Défis Industriels et Environnementauxde la filière Biochar au Québec

Colloque organisé par

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Nicolet, 16-17 octobre 2017

«Le biochar: source d’énergie, de matière premièreou de valeur économique ? »

Gérald André, BScA, PhD

VIE~Tech Consultants Inc.

Défis Industriels et Environnementauxde la filière Biochar au Québec

«Le biochar: source d’énergie, de matière premièreou de valeur économique ? »

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Plan de la présentation

• Introduction: Le biochar et sa définition

• Le biochar et son énergie

• Le biochar et les GES

• La dynamique du marché: les plus et les moins

• Conclusions et pistes d’action

Production du biochar: schéma de principe

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Attention: Suivre le chemin du carbone !

pyrolyse

Inspiré du site internet International Biochar Initiative

Production du biochar: Pyrolyse vs Torréfaction

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La torréfaction privilégie la conversion en biochar

Inspiré du site internet International Biochar Initiative

X

Fractionnement de la biomasse par pyrolyse

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Biochar produit : fourchette de 10% à 50 %de la biomasse traitée (base sèche)

D’après la méta-analyse de Brownsort (2009)

Comparaison des rendements: pyrolyse vs torréfaction

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Source: Koppejan et al., IEA Bioenergy Task 32 Report (2012)

La torréfaction privilégie la conversion en biochar(volatilisation d’une fraction de la biomasse)

Bilans de masse et d’énergie: pyrolyse vs torréfaction

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Biomasse à l’entrée Biochar Biohuile Différence

1000 kg 350 kg 400 kg 250 kg

16 à 20 MJ/kg 22 MJ/kg 16 à 20 MJ/kg --

18 GJ 8 GJ 7 GJ 15 – 20 %

PYROLYSE à vitesse intermédiaire - Base = 1 tonne de biomasse sèche

Énergie biochar: 50 % de l’énergie à l’entrée

Attention: chaleur latente d’évaporation de l’eau 2,3 MJ/kgSi 30% d’humidité dans la biomasse de départ 5 % du contenu énergétique

Bilans de masse et d’énergie: pyrolyse vs torréfaction

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TORRÉFACTION - Base = 1 tonne de biomasse sèche

Énergie biochar: 50 % de l’énergie à l’entrée

Biomasse à l’entrée Biochar Biohuile Différence

1000 kg 750 kg 0 kg 250 kg

16 à 20 MJ/kg 22 MJ/kg 16 à 20 MJ/kg --

18 GJ 16,5 GJ 0 GJ 5 – 15 %

X

Émissions de gaz à effet de serre et sources d’énergie

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Impact de la séquestration: de 0 (i.e. pas d’enfouissement )à -1,4 kg éq.CO2 par kg de biomasse

-2,000

-1,000

0,000

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00

Combustibles fossiles & bois dechauffage

Bois & Biomasse (Industriel)

Bio-char

Linéaire (Droite référence)

Émissions GES(kg éq.CO2/kg)

GN

HC

C & C

Légende: GN = Gaz naturel, HC = Hydrocarbures, C&C = Coke et charbon,B(dom) = Bois de chauffage – usage domestique

B(Dom)

combustion

séquestration

PCI (MJ/kg)

Potentiel de séquestration du carbone avec le biochar

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Contexte Canadien (Alberta Innovates – 2016):Biomasses résiduelles = 120 Mt (sèche) = 125 Mt éq. CO2

Source: Lehmann & Joseph (Cornell U.) – Nature Comm. (2010)

Potentiel global selon divers scénarios

➢ Fourchette de 3,5 à 6,5 Gt éq.CO2

= 6 à 12% des émissions annuelles anthropogéniques ( 55 Gt)

➢ Comparateur : Émissions canadiennes (2014) = 732 Mt éq.CO2 /an (*)

(*) Rapport émis par Environnement et Changement Climatique Canada (2014)

Scénario médian = 4,5 Gt éq.CO2

➢ Récupération significative de biomasses résiduelles

(agricoles et forestières )

➢ Mise en culture de 75% de terres marginales

➢ Implantation d’une approche agroforestière appelée «sylvopasture»

Le biochar et ses multiples champs d’application

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Agriculture&

Foresterie

Protection de

l’environnement

Produits à

valeur ajoutée

Bioénergie

BIOCHAR

Amendement des sols

Séquestration du carbone

Rétention des eaux de surface

Contrôle de la migration des polluants

Biocarburants –Biocharbon - Coke

Restauration de sites contaminés

Matériaux:Fibres torréfiées,Noir de carbone, Charbon activé,Nano-matériaux

Le biochar = approche intégrée de valorisation de la biomasse d'origine végétale

dans un contexte d'économie durable.

