LA FORÊT, SOURCE

D’APPROVISIONNEMENT

POUR LA BIOÉNERGIE :

UN DOSSIER BRÛLANT

BIENVENUE

Denis Cormier, ing.f., M.Sc.

FPInnovations - Feric

Creating forest sector solutions

www.fpinnovations.ca

La forêt, source

d’approvisionnement pour la

bioénergie : un dossier

brûlant

Denis Cormier, ing.f. M.Sc.

Québec, février 2009

Des questions brûlantes :

Quantité?

Est-ce suffisant?

Localisation?

Accessibilité?

Appauvrissement des sols?

Caractéristiques?

Méthode de récupération?

Combien ça coûte?

Les réponses????

Perspective

Disponibilité: Adéquation : offre/demande

Sources de biomasse d’origine forestière

Facteurs affectant la quantité disponible

Systèmes de récupération

Considérations: Financières

Qualité

Outils d’analyse (modèle BiOS)

Défis et opportunités

PerspectiveNouvel engouement mais présence endémique

• Utilisation traditionnelle des résidus d’usine et de la liqueur noire

• Infrastructure de la chaîne d’approvisionnement simple des usines de sciages vers la cogénération

• La biomasse forestière générée par les opérations actuelles est utilisée dans des chaudières

PerspectiveL’industrie forestière leader en bioénergie

0%

20%

40%

60%

80%

1990 2007

Biomasse

Électricité

Fossiles

Autres

Pourcentage de l’énergie tiré de la biomasse – Membres de l’APFC (usines de pâtes et papiers) Réalisations des membres de l’AP FC

Source : Rapport de surveillance de la consommation d’énergie de l’APFC, 1990 – 2007.

Disponibilité Adéquation : offre/demande

Produits conjoints du sciage

− Sciures = aucune disponibilité

− Rabotures = aucune disponibilité

− Écorces = aucune disponibilité

•Estimation de la disponibilité de la biomasse forestière 2007-2008

•François Fortin, MRNF, Développement de l'industrie des produits forestiers

Sources traditionnelles de biomasse

Disponibilité Adéquation : offre/demande

•Estimation de la disponibilité de la biomasse forestière 2007-2008

•François Fortin, MRNF, Développement de l'industrie des produits forestiers

Disponibilité potentielle en forêt (‘000 tma)

Publique Privée Total

Troncs 1 576 1 970 3 546

Cimes et branches

2 107 796 2 903

Total 3 683 2 766 6 449

Disponibilité Adéquation : offre/demande

6,4 M tma / an

2500 à 3000 MW

(25 M MWh)

1000 à 1200 MW

(10 M MWh)

Éthanol

1,8 MM Litres

Disponibilité Adéquation : offre/demande

2500 à 3000 MW

(25 M MWh)Plus d’un million de foyers

Disponibilité Adéquation : offre/demande

Sources : Ministère des Ressources naturelles et de la Faune du Québec,Hydro-Québec et Statistique Canada

La puissance électrique disponible

par source d'énergie au 31 décembre 2007

Remplacement des énergies non-renouvelables

• Besoins = 2866 MW

• Potentiel = 1000 à 1200 MW

Disponibilité Adéquation : offre/demande

Consommation totale d'énergie en 2006

• 17,3 milliards de litres de produits pétroliers

• Potentiel d’éthanol = 1,8 milliards de litres

• Un peu plus de 10%

http://www.mrnfp.gouv.qc.ca/energie/statistiques/statistiques-consommation-energie.jsp

Disponibilité: Sources de biomasse d’origine forestière

Résidus de coupe*

Résiduels non-marchands*

Résidus de triage

Traitements précommerciaux

Souches

Plantations d’énergie

Peuplements non-commerciaux

Brûlis et épidémies

*utilisés dans les estimations de Fortin (2008)

Disponibilité: Sources de biomasse d’origine forestière

Disponibilité potentielle de biomasse après la récolte de bois marchands:

Biomasse du peuplement =

Bois marchands +

Résidus de récolte +

Arbres résiduels

Disponibilité: Facteurs affectant la quantité disponible

Disponibilité potentielle

Disponibilité

technique

Biomasse totale

Disponibilité

économique ?

