Fonds Canada-Israël pour les sciences et technologies de l’énergie

Promoteur principal : Fondation Canada-Israël pour la recherche et le développement industriels
Lieu : Ontario
Contribution de l’Initiative : 5 000 000 $
Total du projet : 11 718 000 $

Contexte du projet

Le 29 octobre 2012, Joe Oliver, ministère des Ressources naturelles du Canada et Uzi Landau, ministre de l’Énergie et des Ressources en eau d’Israël ont annoncé la création du Fonds Canada-Israël pour les sciences et technologies (Fonds CISTE). Le Fonds était prévu pour faciliter le développement et la commercialisation bilatéraux de technologies et de processus énergétiques innovateurs en mettant un fort accent sur la promotion d’innovations permettant de réduire les effets sur l’environnement associés aux activités d’exploration, d’extraction, de traitement et de production du pétrole et du gaz non classiques. Le gouvernement s’est engagé à verser jusqu’à 5 M$ sur quatre ans (2013-2016) au Fonds CISTE. L’Israel Innovation Authority (anciennement l’Office of the Chief Scientist du ministre de l’Économie d’Israël) allait verser une somme correspondante, au cas par cas. La Fondation Canada-Israël pour la recherche et le développement industriels (FCIRDI) a été retenue pour gérer et mettre en œuvre le fonds.

Résultats

Aux débuts de l’initiative, l’industrie du pétrole et du gaz non classiques du Canada était largement inconnue au sein de la communauté scientifique et technologique d’Israël. Afin de créer des partenariats bilatéraux et de faciliter les demandes de projet au Fonds CISTE, la FCIRDI a sollicité l’aide du Signals Intelligence Group of Israel pour créer une carte des capacités technologiques d’Israël et lancer un portail des connaissances, « Israeli Innovation for Canada’s Oil Sands » (innovation israélienne pour les sables bitumineux au Canada). Mis ensemble, la carte et le portail offraient un survol complet des capacités technologiques d’Israël et ils ont aidé les entreprises au Canada à relever des synergies technologiques stratégiques et des partenaires israéliens aux fins de projets de recherche et développement (R-D).

Deux appels de propositions ont donné lieu à sept projets de collaboration technologique entre des entreprises canadiennes et israéliennes. Le gouvernement du Canada a versé 4 757 M$ par l’entremise de l’Initiative écoÉNERGIE sur l’innovation au soutien des projets. Les projets sont présentés ci-dessous.

Évaporateurs améliorés de l’eau issus du traitement des sables bitumineux : de nouvelles solutions pour l’eau issue de l’industrie des sables bitumineux

Le processus employé pour extraire le pétrole brut et le bitume des sables bitumineux à l’aide d’eau est coûteux et complexe. Les évaporateurs par compression mécanique de la vapeur sont un élément essentiel de ce processus. Ces évaporateurs comportent un réseau complexe de tuyaux traitant le pétrole brut et les boues. Ils nécessitent un nettoyage fréquent à l’aide de produits chimiques et consomment des centaines de milliers de gallons d’eau qui ne peuvent être ni recyclés ni réutilisés. Les usines doivent donc se fermer pendant des jours, empêchant ainsi la production de pétrole. Le Fonds CISTE a soutenu l’élaboration d’un système à l’échelle du banc d’essai mettant ensemble la conception de l’évaporateur horizontal unique de l’entreprise Israeli IDE Technologies et l’expertise en produits chimiques de l’entreprise Clean Harbors Canada. Il était possible de nettoyer le nouveau système dans un délai de 24 heures (plutôt que d’une semaine, ce qui était la norme) et ainsi, réduire la consommation d’eau de 97 % et en fin de compte, réduire le temps d’arrêt de l’évaporateur.

Eau traitée – dessalement et réutilisation améliorée de l’eau sursalée pour la réutilisation sécuritaire et efficiente de l’eau dans la production pétrolière et gazière non classique

Dans le processus de fracturation hydraulique, de l’eau sous haute pression ainsi que des produits chimiques sont employés pour fracturer le schiste et libérer le pétrole et le gaz de schiste. Étant donné que le marché de la fracturation hydraulique représentait une valeur de 37 G$ en 2012, ce processus est de plus en plus courant dans le monde entier, malgré les nombreux défis que pose la disposition de l’eau très salée. Afin de relever certains des principaux défis associés aux méthodes classiques de fracturation hydraulique, l’entreprise israélienne RWL Water et l’entreprise canadienne KmX Corporation ont collaboré sur l’élaboration d’un système innovateur de traitement et de dessalement de l’eau. La technologie de distillation membranaire sous vide (DMV) de KmX emploie l’évaporation à faible température (60 à 70 °C) de pair avec une membrane sélective « hydrophobe » pour retirer l’eau de solutions concentrées de saumure. Pendant cinq mois, une unité d’essai a traité l’eau de reflux du traitement par fracturation contenant des matières organiques (1 à 2 %) et du sel (15 à 20 %). Au total, 8 000 litres (20 lots) d’eau ont été traités. Le taux de récupération d’eau en moyenne était supérieur à 60 % à une concentration de saumure de 45 à 60 % (bien au-delà du point de saturation).

