Thermolyse

La thermolyse est un processus thermochimique de décomposition de la biomasse par la chaleur (à une température d’environ 500°C). Deux co-produits découlent de la thermolyse :

• un co-produit carboneux solide (biochar), 
• les vapeurs de thermolyse, composées de composants gazeux condensables (goudrons, huiles, etc.) et non-condensables (principalement le monoxyde de carbone – CO, le dioxyde de carbone – CO₂ et le dihydrogène – H₂). 

La réaction est allothermique (source d’énergie externe) et se fait dans des conditions anaérobies (absence d’oxygène), ce qui différencie la thermolyse de la pyrolyse. Une partie du gaz produit est directement réemployée pour fournir l’énergie nécessaire au processus.

Le procédé de thermolyse d’Haffner Energy est une technologie pionnière protégée par 15 familles de brevets, dont plus de 80 brevets internationaux. Elle découle de plus de 30 ans d’expérience dans la conversion de biomasse en énergie, dont 15 années de recherche et développement.

La thermolyse est ensuite couplée à une étape de reformage ayant pour but de craquer les molécules à très haute température (environ 1000°C). Les molécules à longue chaîne des vapeurs de thermolyse sont ainsi scindées en molécules courtes (principalement du monoxyde de carbone – CO, dioxyde de carbone – CO₂, hydrogène – H₂, méthane – CH₄). Cette étape est essentielle pour élininer les goudrons, huiles et longues molécules de carbone indésirables produites lors de l’étape de thermolyse. 

L’étape de thermolyse, combinée à l’étape de reformage, produit un gaz de synthèse très énergétique et riche en hydrogène, appelé Hypergas®. Ces deux étapes forment la base d’une unité modulaire appelée Module Hypergas®.

La gazéification avec Gasiliner®

Pour les projets de grande envergure où l’accès à une biomasse locale et abordable peut devenir un frein, la gazéification du biochar peut devenir indispensable afin d’augmenter significativement le rendement en Hypergas® par unité de biomasse introduite.

Le processus de gazéification d’Haffner Energy consiste à gazéifier le biochar, c’est-à-dire à convertir le carbone solide en hydrogène et en monoxyde de carbone. Cette conversion s’effectue à des températures élevées (environ 1000 °C) avec l’ajout de vapeur. La vapeur réagit avec le carbone par la réaction C + H₂O → H₂ + CO.

Le biochar, grâce à sa surface spécifique considérable, permet une conversion presque totale du charbon, avec une cinétique de réaction idéale. Cela permet des rendements très élevés, tout en réduisant les cendres à la seule fraction inorganique.

Le Gasiliner® d’Haffner Energy se distingue des autres technologies de gazéification existantes par sa résistance face aux cendres à faible température de fusion, ce qui permet au processus d’être agnostique vis-à-vis de la biomasse.

Hypergas®

L’Hypergas® est le gaz de synthèse renouvelable produit par la technologie développée par Haffner Energy. Il a la particularité d’être plus fortement concentré en hydrogène (> 45 % vol) que d’autres gaz de synthèse standards (ce qui lui confère un pouvoir calorifique plus élevé), ainsi que de présenter un plus faible taux d’impuretés. 

La quantité d’Hypergas® produite dépend de la gamme de Modules Hypergas® (de 5MW à 20MW). Ce module Hypergas® est commun à toutes nos solutions et est composé de :

• la sous-unité de thermolyse
• la sous-unité de reformage
• la sous-unité de purification
• les équipements auxiliaires avec l’instrumentation et les équipements de régulation

Une fois produit, l’Hypergas® peut être traité de différentes manières pour :

• être utilisé comme substitut au gaz naturel
• produire de l’hydrogène renouvelable
• produire du Carburant d’Aviation Durable (SAF)
• produire du méthanol renouvelable

Biomasse

Avec plus de 30 ans d’expérience dans la conversion de la biomasse en énergie, l’approche de Haffner Energy vise à valoriser la biomasse résiduelle (conformément à l’annexe IX de la RED2) principalement issue des déchets et résidus agricoles et forestiers tels que :

