Contexte
Ce projet concerne l’étude des aspects énergétiques de la carbonisation des matières lignocellulosiques et de la qualité de ses produits en four cornue semi-continu.La question qui se pose à un producteur de charbon de bois aujourd'hui est : "comment produire un charbon de bois de qualité certifiée, à un prix acceptable tout en respectant l'environnement ?" Les éléments de réponse à cette question passent par une maîtrise des paramètres relatifs à la carbonisation (paramètres opérationnels, relatifs à la matière première et au réacteur de carbonisation). Une technologie de carbonisation permet une bonne maîtrise de ces paramètres, tout en étant d'un investissement raisonnable et est caractérisée par un très bon contrôle des émissions gazeuses : le four cornue semi-continu. Le Département a donc décidé de focaliser ses recherches sur cette technologie.
L’optimisation de la carbonisation en four cornue semi-continu nécessite la maîtrise des flux massiques de solides et de gaz et des flux énergétiques gazeux.
Objectifs
Afin d’obtenir cette maîtrise, l’étude menée au Département vise à :- déterminer les bilans et flux massiques de la carbonisation en relation avec la qualité du charbon de bois obtenu, en fonction des paramètres de la carbonisation ;
- prédire les flux énergétiques de la carbonisation en four cornue semi-continu, en fonction des paramètres de la carbonisation ;
- à partir d’une qualité de charbon de bois obtenue, définir les caractéristiques de la matière première qui permettent d’optimiser les flux énergétiques.
Description des tâches
Pour atteindre ces objectifs, le Département mène des expérimentations en four thermobalance. Les facteurs de variation sont :- la nature, l’humidité, la dimension et la forme de la matière première ;
- la température finale et le temps de résidence à température finale ;
- la vitesse de chauffe du réacteur.
L’équipement d’analyse fait appel à la spectrométrie infrarouge, au paramagnétisme, à la conductivité thermique, à l'analyse élémentaire ainsi qu'aux analyses classiques du charbon de bois. L'analyse des résultats fait appel à une méthode statistique originale, permettant de prendre en compte la dynamique de la carbonisation (flux massiques gazeux et liquides, flux énergétiques).
Résultats obtenus
Les essais de carbonisation mettent en évidence l’importance prépondérante de l’humidité du bois sur les flux de masse et d’énergie. Les autres paramètres physiques - masse volumique, dimension, forme – n’interviennent que de manière secondaire. Le taux de chauffe est également un facteur déterminant des flux massiques et énergétiques.Les résultats des essais de carbonisation conduisent à la modélisation phénoménologique des flux de masse et d’énergie de la matière volatile totale produite par la carbonisation du bois en four cornue. Cette modélisation est basée sur l’utilisation de la fonction logistique symétrique. Le modèle de flux de masse est appliqué au four pilote industriel développé au CRA-W. Cette application confirme l’effet prépondérant de l’humidité du bois sur l’économie de la carbonisation.
Contribution
Centre wallon de Recherches agronomiques de Gembloux - Section Biométrie pour l’analyse statistique des résultats, Gestion des Données, Agrométéorologie, Section Systèmes agricoles pour les analyses élémentaires (C, H, O, N)Partenaires
Université Catholique de Louvain - Unité TERM. Faculté Universitaire des Sciences Agronomiques de Gembloux - Unité de Gestion et Economie Forestières, Unité de Chimie Générale et Organique, Unité de Physique.Financement
- CRA-W - Centre wallon de Recherches agronomiques