Évaluation de schistes bitumineux d’Israël et du Canada : profiter de la valeur des schistes bitumineux de manière responsable au Canada et en Israël

L’Israël et le Canada renferment de vastes gisements de schiste, mais les connaissances sont limitées quant à savoir lesquels conviennent le plus à la récupération. L’entreprise canadienne FG & Partners et l’entreprise Israel Energy Initiatives Ltd. ont collaboré sur la création d’un nouvel outil qui évalue le potentiel de récupération de pétrole et de gaz de schiste de la roche mère dans des gisements au Canada et en Israël et qui fait une estimation de la valeur des ressources non classiques que cela représente. Une étude sur le terrain a été menée pour faire la collecte d’échantillons de gisements de schiste bitumineux partout au Canada. Tous les échantillons ont fait l’objet d’analyses afin de découvrir le potentiel en hydrocarbures. Des échantillons de gisements en Israël ont également fait l’objet de collecte et d’analyse.

Intégration de la conversion Fischer-Tropsch à base de fer dans une usine de valorisation du bitume : accroître la productivité et la rentabilité d’usines de valorisation des sables bitumineux

Les sables bitumineux sont un mélange d’origine naturelle de sable, d’argile ou d’autres minéraux, d’eau et de bitume. Pour transformer le bitume en pétrole, il faut d’abord le séparer de l’eau et du sable. Ensuite, il est valorisé et raffiné afin de produire des carburants de transport, des charges d’alimentation et d’autres produits. Les asphaltènes sont un sous-produit du processus de valorisation du bitume. Ils sont extrêmement lourds et denses. Normalement, on en dispose dans des décharges, mais ils peuvent également servir comme matière première aux fins de la gazéification pour être convertis en gaz de synthèse, notamment dans des installations de Nexen à Long Lake.

Le processus Fischer-Tropsch est connu pour la conversion du gaz de synthèse en hydrocarbures liquides. Ces hydrocarbures peuvent être transformés en divers produits commerciaux, notamment des cires, des composés chimiques, de l’essence, du pétrole brut et du diesel. L’entreprise canadienne Nexen Energy et l’entreprise israélienne Merchav Engineering ont réalisé une étude pour déterminer la possibilité de l’application du processus Fischer-Tropsch dans une usine de valorisation du bitume en faisant enquête individuellement sur chacune des parties du processus. D’abord, un catalyseur convenable pour la conversion de gaz de synthèse riche en monoxyde de carbone (CO) a été déterminé. Le catalyseur élaboré à la Ben-Gurion University a atteint toutes les cibles de rendement en fonction de l’activité à faire et de la stabilité nécessaire et présente une bonne sélectivité de produit lourd. De plus, l’Université de l’Alberta (un partenaire du projet) a fait des expériences démontrant qu’il était possible d’augmenter la quantité produite d’hydrocarbures liquides du processus Fischer-Tropsch au moyen du procédé d’oligomérisation pour convertir les oléfines dans le gaz résiduaire issu du processus Fischer-Tropsch en liquides. Il a également été déterminé que des technologies de purification du gaz commercial pourraient servir à retirer les impuretés du gaz de synthèse et qu’une fois intégré aux usines de valorisation, le rendement liquide serait accru. Globalement, l’étude a confirmé la possibilité d’appliquer la technologie du processus Fisher-Tropsch dans une usine de valorisation du bitume pour produire des hydrocarbures liquides à partir de gaz de synthèse riche en CO.   Un organigramme préliminaire d’une conception modulaire du processus Fisher-Tropsch a été créé.

Analyseur en ligne de la qualité de l’eau d’alimentation de chaudière

La production in situ, communément appelée la récupération assistée du pétrole lourd par procédés thermiques, se situe dorénavant à 1,2 million de barils de pétrole par jour au Canada. Il faut une grande quantité d’eau pour la production de vapeur – environ 4,8 millions de barils par jour. L’Alberta Energy Regulator (organisme de réglementation de l’énergie en Alberta) régit la quantité d’eau douce, normalement saumâtre, dont les producteurs peuvent disposer. Par conséquent, les producteurs en général réutilisent plus de 85 % de l’eau injectée issue du pétrole produit. L’eau est d’abord nettoyée et traitée. Une meilleure qualité de l’eau permet d’assurer une vapeur de meilleure qualité, ce qui se traduit par une production accrue de pétrole. Lorsque la qualité de l’eau est faible, des dépôts se forment sur les tubes de chaudière et créent des points chauds, entraînant la rupture des tubes. Afin de s’assurer de la qualité de l’eau et de traiter l’eau de manière appropriée, les producteurs doivent relever et mesurer des contaminants tels que le pétrole et la silice.

