Un combustible peut-il être carbonégatif?

Énergie

Les chercheurs de Ressources naturelles Canada (RNCan) associent les technologies énergétiques actuelles à de nouvelles solutions énergétiques plus propres. Les combustibles carbonégatifs ne se feront sûrement plus attendre très longtemps…

Mai 2022

par Sarah Buckingham

À quoi carburez-vous?

Nous avons besoin de combustibles au quotidien : pour les véhicules qui transportent nos aliments et livrent nos commandes en ligne, pour le chauffage et la climatisation de nos maisons, pour faire tourner nos entreprises, etc. D’ailleurs, les combustibles font partie de notre quotidien beaucoup plus qu’on ne serait porté à le croire.

Mais vous êtes-vous déjà demandé comment ils sont fabriqués? De quoi ils sont faits? Quel est leur impact sur l’environnement? S’il n’y aurait pas une autre façon de les produire? C’est le genre de questions auxquelles carburent les spécialistes de CanmetÉNERGIE à Ottawa.

Cette image de paysage urbain contient des objets qui illustrent différents usages des combustibles ou carburants au quotidien (p. ex. des voitures roulant sur une rue passante, des lignes électriques, une bouteille en plastique et des pompes à essence). — Pas besoin de chercher bien loin pour constater l’impact des combustibles sur notre vie quotidienne. En quête d’énergies plus propres, les chercheurs tournent leur attention vers des solutions non conventionnelles pour réduire les émissions de gaz à effet de serre émanant des procédés de fabrication des combustibles.

Image représentant un grand cylindre industriel en métal d’une hauteur de plus de 1,5 mètre, muni de gros boulons et de différentes jauges et connexions. — Installé dans les locaux de CanmetÉNERGIE à Ottawa, ce gazogène pilote à haute pression mesure plus de 1,5 mètre de hauteur. Les véritables gazogènes utilisés par les producteurs de combustibles peuvent atteindre 12 mètres (ou trois étages) de haut et quatre mètres de large.

Les gazogènes : une solution polyvalente qui ouvre de nouvelles possibilités

Pour fabriquer certains des combustibles utilisés au Canada et ailleurs dans le monde, on fait notamment appel à un procédé appelé « gazéification ». Cette technique consiste à produire des combustibles gazeux en faisant subir à une matière première à base de carbone (p. ex. la biomasse) une série de réactions chimiques. Le procédé s’effectue à l’intérieur d’un gazogène – une chambre à haute température conçue précisément à cette fin.

« Les gazogènes ne datent pas d’hier – ils existent en fait depuis les années 1790. Autrefois, le procédé de gazéification servait à produire le gaz de ville, dont l’utilisation était alors fort similaire à celle du gaz naturel aujourd’hui », indique le chercheur Marc Duchesne, Ph. D. L’usage de cet appareil a cependant évolué au fil du temps, le procédé de gazéification faisant l’objet d’une attention plus soutenue à certains moments de l’histoire. « Certains événements historiques ont relancé l’intérêt pour la recherche-développement sur la gazéification, que ce soit la Seconde Guerre mondiale, la crise pétrolière des années 1970 ou l’embargo pétrolier contre l’Afrique du Sud pendant l’apartheid. Aujourd’hui, nous pouvons toutefois utiliser la gazéification pour transformer les matières résiduelles en combustibles avec à la clef des bénéfices pour l’environnement », explique Marc.

De la recherche à des retombées dans le monde réel

CanmetÉNERGIE à Ottawa, un centre de recherche de RNCan, est depuis plus de 35 ans un chef de file mondial de la recherche-développement et de la démonstration (RDD) dans le domaine de la gazéification. L’une de ses contributions les plus notables est le développement du gazogène à lit entraîné, qui peut transformer à peu près n’importe quel type de matière première, y compris le charbon, le coke de pétrole, la biomasse et même les déchets ménagers.

Plan moyen de copeaux de bois étalés sur un transporteur à courroie. — La biomasse, notamment les sous-produits de la foresterie, est un exemple de matière première utilisée dans les gazogènes pour fabriquer des combustibles et d’autres produits.

« Grâce aux technologies de pointe actuelles, on peut fabriquer des combustibles aussi bien à partir de sources d’énergies renouvelables, comme les résidus forestiers, qu’à partir de sources d’énergies fossiles, et ce, en utilisant le même équipement », explique le chercheur et chef de groupe Robin Hughes, Ph. D. La possibilité d’utiliser différentes matières premières dans le même gazogène offre de nombreux avantages. D’abord, cette technologie réduit les coûts de production, puisque les producteurs n’ont pas à acquérir de matériel particulier pour transformer différents types de matières premières. Elle présente également des avantages sur le plan environnemental, car les producteurs peuvent utiliser un gazogène jusqu’à la fin de sa vie utile en remplaçant la matière première d’origine fossile par de la matière première renouvelable.

Un autre avantage des gazogènes est qu’ils permettent le captage, l’utilisation et le stockage du carbone (CUSC). Ils séparent le carbone de la matière première fossile et le transforment en dioxyde de carbone (CO₂) et en d’autres produits chimiques au début du procédé, ce qui réduit considérablement la quantité de CO₂ libérée dans l’atmosphère. Cette technique, appelée « captage précombustion », est moins énergivore et plus économique que le « captage postcombustion », qui consiste à séparer le CO₂ après la combustion du combustible.

Réduction des émissions de gaz à effet de serre

« Si le CO₂ qu’il permet de capter est stocké ou utilisé dans un autre procédé, un gazogène moderne peut réduire les émissions de gaz à effet de serre de 95 % », explique M. Hugues. Le CO₂ capté peut entrer dans la fabrication d’engrais, d’aliments, de boissons ou d’autres produits. C’est aussi avantageux financièrement pour le producteur. « Le coût du CUSC est déjà intégré dans le procédé. Un aspect majeur, car l’un des principaux obstacles au CUSC, c’est le coût de l’installation et de l’exploitation des équipements supplémentaires nécessaires, dit-il. Nos recherches sur la gazéification ont contribué directement à éliminer la nécessité d’acquérir de l’équipement supplémentaire et donc à réduire les coûts. »

Un diagramme du cycle de vie montrant trois produits d’un gazogène, soit l’ammoniac (utilisé dans les engrais), les carburants liquides utilisés pour le transport et les combustibles de cuisson. Le CO<sub>2</sub> produit par un gazogène peut être capté et stocké ou réutilisé. On peut aussi recycler des déchets de cuisine organiques en matière première pour la gazéification. On obtient alors un procédé circulaire. — La plupart des gens n’assisteront jamais en personne à la gazéification, même s’ils utilisent sans doute des combustibles issus de ce procédé. Pensons à la nourriture dans nos assiettes, par exemple. C’est peut-être un gazogène qui a servi à produire l’ammoniac entrant dans la composition d’engrais utilisés pour faire pousser les végétaux que nous mangeons. Un gazogène pourrait aussi avoir produit le carburant utilisé par le véhicule qui a apporté les aliments au magasin. Les gazogènes peuvent même produire du gaz naturel renouvelable utilisé en cuisine.

Innovation perpétuelle

CanmetÉNERGIE Ottawa travaille en concertation avec d’autres équipes au pays et à l’étranger pour faire progresser la gazéification de la biomasse combinée au CUSC, un procédé qui peut être carbonégatif. Les chercheurs examinent aussi l’utilisation de la gazéification pour détourner les déchets des décharges en vue de produire de la chaleur et de l’électricité à partir de déchets de cuisine.

Pour en savoir plus sur la RDD sur l’énergie propre, visitez CanmetÉNERGIE.