Transformation de résidus riches en biomasse en carburants de substitution

Promoteur principal : Enerkem Inc.
Lieu : Montréal (Québec)
Contribution du écoEIN : 729,000 $
Total du projet : 1 460 000 $

Contexte du projet

Le Canada produit chaque année quelque 34 millions de tonnes de déchets d’origine biologique dont une grande partie est déversée dans des sites d’enfouissement.  Cependant, ces déchets représentent une source de carbone qui peut être utilisé pour la production de biocarburants et de produits chimiques renouvelables.  Enerkem est une entreprise établie à Montréal qui a mis au point une technologie exclusive de gazéification qui peut convertir des résidus de biomasse de faible valeur en gaz de synthèse ultrapur, appelé « gaz biomassique de synthèse ». Ce gaz peut être transformé par la suite en biocarburants liquides, qui sont chimiquement identiques aux carburants hydrocarbonés et donc appelés carburants « de substitution ». La composition chimique de ces carburants de substitution est semblable à celle de l’essence, du diesel ou du carburant d’avion et, par conséquent, ils sont considérés comme des carburants pleinement compatibles avec l’ infrastructure existante (prêts à être versés dans l’infrastructure existante).

À cette fin, Enerkem a proposé le projet « Transformation de résidus riches en biomasse en carburants de substitution » aux fins de financement par l’Initiative écoÉNERGIE sur l’innovation. L’Initiative écoÉNERGIE sur l’innovation a attribué une somme de 729 K$ au projet afin de mettre au point des processus catalytiques permettant de transformer le gaz de synthèse obtenu par la gazéification thermique des déchets solides municipaux (DSM)  non recyclables en « carburants de substitution » renouvelables. L’utilisation de déchets solides municipaux comme matières premières offre des avantages supplémentaires en réduisant la quantité de déchets déversés dans les sites d’enfouissements et les émissions émises par ces sites.

Résultats

Le diméthyléther (DME) est l’éther aliphatique le plus simple.  Le gaz de synthèse obtenu par la gazéification des déchets peut être converti en diméthyléther (DME) selon une de ces deux approches : 1) la synthèse du méthanol et la  réaction de  déshydratation sont produites simultanément dans le même réacteur en utilisant un catalyseur bi-fonctionnel pour produire du DME en une passe; et 2) le gaz de synthèse est converti en méthanol lequel est converti en diméthyléther dans un réacteur de déshydratation de méthanol en utilisant un catalyseur de déshydratation. Les travaux expérimentaux exécutés en utilisant ces deux approches ont produit des résultats comparables, soit jusqu’à 307 kg de DME par tonne métrique absolument sèche (TMAS) de biomasse.  Ces résultats sont compatibles avec les données secondaires recensées dans l’analyse documentaire.

Des essais au banc ont été effectués afin de convertir le DME en oléfines (principalement du propylène, avec un peu d’éthylène et du butène).  La conversion a été réalisée en utilisant de la zéolite ZSM-5 comme catalyseur actif. La zéolite  ZSM-5 a été préparée à l’interne sous forme de granulés « extrudés ». Une étude paramétrique a été réalisée afin de déterminer les conditions  d’exploitation et la composition de la charge d’alimentation optimales. Les résultats ont révélé qu’une température élevée et une faible vitesse spatiale horaire en poids (VSHP) avaient un effet plus prononcé sur la sélectivité des oléfines.  En outre, la faible concentration de méthanol et la teneur élevée en eau dans la charge d’alimentation  augmentaient la sélectivité des oléfines.  Le rendement ainsi obtenu était de 0,36 g de propylène/g de méthanol (MeOH), ce qui est comparable aux rendements rapportés par d’autres entreprises qui travaillent sur la synthèse du propylène à partir du méthanol en utilisant le DME comme intermédiaire. Il a été établi que la méthode de synthèse du propylène mise au point par Enerkem était efficace.

La prochaine étape consistait à exécuter des essais au banc sur l’oligomérisation des oléfines.  Les résultats ont révélé que l’oligomérisation des oléfines convient le mieux pour la production d’essence.  Le rendement maximal en essence obtenu était de 99 g d’essence/g d’oléfines.  La composition de l’essence est tout à fait semblable à celle de l’essence commercialisée et a un indice d’octane moteur (IOM) de 80 sans remonteurs d’octane. On a également produit du diesel par oligomérisation des oléfines.  Cependant, la désactivation catalytique s’est produite très rapidement et, par conséquent, l’utilisation d’un réacteur en lit fixe ne conviendrait pas pour une application dans une usine commerciale.  Enfin, on a produit du carburant pour avion par oligomérisation du propylène, suivie de la distillation à 80°C et de l’hydrogénation.  Le rendement le plus élevé obtenu a été de 0,42 g de carburant d’avion/g d’oléfines.  La composition du carburant d’avion produit est la même que celle du JP-4.

Avantages pour le Canada

La production réussie de carburants de substitution à partir de résidus riches en biomasse  fera croître le secteur des biocarburants et des bioproduits au Canada en y introduisant de nouveaux  carburants carbonés biogéniques. L’utilisation de DSM comme matière première pour la production de carburant de substitution détourne les déchets des sites d’enfouissement et réduit les émissions de gaz à effet de serre (GES) liées aux activités d’enfouissement.

Prochaines étapes

Actuellement (2016), la conjoncture économique n’est pas favorable à l’établissement d’une usine intégrée qui transforme les DSM en carburants de substitution à des capacités réalistes, comparables à la quantité de DSM disponible.  Cependant, une approche « en étoile »dans laquelle le méthanol est produit à partir des DSM dans des usines satellites et transporté vers des centres pour y être transformé en carburants mérite toute notre attention. D’autres activités de R, D et D doivent être réalisées afin de hisser la technologie dans la chaîne de l’innovation – réduction des coûts, analyse de la valeur et évaluation du marché.

S'il vous plaît communiquer avec le programme écoÉNERGIE pour obtenir une copie de Lignol Innovations Rapport d'achèvement.