Disponibilité potentielle / technique / économique

Disponibilité: Facteurs affectant la quantité disponible

Potentiel Niveau d’utilisation (composition des peuplements,

essences récoltées, diamètre d’écimage, tiges non marchandes, saison et fraicheur)

Particularités des essences

Technique Niveau d’intégration avec la récolte

Système de récolte utilisé (bord de route, à la souche)

Équipement de récupération (ex. déchiqueteuse, broyeuse)

Coûts Limites techniques affectant les coûts (accès, conditions

de terrain, distance, saison, etc.)

Prix plafond fixé par le client ou l’entrepreneur

Disponibilité potentielle: Niveau d’utilisation de la récolte

Varie avec les conditions de marché (principalement pour les produits de faible valeur)

Plus grand diamètre d’écimage

Arbres résiduels >

objectifs de rétention

Single tree biomass: Black Spruce vs. Jack Pine (DBH: 26 cm, Ht: 18 m)

Ontario FRI: Sb90 Pj10 vs. Pj90 Sb10 (Site Class 2, 90% stocking, 100 yr)

Épinette noire:

17.5 ODT/ha*

Pin gris:

7.7 ODT/ha*

Volume disponible selon le modèle BiOS de Feric

•Aiguilles

•13%•Branches

•6%

•Écorce

•8%

•Tige

•73%

•Dry Wt: 276 kg•Écorce

•6%

•Aiguilles

•6%•Branches

•4%

•Tige

•84%

•Dry Wt: 231 kg

Disponibilité potentielle: Particularités des essences

Disponibilité technique: Système de récolte

Résidus d’ébranchage:

Bord de route (ébrancheuse à flèche

ou déchiquetage)

À la souche

Impact sur la localisation, le type et le niveau de concentration

Opérations intégrées?

Disponibilité technique: Exemple: épinette noire (arbres entiers)

Disponibilité potentielle

50,5 tma/ha

Bord de route

32,6 tma/ha

Arbres résiduels

2,5 tma/ha

Parterre

15,5 tma/ha

Biomasse récupérée

25,2 tma/ha

Disponibilité technique: Exemple: mélangé (faible utilisation)

Disponibilité potentielle

131,0 ODt/ha

Bord de route

40,5 tma/ha

Arbres résiduels

47,8 tma/ha

Parterre

42,7 tma/ha

Biomasse récupérée

31,9 tma/ha

Disponibilité technique: Exemple: mélangé (bois tronçonnés)

Disponibilité potentielle

55,8 tma/ha

Parterre de coupe

31,8 tma/haBiomasse récupérée

24,0 tma/ha

Systèmes de récupération

Systèmes de récupération de biomasse

Adaptés à la source de biomasse

Adaptés au procédé de conversion

Choix de l’équipement approprié

Logistique de transport

Systèmes de récupération À la souche

Récolte par bois tronçonnés: récupération de résidus sur l’ensemble de l’aire de coupe

Nécessite un

assemblage et un

débardage des résidus

Importance d’un niveau

minimum d’intégration

avec la récolte

Systèmes développés dans les pays nordiques à adapter aux conditions locales

Systèmes de récupération À la souche

Changement à la méthode de récolte pour laisser les

résidus sur le côté plutôt que dans les sentiers

Défis pour la protection de la régénération

Potentiel plus élevé de dommages et perturbations -

entrée supplémentaire

Systèmes de récupération À la souche

• Même équipement de débardage Les paniers peuvent être

modifiés pour augmenter la charge et faciliter la manutention des résidus

Systèmes de récupération À la souche

Continue Discontinue

Compacteur – Conteneur

•Technologie de compaction

Systèmes de récupération Bord de route

Arbres entiers:

• récupération des résidus à la jetée en bordure de route

• pré-empilage et broyage

Ébrancheuse à flèche Ébranchage-Écorçage-

Déchiquetage

Systèmes de récupération Bord de route

À portée de main?

• Déjà en bordure de route

• Encore traité comme un résidus

• Dépenses pour s’en débarrasser

• Localisation et condition de la route

• Niveau de contamination et d’humidité

Systèmes de récupération Bord de route

Opération de pré-empilage

• Facilite le séchage

• Améliore la productivité du broyage

• Essentiel à une opération de récupération efficace

• Financièrement avantageuse

Systèmes de récupération Choix de l’équipement

Équipement disponible dans une variété de tailles et de couleurs

Systèmes de récupération Choix de l’équipement

Plus

sensible

Moins

sensible

Contaminants

Plus

uniforme

Moins

uniforme

Grosseur du

matériel

Déchiqueteuse

à tambour

Déchiquteuse à disque

Broyeuse

horizontale

Déchiqueteur

lent

Systèmes de récupérationLogistique de transport

Chargement direct

Difficile de bien gérer le

transport

Pertes de temps du

broyeur

Chargement différé

Productivité du transport et

du broyage améliorée

Ajout d’une machine

supplémentaire pour le

chargement

Contamination et pertes

Considérations financières:Coûts d’approvisionnement et compétitivité

Dans la majorité des procédés, le coût d’approvisionnement sera la composante la plus importante de la structure de coûts d’un produit d’origine forestière.

