Conversion thermochimique de la biomasse : les cendres en ont long à dire

Auteure Maude Tessier-Parenteau, ing., chercheuse chez Innofibre

La conversion thermochimique de la biomasse constitue un des axes importants de recherche chez Innofibre. On y retrouve plusieurs équipements qui sont utilisés dans le cadre de projets de recherche dans le domaine de la combustion, de la pyrolyse et prochainement, de la gazéification. Dans un objectif de décarbonation de divers secteurs industriels, l’équipe d’Innofibre étudie le potentiel de substitution du charbon fossile par de la biomasse renouvelable, et ce, pour plusieurs champs d’applications.

Qui dit conversion thermochimique, dit cendres!

En effet, les cendres correspondent au résidu inorganique d’un combustible, autrement dit, la partie minérale incombustible d’une matière. La composition chimique et la teneur en cendres d’un biocombustible varient considérablement selon le type de biomasse. Par exemple, le bois sans écorce contient habituellement moins de 1 % de cendres, tandis que l’écorce peut en contenir jusqu’à 3 fois plus. Les résidus agricoles peuvent présenter une teneur en cendres de plus de 5 %. La teneur en métaux lourds, les taux de chlore, d’azote et de soufre dans les cendres sont autant de données à connaître, car l’impact sur l’application finale est crucial. Certaines composantes favorisent l’encrassement des équipements de conversion thermochimique. Par exemple, certaines cendres ont tendance à fondre à des températures plus basses, puis en refroidissant, entraînent la formation de mâchefer ou scories, un résidu solide dur qui recouvre les surfaces d’échange thermique des appareils, réduisant drastiquement leurs performances.

Innofibre s’est doté d’un analyseur de fusibilité des cendres.

Outre l’analyse de la composition chimique des cendres, cet appareil peut, par exemple, s’avérer très pertinent pour connaître le comportement physique des cendres provenant de différents endroits d’un circuit d’une chaudière à biomasse, d’équipements de pyrolyse ou de gazéification. Cet analyseur permet de comparer la tendance des cendres issues de différents types et qualités de biocombustibles solides à produire des dépôts fondus ou à provoquer des résidus collants causant des agglomérations néfastes au bon fonctionnement des équipements de conversion thermochimique.

Il est important de comprendre que les cendres, qui sont composées d’un mélange de plusieurs minéraux, ne possèdent pas un point de fusion fixe, mais bien une plage de température de fusion. L’appareil d’analyse de fusibilité des cendres permet de déterminer des températures caractéristiques lors de la fusion des cendres produites par de la biomasse ou autres combustibles solides selon les normes ISO 21404:2020 (biocombustibles solides), CEN 15404 (Solid recovered fuels), ASTM D1857 (charbon et coke), ainsi que d’autres normes similaires.

Le principe est d’observer le comportement des échantillons de cendres préalablement comprimées sous forme de cylindre ou de cône, soumis à une vitesse constante d’élévation en température jusqu’à 1 500 °C, dans une atmosphère contrôlée (air, azote, dioxyde de carbone, monoxyde de carbone ou hydrogène). Une caméra multispectrale permet de diffuser et d’enregistrer en temps réel jusqu’à 10 échantillons analysés simultanément sur un carrousel tournant. Les mesures de la déformation des échantillons tout au long de l’analyse permettent de déterminer les températures de déformation hémisphérique de fusion et de fluidité.

L’acquisition de l’analyseur de fusibilité des cendres chez Innofibre fait partie du projet d’infrastructure commune de recherche dans les domaines de l’hydrogène vert et des bioénergies, dans le cadre du programme d’acquisition d’équipement pour la transition énergétique. Il s’agit de la mission de l’Escouade Énergie, un regroupement de 14 centres collégiaux de transfert technologique (CCTT), dont Innofibre est fier d’être membre.