Comment chiffrer le marché du biochar ?

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Méthodologie Données sur les segments de marché X 10%

Matt Delaney (2015) – White paper pour US Forest Service & État de l’Orégon

2600

60

1100500

800

Potentiels du marché américain en M$ Applications agro & enviro

Agriculture & Régie Bio Aide au compostage

Horticulture Filtration des eaux pluviales

Réhabilitation des sols

= 5 G$

Comment chiffrer le marché du biochar ?

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Croissance annuelle:14 % (ventes) ou 20 % (volumes)

Données publiées par Vega Biofuels (2014)

0

100

200

300

400

500

600

M$ Volume (kt)

Évolution du marché global(selon Transparency Market Research)

2013 2020

Prix unitaire= $ 1,90/kg

(2020)

Facteurs dynamiques de marché

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Facteurs liés aux technologies Facteurs économiquesP

OS

IT

IF

SN

ÉG

AT

IF

S

Accessibilité,fiabilité & versatilité

des plateformes de production

Adoption de standards –Propriétés Biochars

Propriétés –BiohuilesR-D

Connaissances à améliorerPar ex., Interactions

Biomasse ↔ Biochar ↔ Sols

Prix & Disponibilité – Charbon

Taxes –Carbone

Prix –Carburants

Fossiles

Prix & Disponibilité – Biomasse

Impact du coût du carbone sur le potentiel du biochar Base = $ CAD / tonne équiv. C

Light Sweet Crude Oil (CME) Déc 2017 Futures – 14/09/2017 $ 507 /t C

Prix Plancher du Carbone (Canada – 2022) $ 50 /t CO2 = $ 183 /t C

Québec- Août 2017 $ 18,66 /t CO2 = $ 68 /t C

Unités d’émission GES (Système Plafonnement et Échange Western Climate Inititive)

$ 100 /t C $ 200 /t C

Charbon (CME) – Déc 2017 $ 122 /t C

← Fourchette – Biomasse → $ 100 à 200 /t C

Mazout léger (CME) Déc 2017 Futures – 14/09/2017 $ 787 /t C

«Biomass-to- Biochar-to-Soil Scenario» (Cornell Univ., Roberts et al, 2010)

Break-even Point (LATE CORN STOVER)(US$ 40,00/t CO2)

Break-even Point (YARD WASTE)(US$ 2,00/t CO2)

Alberta Carbon Levy $ 30 /t CO2 2017

$ 800 /t C$ 600 /t C

2018

Le seuil de rentabilité = f (source de biomasse & taxe carbone)

«Le biochar: source d’énergie, de matière première

ou de valeur économique ? » Oui, mais …

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✓Moteurs de développement du marché:o Avancement et diffusion des connaissances (R & D)o Taxes sur le carbone fossileo Accès aux sources de biomasse o Approche de développement durable

✓Freins:o Prix abordables des différentes formes d’énergie fossileo Caractérisation des biochars en fonction des applications o Normes et règlementation

MARCHÉS X00 M$(2017)

1 G$(2025)

Croissance = 15 à 20% / an

«Le biochar: source d’énergie, de matière première

ou de valeur économique ? » Oui, mais …

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Éléments d’action

✓Intensifier les efforts de recherche:o Caractérisation et mise en place de standardso Validation des applicationso Mise à l’échelle en usine et sur le terrain

✓Soutenir la mise en place de chaînes logistiques :o Gestion de la biomasse (usines en région)o Transport et distributiono Circuit court et approche intégrée

✓Intégrer le biochar dans l’effort de réduction des GES :o Appui à l’utilisation des crédits carbone

✓Promouvoir les applications et le développement des marchés :o Diffusion des connaissances (applications, études de cas)o Exportations à valeur ajoutée (produits, technologies)

Merci & Questions ???