La conversion des déchets en énergie transforme les déchets en carburant
Chaque année, des millions de tonnes de déchets solides sont générées dans les ménages du monde entier, qui sont ensuite éliminés dans des décharges municipales. Aujourd’hui, une nouvelle génération de technologies de conversion des déchets en énergie (WTE) émerge, offrant la possibilité de créer une énergie renouvelable propre à partir de déchets solides et liquides.
Le contenu énergétique disponible à partir de la combustion des déchets solides représente une source substantielle d’« énergie alternative » pour aider à réduire l’utilisation et notre dépendance aux combustibles fossiles conventionnels. Les « déchets », par définition, incluent tous les matériaux résiduels autres que les liquides, les gaz et tout sous-produit inutilisable généré à la suite d’un processus ou d’une production qui n’est plus considéré comme précieux et qui est donc normalement jeté.
Ces matériaux de déchets proviennent généralement de la communauté résidentielle, sous forme de déchets solides municipaux ou de déchets commerciaux, légers ou agricoles. Les déchets générés par les activités de fabrication industrielle lourde, les industries chimiques et médicales sont généralement classés comme des déchets dangereux et ne sont généralement pas utilisés pour convertir ce type de déchets en énergie.
Traditionnellement, le terme « déchets en énergie » a généralement fait référence à la pratique de l’incinération des produits de déchets, que ce soit par la combustion de détritus dans une cour arrière ou par de grands incinérateurs industriels pour produire de la chaleur.
La catégorie des déchets en énergie décrit de manière large l’une des nombreuses procédures ou technologies dans lesquelles un sous-produit utile (énergie) est récupéré à partir d’une source autrement inutilisable.
Les technologies de déchets en énergie convertissent physiquement les matières résiduelles en formes plus utiles de carburant qui peuvent être utilisées pour fournir de l’énergie. Ces processus de déchets en énergie incluent des conversions thermiques telles que la combustion (incinération), la pyrolyse, la gazéification, ou des traitements biologiques tels que la digestion anaérobie et la fermentation, etc., ainsi que diverses combinaisons de ce qui précède.
Par exemple, les déchets solides peuvent être convertis en granulés de bois de biomasse et co-brûlés avec des déchets gazéifiés associés à du charbon fossile dans une centrale électrique au charbon traditionnelle existante.
L’énergie peut être dérivée des déchets de plusieurs manières. Les processus de conversion des déchets en énergie incluent des déchets qui ont été traités et transformés en un combustible solide pour l’incinération afin de produire de la chaleur et de la vapeur. Des déchets qui ont été convertis en biogaz ou en gaz de synthèse provenant de déchets organiques et inorganiques ou des technologies biologiques, dans lesquelles une fermentation bactérienne est utilisée pour digérer des déchets organiques afin de produire du carburant, convertissant ainsi les déchets en carburant.
Techniques de conversion des déchets en énergie
Voici quelques-unes des méthodes les plus courantes de conversion des déchets en énergie.
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Combustion – Il s’agit de loin du processus thermique le plus ancien, le plus courant et le mieux prouvé, utilisant une grande variété de combustibles résiduels. Les déchets municipaux et ménagers sont directement incinérés dans de grands incinérateurs de déchets en énergie comme un combustible avec un traitement minimal connu sous le nom de combustion en masse.
Les premiers systèmes de combustion des déchets étaient des incinérateurs simples qui produisaient de la chaleur et du dioxyde de carbone, ainsi qu’une variété d’autres polluants et n’avaient pas de capacités de récupération d’énergie. Aujourd’hui, l’énergie thermique générée par le processus de combustion est utilisée pour transformer l’eau en vapeur, qui est ensuite utilisée pour actionner des générateurs à turbine à vapeur pour produire de l’électricité.
La plupart des incinérateurs de déchets modernes intègrent désormais des systèmes de récupération de chaleur et des systèmes de contrôle de la pollution atmosphérique. Le processus de combustion en masse brûle les déchets virtuellement tels qu’ils sont reçus, éliminant ainsi la nécessité de traiter le matériau avant la combustion, sauf pour l’élimination des objets surdimensionnés et des matériaux métalliques non combustibles évidents.
Le problème avec cette approche de combustion en masse est qu’après la combustion, le système d’élimination des cendres et des autres polluants de l’incinérateur doit être capable d’éliminer chaque petit morceau des déchets combustibles sortant de l’incinérateur tel qu’il est entré. -
Gazéification – Il est à noter que la gazéification des matériaux résiduels n’est pas la même que l’incinération. L’incinération est la combustion de combustibles résiduels dans un environnement riche en oxygène, tandis que la gazéification est la conversion des matériaux résiduels qui se déroule en présence de quantités limitées d’oxygène.
La gazéification est un processus thermo-chimique qui convertit les déchets solides en un mélange de gaz combustibles. La vapeur ou l’oxygène de l’air réagit à haute température avec le carbone disponible dans le matériau résiduel pour produire des gaz tels que le monoxyde de carbone, l’hydrogène et le méthane. Le processus de gazéification produit du syngaz (hydrogène et monoxyde de carbone) qui est utilisé pour générer de l’énergie électrique.
