Residue2Heat, bio-huile de pyrolyse flash, chauffage domestique, biomasse, résidu agricole, forestier, chaudière, Directive sur les sources d’énergie renouvelables
