Influence of biomass properties on technical and environmental performance of a multi-fuel boiler during on-farm combustion of energy crops

Fournel, S., Palacios, J.H., Morissette, R., Villeneuve, J., Godbout, S., Heitz, M., et Savoie, P. (2015). « Influence of biomass properties on technical and environmental performance of a multi-fuel boiler during on-farm combustion of energy crops », Applied Energy, 141, p. 247-259. doi : 10.1016/j.apenergy.2014.12.022  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Une meilleure connaissance de la combustion des cultures est nécessaire pour répondre à l’intérêt croissant suscité par l’utilisation de la biomasse issue des exploitations aux fins de production d’énergie. Actuellement, l’incertitude concernant la qualité du combustible et les émissions liées à sa combustion entrave le développement durable de l’industrie de la biomasse agricole. Le but de notre étude était d’évaluer l’influence des propriétés physicochimiques de la biomasse sur les gaz, nommément le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), l’oxyde nitreux (N2O), le monoxyde d’azote (NO), le dioxyde d’azote (NO2), l’ammoniac (NH3), le dioxyde de soufre (SO2) et le chlorure d’hydrogène (HCl), ainsi que les émissions de particules durant la combustion, à l’exploitation, du bois et de quatre cultures énergétiques dédiées : saule à courte rotation, miscanthus commun, panic érigé et alpiste roseau. Différentes formes (granules, copeaux et graminées hachées) et saisons de récolte (automne et printemps) ont été étudiées. L’efficacité thermique de la chaudière de 29 kW (63 à 75 %) variait selon la charge énergétique, l’excès d’air et le contenu en cendres du carburant. Le bois a émis moins de CO (57 à 94 %), de NOx (64 à 74 %), de SO2 (0 à 93 %) et de matière particulaire (49 à 82 %) durant la combustion que les quatre autres biocarburants solides. Les émissions plus importantes de ces derniers biocarburants sont causées par leur contenu plus élevé en nutriments. Les produits granulés produisent habituellement moins de CO (27 à 86 %), de CH4 (15 à 98 %) et de matière particulaire (28 à 50 %) que les matières non compressées. Il s’est avéré très difficile d’établir un processus de combustion constant des biocarburants en copeaux à cause de leurs particules hétérogènes et de leur faible densité. Nos travaux ont de plus révélé que le fait d’attendre au printemps plutôt que de procéder à la récolte durant l’automne réduisait les émissions de NOx (0 à 11 %), de SO2 (11 à 54 %) et de matière particulaire (0 à 37 %). C’est probablement le lessivage, qui a réduit la quantité de plusieurs éléments chimiques de la biomasse de 20 à 60 %, qui explique cette situation. Les granules de bois, de saule, de panic érigé récolté à l’automne et au printemps et de miscanthus, ainsi que les copeaux de saule semblaient convenir à la combustion dans des unités de combustion à petite échelle appropriées, selon l’évaluation des indices du carburant.

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