Etude de la pyrolyse catalytique de biomasse imprégnée pour la production de biocarburants et d’hydrogène
Collard F.X., Blin J.
Laboratoire Biomasse Energie Biocarburants (LBEB)
Institut International de l'Ingénierie de l'Eau et de l'Environnement (2iE) Rue de la Science, 01 BP 594, Ouagadougou 01, Burkina-Faso
xavier.collard@2ie-edu.org
La croissance de la population mondiale, de l’urbanisation et des activités industrielles se traduit par des besoins énergétiques en forte expansion. En conséquence, il devient urgent de trouver des alternatives aux énergies fossiles, dont les stocks diminuent et dont l’exploitation engendre des émissions de gaz à effet de serre trop élevées.
La valorisation de la biomasse pour fournir une énergie renouvelable fait partie des voies en développement. Les filières de conversions thermochimiques par pyrolyse et gazéification permettent d’obtenir un gaz de synthèse (CO + H2), qui peut être valorisé soit directement comme combustible, soit après conversion Fischer-Tropsch comme carburant ou encore pour la production d’hydrogène alimentant les piles à combustible. Un des principaux obstacles à l’exploitation de ce gaz de synthèse, est sa teneur en goudrons, composés organiques condensables qui encrassent les installations (moteurs et catalyseurs) et limitent les rendements. Les principaux travaux pour l’élimination des goudrons portent sur des réactions de craquages thermique ou catalytique en phase gazeuse de ces composés organiques. Pour s’affranchir de cette étape, une approche innovante développée par le Cirad et le 2iE consiste à insérer, avant la réaction de pyrolyse, un catalyseur dans la biomasse, afin de limiter la formation de goudrons.
La pyrolyse est une conversion thermochimique, en absence d’oxygène, qui produit des composés solides (charbons), liquides et gazeux. Des travaux récents ont été réalisés au Cirad dans le but de limiter la proportion de la phase liquide à l’origine de la formation des goudrons.
Pour cela, on réalise une imprégnation de la biomasse dans une solution aqueuse contenant les cations métalliques utilisés comme catalyseurs. Différents paramètres comme le pH de la solution et la nature du métal (fer ou nickel) ont été testés pour optimiser l’adsorption du catalyseur [1]. Lors de la pyrolyse, on constate la formation de nanoparticules du métal catalyseur dans la matrice carbonée [1]. Les expériences ont montré qu’il était possible d’optimiser les rendements en gaz au détriment de la concentration en hydrocarbures liquides. En plus, la voie catalytique a permis une augmentation des rendements en hydrogène pouvant atteindre 260% [2].
Ces travaux sont poursuivis au Laboratoire Biomasse Energie et Biocarburants (LBEB), à partir de différentes biomasses de l’Afrique de l’Ouest, dont des résidus agricoles, afin d’optimiser la pyrolyse catalytique en faisant varier les paramètres de réaction. L’étude porte sur l’influence de la température, la vitesse de chauffe, la taille des particules et la nature et la teneur du métal. La décomposition de la biomasse est étudiée par Analyse Thermogravimétrique (ATG) et Differential Scanning Calorimetry (DSC). Afin d’étudier les effets de transfert (masse et chaleur) dans un lit, des expériences sont également réalisées sur le pilote de pyrolyse du Cirad. Les gaz synthétisés sont quantifiés par Chromatographie en Phase Gazeuse (CPG).
[1] Y. Richardson, J. Blin, G. Volle, L. Van De Steene, A.Julbe, Iron and nickel nanoparticles dispersed in biomass derived solid fuel : Study of a new catalytic way to enhance H2 production and tar destruction efficiency in gasification processes, poster presentation, CCESC, Madrid, June 2008.
[2] Bru K, Blin J, Julbe A, Volle G. Pyrolysis of metal impregnated biomass : An innovative catalytic way to produce gas fuel. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 2006 ; 78 : 291-300.