Considérations financières:Coûts d’approvisionnement (arbres entiers)

$9.00

$26.59

$12.35

$2.76

$0.00

$10.00

$20.00

$30.00

$40.00

$50.00

$60.00

$/ODt

Pré-empilageBroyage

Transport:

- 120 km (aller),

remorque à

plancher mobile Autres:

- routes, supervision, frais

généraux, entretien,

règlements, droits

*Estimés tirés du modèle BiOS

Considérations financières:Coûts d’approvisionnement (transport)

La base du problème:

Transport d’un produit de faible valeur, avec une faible densité en vrac, une pourcentage d’humidité élevé sur de longues distances

Importance d’optimiser la charge utile

Considérations financières:Coûts d’approvisionnement (transport)

Il pourrait être avantageux financièrement de convertir les matériaux directement en forêt pour les transport dans un format plus dense

ex.: pyrolyse mobile

Advanced Biorefinery Inc.

Considérations financières:Coûts élevés de transformation (broyage)

Coûts élevés d’investissement:

Déchiqueteuse: $400 000 à $500 000;

Broyeuse avec chargeuse indépendante: $500 000 à $850 000

Sensible à la contamination, à la planification du camionnage et au niveau de concentration des résidus

Faible taux d’utilisation, consommation élevée de carburant

Pas conçu pour travailler en bordure de route

La récolte affecte les coûts et la qualité des opérations de récupération des résidus

Disposition des résidus, contaminants, cédule d’opération,

conception et entretien des routes, etc.

OP

Considérations financières:Intégration aux opérations forestières

Considérations de qualitéLe taux d’humidité

Pour la combustion et la plupart des procédés thermochimiques, le taux d’humidité est une considération majeure.

Effet direct sur

l’efficacité énergétique

Firing Efficiency - Gas @ 300 F

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80

Moisture Content (%)

Eff

icie

nc

y (

%)

Summer

Winter

Considérations de qualitéLe taux d’humidité

Taux d’humidité en forêt (30 to 65%) Une période de repos (prorogation) ainsi que de meilleures

techniques d’empilement et d’entreposage peuvent réduire le taux d’humidité de façon importante mais pas suffisamment pour certains procédés

From Nurmi 2005

Considérations de qualitéLe taux d’humidité (transport)

Limite totale en charge = 57,5 tonnes

Volume maximum = 113 m3

Taux de foisonnement = 37%

Paiement selon le poids transporté

Considérations de qualitéLe taux d’humidité (transport – charge de bois)

Bop

Air

Eau

Bois

55% 35%

56% 52%

17% 11%

27% 37%

Charge 16,3 tonnes 22,6 tonnes

Considérations de qualitéLe taux d’humidité (transport – charge énergétique)

Bop 55% 35%

20%Énergie totale 57 MWh 95 MWh

Pouvoir

calorifique12,6 GJ/tonne 15,1 GJ/tonne

Considérations de qualitéLe taux d’humidité (Coût de transport)

Bop 55% 35%

Coût de l’énergie 9,50 $/MWh 5,50 $/MWh

* 15 $/tonne verte

Donc 4 $/MWh

de plus

pour l’eau

Considérations de qualitéNiveau d’homogénéité

Sensibilité de certains procédés de conversion à l’hétérogénéité du matériel:

Contaminants, écorces, aiguilles and brindilles, etc.

Est-ce que le procédé se limite au bois blanc, nécessite des essences particulières ou est limité par la taille des particules?