L’entreprise canadienne Luxmux Technology et l’entreprise israélienne NDT Ultrasonics ont mis leurs efforts en commun pour créer un analyseur en ligne de la qualité de l’eau d’alimentation de la chaudière afin d’offrir une analyse en ligne et en temps réel de l’eau. Diverses configurations faisant appel à des capteurs ultrasoniques, à micro-ondes et à infrarouge pour mesurer le pétrole dans l’eau en parties par million (ppm) ont été mises à l’essai. À l’aide du système à infrarouge BeST-SLED® de Luxmux Technology, la diffusion non spécifique de gouttelettes de pétrole a été mesurée à diverses longueurs d’onde afin de déterminer la taille des gouttelettes et la quantité de pétrole. Selon des expériences supplémentaires, un écart plus important entre les ondes de lumière infrarouge permet d’accroître suffisamment la sensibilité pour mesurer le pétrole. Par contre, un écart trop important pose un problème en raison d’une grande absorption d’eau. Le système BeST-SLED® a fait l’objet de travaux visant l’impulsion de la lumière afin d’obtenir un meilleur rendement lumineux, ce qui a permis d’obtenir un écart de 10 mm pour mesurer le pétrole dans l’eau.

Système intégré de gestion de l’énergie et de surveillance

L’entreprise canadienne EllisDon et l’entreprise israélienne Rafael Advanced Defence Systems ont collaboré sur l’élaboration d’un système de gestion de réseau intelligent de prochaine génération pour l’usine à production combinée de chaleur et d’électricité de Polycon Industries, un partenaire du projet. Le système intégré de gestion de l’énergie et de surveillance a donné aux systèmes de surveillance et d’acquisition de données ou SCADA (supervisory control and data acquisition) et aux systèmes de gestion de bâtiments des capacités de prise de décisions économiques et des gains d’efficience opérationnelle. D’abord, un modèle techno-économique a été créé « manuellement » pour simuler les systèmes cibles. Une fois construit, le système intégré de gestion de l’énergie et de surveillance a créé un état désiré en fonction d’entrées de base et variables, notamment les prévisions météorologiques, les calendriers de production et les prix des marchandises. La collecte de données en temps réel a permis à ce système de déterminer le calendrier optimal de rendement pour l’usine à production combinée de chaleur et d’électricité et la production optimale de la génératrice de déplacement de la charge ou LDG (load displacement generator) ou des ressources énergétiques décentralisées connectées au réseau. Le système intégré de gestion de l’énergie et de surveillance a évolué pour être capable de créer un modèle techno-économique en faisant la collecte et l’importation de données. De plus, une interface de gestion a été créée pour la collecte de renseignements d’un certain nombre de lieux dotés de génératrices et de systèmes afin de déterminer le rendement, les coûts, les économies, les alertes et les alarmes agrégées ainsi que la commande et le contrôle en général des biens. Le système intégré de gestion de l’énergie et de surveillance a été mis en service pendant quelques mois pendant lesquels des données ont été recueillies et le rendement du système a été analysé.

Eau produite de la purge des évaporateurs des sables bitumineux

Dans les sables bitumineux de l’Alberta, le traitement de l’eau des activités de drainage par gravité au moyen de vapeur (DGMV) est très difficile en raison de la qualité de l’eau, l’obligation de recycler plus de 90 % de l’eau pour réutilisation et les options limitées de disposition sur les lieux. Les évaporateurs par compression mécanique de la vapeur jouent un rôle essentiel dans le processus de traitement de l’eau au moyen du DGMV : ils assurent le traitement et la récupération d’environ 95 % de l’eau produite. Actuellement, les options pour la réduction du volume et la solidification de la purge (rejets) des évaporateurs sont limitées et ne sont pas fiables. Bon nombre de sites de DGMV ne peuvent disposer des rejets des évaporateurs sur les lieux, et le transport des rejets à un puits réservé à cet effet est coûteux.

L’entreprise canadienne Saltworks Technologies et l’entreprise israélienne IDE Technologies ont agi conjointement pour élaborer et valider un processus mixte économique d’évaporation et de traitement des rejets qui permettrait d’accroître la récupération d’eau en général et de réduire les volumes pour disposition dans la production par DGMV. Le SaltMaker de Saltworks Technologies est conçu pour traiter des eaux usées hautement compromises (dont celles issues du traitement des sables bitumineux) afin de produire de l’eau douce pour réutilisation. Un SaltMaker à échelle pilote a été installé dans des installations actives de DGMV des sables bitumineux dans le nord de l’Alberta. Le SaltMaker fonctionnait fiablement et au cours de l’hiver, a traité les eaux usées et a produit de l’eau douce et des solides pendant 60 jours (24 heures sur 24, 7 jours sur 7).

Avantages pour le Canada

Le Fonds CISTE a mis ensemble les forces d’entreprises canadiennes et israéliennes dans le but de faire avancer l’élaboration et la commercialisation de nouvelles solutions permettant de relever des défis clés dans le secteur de l’énergie au Canada et en Israël. Les technologies qui en sont issues favoriseront la mise en valeur responsable des ressources non classiques de pétrole et de gaz et permettront aux entreprises canadiennes et israéliennes de profiter d’occasions sur le marché mondial.

Prochaines étapes

En raison de la réussite du Fonds CISTE, la FCIRDI a recommandé la prolongation ou l’expansion du Fonds dans d’autres domaines énergétiques et technologiques.


Pour en apprendre advantage