La production de biochar implique différentes configurations de réacteurs, chacune ayant ses propres avantages et limites. Le choix du réacteur dépend de plusieurs facteurs, notamment des qualités de produit souhaitées et de l'efficacité de la production.
Quelle configuration de réacteur est préférable pour la production de biochar ? (4 facteurs clés à prendre en compte)
1. Réacteurs de pyrolyse à lit fixe
Pour la production simple de biochar, les réacteurs de pyrolyse à lit fixe sont couramment utilisés. Il s'agit notamment des fours à fosse, des fours à monticule, des fours à briques, des fours métalliques transportables, des fours à charbon de bois de type Missouri et des fours à foyers multiples continus.
Ces réacteurs fonctionnent sans apport d'air, ce qui réduit les émissions de CO₂ et la perte d'énergie de la matière première. Il en résulte des produits riches en énergie tels que le biochar et le biogaz.
L'énergie nécessaire au maintien des températures dans ces réacteurs peut être fournie par la combustion des produits gazeux de la réaction.
Environ 25 à 35 % des produits issus de ces réacteurs sont des biochars.
2. Pyrolyse lente pour des biochars de haute qualité
Pour produire des biochars de haute qualité adaptés à une utilisation agricole, la pyrolyse lente est souvent la meilleure option. Ce procédé consiste à chauffer la biomasse dans un environnement limité en oxygène ou sans oxygène, à la pression atmosphérique.
Les vitesses de chauffage typiques sont comprises entre 1 et 30 °C par minute. La chaleur du procédé provient généralement d'une source externe, telle que la combustion des gaz produits ou la combustion partielle de la matière première de la biomasse.
Les rendements en biochar de la pyrolyse lente sont généralement de l'ordre de 30 % sur la base du poids sec de la matière première. Le rendement et les propriétés du biochar dépendent de facteurs tels que la matière première de la biomasse, la vitesse de chauffage, la température de pyrolyse et le temps de séjour de la vapeur.
La température de traitement la plus élevée (HTT) dans le réacteur de pyrolyse a la plus grande influence sur les caractéristiques du produit final.
3. Traitement par lots des matières premières de la biomasse
Une autre méthode consiste à traiter la biomasse par lots, la chaleur nécessaire à la pyrolyse étant générée par la combustion d'une partie de la biomasse avec admission d'air. Cette méthode est couramment utilisée dans les fours à charbon de bois et permet une pyrolyse lente.
Elle est principalement utilisée pour la production de charbon de bois, bien que du goudron puisse également être obtenu comme sous-produit.
4. Production industrielle utilisant des gaz de combustion inertes
Pour la production à l'échelle industrielle, la matière première est chauffée par des gaz de combustion inertes en l'absence totale d'oxygène. Cette méthode permet de mettre en place des processus continus de grande capacité, avec des rendements supérieurs à 30 % en poids.
La pyrolyse est initiée par la combustion du mazout, mais une fois que les gaz combustibles sont libérés de la biomasse, ils sont brûlés à la place du mazout. Ce processus continu permet un contrôle minutieux des émissions.
5. Combusteur à lit fluidisé (CFF) utilisant des matériaux solides inertes
La troisième méthode utilise un matériau solide inerte, tel que le sable dans une chambre de combustion à lit fluidisé, comme vecteur d'énergie pour chauffer la biomasse pendant la pyrolyse. Cette méthode convient au chauffage rapide de la biomasse, en particulier lorsque les rendements en produits gazeux ou liquides sont l'objectif principal.
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