Tandis que l’incinération des déchets en énergie convertit le combustible résiduel en énergie directement sur place, la gazéification thermique des matériaux résiduels permet la production d’ énergie biogaz qui peut être facilement collectée et transportée. -
Pyrolyse – Il s’agit également d’un processus thermique similaire à la gazéification ci-dessus, qui implique la dégradation thermique des déchets organiques en l’absence d’oxygène libre pour produire des gaz combustibles. En d’autres termes, la pyrolyse utilise la chaleur pour décomposer les matériaux organiques en l’absence d’oxygène.
Les matériaux adaptés au traitement par pyrolyse comprennent le charbon, les déchets animaux et humains, les restes alimentaires, le papier, le carton, les plastiques et le caoutchouc. Le processus pyrolytique produit de l’huile qui peut être utilisée comme un carburant bio-diesel synthétique ou raffinée pour produire d’autres produits utiles.
Bien que la technologie de la pyrolyse existe depuis longtemps, son application aux matériaux de biomasse et de déchets est un développement relativement récent, car les produits pyrolytiques sont plus raffinés et peuvent donc être utilisés avec une plus grande efficacité.
Un sous-produit commun de la pyrolyse est un type de charbon bio-fin appelé « biochar », qui conserve la plupart du carbone et des nutriments contenus dans la biomasse, ce qui peut être utilisé comme amélioration du sol pour augmenter la productivité des sols. -
Digestion Anaérobie – La mise en décharge reste la méthode principale d’élimination des déchets solides municipaux et, si elle est laissée sans perturbation, les déchets en décharge produisent des quantités significatives de sous-produits gazeux, principalement du dioxyde de carbone (CO2) et du méthane (gaz naturel, CH4). Ce gaz de décharge ou « biogaz » est produit par la digestion anaérobie (sans oxygène) de la matière organique.
La digestion anaérobie pour produire du biogaz peut se produire naturellement, produisant un gaz de décharge, ou dans un environnement contrôlé comme un digesteur de biogaz. Un digesteur est un conteneur chauffé, scellé, sans air où des bactéries fermentent un matériau organique tel que des boues liquides et semi-liquides, des déchets animaux et des fumiers dans des conditions exemptes d’oxygène pour produire du biogaz.
Le principal avantage de la digestion anaérobie pour convertir les déchets en carburant énergétique est qu’elle traite des « déchets humides » qui peuvent normalement être difficiles à éliminer. La quantité de biogaz produite est limitée par la taille du réservoir du digesteur, de sorte qu’elle est largement utilisée comme carburant pour des opérations à petite échelle, comme les fermes, où suffisamment d’énergie peut être produite pour faire fonctionner la ferme. Le biogaz produit peut être brûlé dans une chaudière à gaz conventionnelle pour produire de la chaleur ou comme carburant dans un moteur à gaz pour générer de l’électricité ou alimenter certains des véhicules agricoles. -
Fermentation – La fermentation utilise divers microorganismes et levures pour produire de l’éthanol liquide, un type d’alcool, à partir de biomasse et de matériaux de biodéchets. La conversion des déchets en énergie par fermentation nécessite une série de réactions chimiques pour produire le biocarburant d’éthanol. La première réaction est appelée hydrolyse, qui convertit les matériaux organiques en sucres. Les sucres sont ensuite fermentés pour produire de l’éthanol dilué, qui est ensuite distillé pour obtenir un éthanol de qualité biocarburant (alcool éthylique).
Avec l’augmentation du consumérisme mondial et la croissance démographique menant à une élévation des niveaux de déchets produits, les technologies de gestion des déchets aident désormais à trouver des alternatives aux décharges en convertissant autant que possible les déchets généraux en produits recyclables ou réutilisables, dans le but de transformer les déchets en énergie et les déchets en carburants.
Plutôt que d’envoyer les déchets résiduels directement à la décharge, des technologies avancées de conversion couplées à des systèmes avancés de contrôle de la pollution peuvent être employées pour convertir ces matériaux calorifiques en énergie propre.
Les technologies avancées de conversion des déchets en énergie peuvent être utilisées pour produire du biogaz (méthane et dioxyde de carbone), du syngaz (hydrogène et monoxyde de carbone), des biocarburants liquides (éthanol et biodiesel) ou de l’hydrogène pur. Tout comme le pétrole, le charbon et le gaz sont utilisés comme combustibles dans les centrales électriques alimentées par des combustibles fossiles, ces biocarburants alternatifs peuvent également être convertis en électricité.
La conversion des déchets en énergie présente de nombreux avantages, non seulement en réduisant la quantité de déchets envoyés à la décharge, mais aussi en diminuant la quantité d’émissions de gaz à effet de serre et de pollution que nous déversons dans l’atmosphère chaque année, tout en réduisant notre dépendance aux combustibles fossiles non renouvelables.
Cependant, de nombreuses technologies de conversion des déchets en énergie sont conçues pour traiter uniquement un ou quelques types de déchets et peuvent être difficiles à séparer complètement différents types de matériaux de déchets.
Les avancées dans les technologies de conversion non incinérateurs et des méthodes comme la pyrolyse et la gazéification thermique offrent des moyens de générer de l’énergie propre à partir de matériaux résiduels qui évitent de nombreux problèmes de pollution liés à l’incinération et à la combustion conventionnelles.
Aujourd’hui, nous disposons des technologies et des options nécessaires pour séparer les biodéchets qui doivent être recyclés, des déchets qui peuvent être utilisés comme source d’énergie précieuse et future, transformant ainsi les déchets et d’autres combustibles renouvelables en énergie propre.