• Pailles de maïs et de céréales
• Bagasse, pulpe de betterave
• Taillis à courte rotation
• Résidus de vigne
• Rafle de maïs
• Déchets verts
• Biomasse de cultures régénératives sur des terres marginales (XanoGrass™, miscanthus, bamboo,...)  
• Partie biomasse des déchets industriels non utilisables dans la chaîne alimentaire, humaine ou animale
• Algues (sargasse, algues vertes, algues brunes,…)
• Partie biomasse des déchets et résidus de la sylviculture et de la filière bois (écorces, branches, coupes d’éclaircies pré-commerciales, feuilles, aiguilles, cimes, sciures, copeaux)
• Fumiers
• Boues issues du traitement des eaux usées, digestat de méthaniseurs, effluents solides de la filière papier, etc.
• Partie biomasse des déchets municipaux 
• Autres matières cellulosiques non alimentaires

Le processus de thermolyse de Haffner Energy est particulièrement efficace pour convertir tout type de biomasse durable disponible, quelles que soient les variations saisonnières.

Produire de l’énergie à partir de biomasse durable ou résiduelle présente des avantages décisifs. Il s’agit d’une ressource abondante et peu coûteuse, qu’il est possible de sourcer dans la plupart des régions du monde. L’omniprésence de la biomasse permet donc de relocaliser l’ensemble de la chaîne de valeur de la production d’énergie, de la collecte de la matière première à l’utilisateur final, encourageant ainsi les transitions énergétique et environnementale des territoires ainsi que leur souveraineté énergétique.

En tant qu’expert de la valorisation de la biomasse, Haffner Energy est particulièrement sensible à la durabilité de la biomasse qui sera valorisée avec notre technologie. Notre équipe possède une connaissance approfondie des critères de durabilité de l’Union Européenne liés à la production de biogaz, tels que mentionnés dans l’article 29 de la directive européenne sur les énergies renouvelables. La durabilité de la biomasse est également une préoccupation majeure aux États-Unis, comme le démontre le rapport 2016 Billion-Ton publié par l’Office Américain de l’Efficacité Energétique et de l’Energie Renouvelable (US Office of Energy Efficiency & Renewable Energy). 

Notre service Biomatch a ainsi été pensé dans le but d’aider nos clients dans la constitution et la sécurisation de leur plan d’approvisionnement en biomasse durable. Haffner Energy accorde une vigilance particulière à ce que la matière première agricole ne soit pas prélevée de terres à fort potentiel pour la biodiversité, ni de zone considérée comme puits de carbone important, ou de tourbières. Le même principe s’applique à la biomasse forestière, qui doit ainsi respecter la hiérarchie d’utilisation en cascade et être collectée conformément aux pratiques établies de gestion durable des forêts.

Biochar

Le biochar est le co-produit solide de la thermolyse de la biomasse. Il s’agit d’un matériau riche en carbone, qui contient le carbone biogénique absorbé de l’atmosphère par les plantes via la photosynthèse. En fonction de la finalité du projet, la coproduction de biochar par thermolyse est facultative.

Un puits de carbone majeur

Co-bénéfices

Plus de 50 utilisations possibles du biochar ont été identifiées à ce jour.

L’application la plus courante et la plus mature à ce jour est l’amendement des sols agricoles par application directe ou par incorporation aux engrais. Le biochar peut ainsi représenter un puissant levier de régénération des sols en améliorant de manière significative les propriétés physiques et chimiques de certains types de sols, tout en stockant le carbone dans les sols sur le long terme.

Le biochar peut également être incorporé dans des matériaux de construction tels que l’asphalte ou le béton, neutralisant ainsi le bilan carbone de certains projets de construction de routes ou de bâtiments, tout en améliorant les propriétés thermiques des matériaux.

Le biochar produit par la technologie de Haffner Energy peut être éligible à l’European Biochar Certificate qui garantit sa qualité.

Pour les besoins en SAF ou méthanol, entre autres, le biochar peut être gazéifié afin d’accroitre significativement les rendements finaux.