Le procédé complet peut être plus restrictif que certaines de ses constituantes (bioraffinage limité par le procédé de mise en pâte)

Développer des méthodes de triage, tamisage et séparation

Outils d’analyse (modèle BiOS)

•BiOS V.1: a Biomass

Opportunity Supply model

for Ontario

Outils d’analyse (modèle BiOS)Structure de BiOS

•Attributs de

peuplement

Scénarios de récupération

Scénarios de récolte

•Module de coûtsModule

d’approvisionnement

•Résultats

•Incitatifs et coûts connexes

Outils d’analyse (modèle BiOS)Approvisionnement (flux de disponibilité)

Marchand (récolte) Disponibilité potentielle

Biomasse totale

Bord de route Arbres résiduels À la souche

Rétention sylvicole ou écologique

Disponibilité technique

Biomasse récupérable

Outils d’analyse (modèle BiOS)Résultats

Outils d’analyse (modèle BiOS)Intégration de BiOS à Interface Map

Outils d’analyse (modèle BiOS)Plateforme GIS pour BiOS

• Approvisionnement et coûts basés sur les plans d’aménagement

• Impacts de la sélection de sites ou de modifications à la planification

• Choix d’un scénario pour balancer le panier de produits

• Localisation de la récupération basée sur la distance de transport et sur l’approvisionnement nécessaire

Défis à l’utilisation de la biomasse forestière

Origine

Politiques

Financiers

Technologiques

Logistiques

Transport

Précision de l’approvisionnement

Fertilité et rendements

Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Origine

• Complexité logistique: Lieux d’approvisionnement de diverses tailles

Nombreux fournisseurs pouvant être différents de l’approvisionnement traditionnel

• Liée au rythme et à la dispersion des aires de coupe

• Augmente les effets induits par la variabilité saisonnière sur le taux d’humidité et les volumes disponibles

• Règlementation plus importante

Défis à l’utilisation de la biomasse forestièrePolitiques

• Politiques et incitatifs clairs?

Accès, droits et redevances

• Urgent besoin d’un guide de saines pratiques

Défis à l’utilisation de la biomasse forestièreFinanciers

• État de l’industrie et disponibilité de capitaux

• Faible valeur des résidus forestiers

Faible densité apparente

Haut taux d’humidité

Coût d’approvisionnement élevé

• Investissements importants pour un entrepreneur

Un contrat de 50 000 tma demande un investissement de plus

de 2 millions $ en capitaux et un autre 2 millions en frais

d’opération

Rétention ou création de 11 à 12 emplois

Défis à l’utilisation de la biomasse forestièreTechnologiques

• Arbres entiers Moins coûteux

Systèmes de récupération efficace à développer

• Bois tronçonnés Bien développés en Europe

Manque d’équipement et d’expertise au Canada

• Choix de l’équipement basé sur les besoins du client

• Manque de méthodes éprouvées de tamisage et séparation pour l’homogénéisation du matériel

• Technologies de conversion en développement

Défis à l’utilisation de la biomasse forestièreTransport

• La distance et la dispersion affectent grandement les coûts

Difficulté à atteindre la charge maximale permise

sauf pour des débris humides

Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Précision de l’approvisionnement

• Beaucoup de biomasse mais nécessité d’établir des valeurs réalistes basées sur des contraintes biologiques, opérationnelles et techniques

• Validation des modèles

• Aucune données de disponible au niveau de la précision des estimés

Défis à l’utilisation de la biomasse forestièreFertilité et rendements

• Établissement de niveaux de récupération soutenables

• Surtout pour l’ébranchage à la souche, les plantations de bois d’énergie et les jeunes peuplements

• Impossible de tout récolté

• Prescriptions et niveaux de récupération spécifiques au site

• Comme les volumes requis ne sont pas encore importants, faire preuve de prudence

Sommaire et opportunités

Les opportunités reliées aux bioproduits révolutionneront notre façon de voir et de gérer la forêt

Un nouveau réseau de produit provenant des opérations forestières • Redistribution des coûts fixes sur l’ensemble des produits

• Diminution des coûts pour les produits traditionnels

Possibilité d’envisager la récolte de peuplements normalement laissés sur pied• Potentiel d’améliorer l’accès à plus de volumes de bois

marchands

Améliorations sylvicoles pouvant conduire à une forêt de plus grande valeur

Sommaire et opportunités

La récupération de biomasse soutiendra ou créera des emplois dans le milieu forestier

Base de nouveaux procédés industriels, d’une nouvelle industrie et une source d’opportunités pour une gamme de fournisseurs et de manufacturiers d’équipement

Un regard vers le futurUn plus grand besoin de la biomasse forestière

Copeaux

Produits chimiques

Résidus d’usine

Pâte

Émissions

Résidus solides

Effluents

Résidus forestiersCarburants

Produits chimiques

Énergie

D’une usine de pâte à une

bioraffinerie forestière (Division Paprican)

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Questions?