À propos du biochar

Crédits carbone (Certificats d’élimination du carbone)

Pour atteindre nos objectifs en matière de climat (neutralité carbone d’ici 2050), les efforts de réduction des émissions devront être complétés par des mesures visant à éliminer le carbone de l’atmosphère.

L’élimination du carbone consiste à retirer le dioxyde de carbone de l’atmosphère et à le stocker de manière durable, dans le but d’atténuer ou d’inverser le changement climatique. Également connues sous le nom d’élimination du dioxyde de carbone (CDR), les méthodes d’élimination du carbone sont souvent appelées technologies à émissions négatives (NET).

Il existe plusieurs façons de procéder, avec différents degrés de permanence du stockage :

• Stockage permanent (le carbone est capturé directement dans l’air et stocké sous une forme stable)
• L’agriculture du carbone, c’est-à-dire les activités qui augmentent la capture du carbone dans les sols et les forêts (par exemple la restauration des forêts, la gestion des tourbières et des zones humides)
• Stockage du carbone dans les produits (par exemple, le carbone capturé par les arbres est stocké dans les constructions à base de bois)

Il est prouvé que le biochar, produit à une température de pyrolyse supérieure à 600°C, ressemble à de l’inertinite et est donc un matériau très stable. S’il est produit dans certaines conditions, 97% du carbone organique total contenu dans le biochar est du carbone hautement réfractaire, c’est-à-dire du carbone dont la stabilité est quasi infinie. Cela signifie que le biochar peut avoir une très grande permanence en termes de stockage du dioxyde de carbone.

C’est pourquoi, en 2022/2023, l’élimination du carbone par le biochar représentera 87 à 92% de toutes les éliminations réalisées sur le marché volontaire du carbone. Sur ce marché, les certificats d’élimination du carbone (CORC) transforment la capacité de séquestration du carbone des produits à CO₂ négatif en actifs numériques négociables.

Plusieurs normes et méthodologies volontaires privées, internationalement reconnues pour le biochar, sont déjà établies pour la certification CORC. Par ailleurs, l’Union européenne est en train de mettre en place un système de certification à l’échelle de l’UE pour les absorptions de carbone, ouvrant ainsi les perspectives d’échanges des Certificats d’Elimination du Carbone par le Biochar sur un marché réglementé en Europe.

CO₂ biogénique

La biomasse est composée d’un mélange de molécules organiques contenant du carbone, de l’hydrogène, généralement des atomes d’oxygène, souvent de l’azote et de petites quantités d’autres atomes.

Lors de la photosynthèse, le carbone est la matière première utilisée par les plantes pour construire leur biomasse, en absorbant celui-ci de l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone (CO₂), et en le convertissant grâce à l’énergie du soleil. C’est pourquoi le carbone contenu dans la biomasse est qualifié de « carbone biogénique ».

La production de carburants durables (biocarburants et e-carburants tels que le méthanol et les carburants d’aviation durables) nécessite toujours une combinaison d’hydrogène et de CO₂. Ces deux molécules doivent être renouvelables pour donner lieu à des carburants durables.

La thermolyse de la biomasse, développée par Haffner Energy, permet au cours du même processus d’extraire le CO₂ biogénique tout en produisant de l’hydrogène renouvelable.

• Une partie du CO₂ biogénique présent naturellement dans la composition de l’Hypergas® est utilisée directement dans la production de SAF ou de méthanol via thermolyse
• Le surplus de production de CO₂ biogénique peut être utilisé pour la production d’e-carburants (par exemple, chaque tonne métrique de bio-méthanol produite par le procédé d’Haffner Energy donne accès à suffisamment de CO₂ biogénique pour produire environ 1 tonne d’e-méthanol)
• Le surplus peut aussi être valorisé dans d’autres applications de captage et d’utilisation du carbone (CCU) nécessitant du CO₂ biogénique comme matière première (agroalimentaire, industrie). Il peut également être stocké géologiquement (captage et stockage du carbone – CSC)