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Vendredi 18 janvier 2019

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La résilience du procédé Kraft et son avenir

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Quelques informations contextuelles

Le procédé de mise en pâte Kraft, breveté en 1879 et implanté en 1890, démontre une résilience depuis plus de 100 ans, procédé qui produit toujours une pâte aux propriétés de force supérieures et permet un taux de récupération des produits chimiques de 98% et une grande efficacité énergétique. Le 20e siècle s'est avéré riche en innovations pour le procédé Kraft, propulsé par le be-soin d'offrir une ressource globale efficace et une empreinte environnementale réduite. Relevons par exemple les lessiveurs en discontinu (super discontinu) et en continu, le coup de froid, la cuve d'imprégnation, les zones de cuisson allongée et modifiée, ainsi que les stratégies de blanchiment telles que la délignification à l'oxygène, la tour à blanchiment multi-stades, le remplacement de la séquence de blanchiment D/CEDED par une substitution plus élevée au dioxyde de chlore (e.g. D0EopD1), le blanchiment oxygène/ozone/totalement sans chlore (TCF) et le blanchiment neutre.

A la fin du 20e siècle, des considérations environnementales ont exercé une pression sur l'industrie pour qu'elle réduise les émissions de TRS – les souffres totaux réduits – lesquelles sont responsables pour les odeurs caractéristiques du procédé Kraft. Conséquemment, l'industrie a mis au point des procédés compétitifs à base de solvants pour minimiser ou éliminer les TRS, notamment 1) Organosolv (à base de méthanol) breveté en 1971, première usine à Kelheim, Allemagne (1992); 2) Alcell (à base d'éthanol) Newcastle, Canada (1989); et 3) usine pilote d'ASAM (pâte alcaline de sulfite de méthanol anthraquinone) à Heidelberg, Allemagne (mi-1980). Il est intéressant de noter qu'à ce jour, tous ces produits ont failli à la tâche là ou les procédés au Sulfite et Kraft sont toujours utilisés! D'autres procédés sont en développement, par exemple les liquides ioniques (Ils)/solvants eutectiques (DESs), reconnus prometteurs (CEPI 2014) mais nous sommes encore loin d'une implantation industrielle.

Le Panel intergouvernemental 2018 sur les changements climatiques (IPCC), une méta étude co-écrite par plus de 130 auteurs synthétisant plus de 6000 références scientifiques, rapporte que les activités humaines ont causé un réchauffement global de 1°C depuis la Révolution industrielle; ce réchauffement devrait atteindre 1.5°C entre 2030 et 2050 si les activités actuelles se poursuivent. Depuis 2009, au Canada seulement, les coûts d'événements catastrophiques reliés au changement climatique dépassent 1G$/année et ces coûts augmentent significativement partout dans le monde. Ce contexte exige que nous agissions maintenant, et de manière durable.

Appel à une transformation en profondeur par une innovation ciblée et efficace

Pendant les deux dernières décennies, l'industrie des pâtes et papiers a fait face à des défis ma-jeurs; plusieurs s'accordent pour dire qu'une transformation radicale est de mise. Cette transfor-mation devrait s'aligner, plus que jamais, sur les tendances fondamentales telles que la croissance démographique mondiale ainsi que l'utilisation croissante du monde virtuel (internet, traitement informatique et stockage de données, livres électroniques, etc.) D'ici 2050, la population mondiale devrait atteindre plus de 9 milliards d'habitants, dont près de 70% en zone urbaine, ce qui ajoute à la complexité de questions telles que la gestion des déchets (OCDE 2012). Voilà qui appelle à de l'innovation s'appuyant sur les "12 principes d'une chimie verte », se concentrant sur la production de matériaux renouvelables et axée sur les marchés inexplorés et les applications innovatrices. L'une de ces solutions prometteuses est le bioraffinage.

Pourquoi donc le bioraffinage? Cette plate-forme technologique compétitive du procédé Kraft intègre la conversion de la biomasse en combustibles, énergie, chaleur, produits chimiques et bio-matériaux à valeur ajoutée.

Le bioraffinage n'a rien de nouveau, et il convient ici de mentionner quelques exemples d'innovations qui en découlent: i) Borregaard: Maintenant +200 dérivés de la lignine, 1e enquête (1909), 1ère usine USA (1934); 2e usine Norvège (1967); ii) CelluForce: NCCTM Canada (Q4-2011); iii) Usine pilote AVAP d'API à Thomaston, USA: combustible et/ou produits chimiques (Q1-2013); iv) Domtar: LignoBoost / Bio-Choice (Q2-2013); v) FPInnovations: Cellulose Filamenteuse (CF) (Q4-2013); vi) UPM, Finlande, 2e generation de bio-diesel (2014); vii) Stora Enso, LignoBoost, Finland: (2015); and viii) West Fraser, LignoForce, FPInnovations, Canada, (2016).

Bâtir notre avenir collectif par la collaboration et le partenariat

La capacité de transformer notre industrie de façon viable repose sur une collaboration efficace entre la communauté scientifique, les producteurs, les fournisseurs, les parties prenantes et les usagers finaux. De plus, une synergie agile de ce Trifecta, débouchant sur des découvertes académiques, le support stratégique du gouvernement et le bon vouloir et la capacité d'innovation de l'industrie constituent la clé de voûte dans l'accomplissement des objectifs de transformation.

En prenant en compte l'exemple de la résilience du procédé de mise en pâte Kraft, les innovations à l'intérieur de l'industrie des pâtes et papiers doivent être implantées de façon durable pour préserver l'écosystème et améliorer la santé humaine, assurant ainsi que les espèces Homo Sapiens et les Arbres de vie continuent de coexister.

Merci à Mme Sylvie Gélinas de Noos Technologie pour son apport à l'édition.


 Roger Gaudreault, docteur en chimie, est détenteur d'un baccalauréat en chimie de l'Université du Québec à Chicoutimi (1986), d'une maîtrise en pâtes et papiers de l'Université du Québec à Trois-Rivières (1991), ainsi que d'un doctorat en simulation moléculaire de l'Université McGill (2003), et des études postdoctorales sous la codirection du professeur David Weitz de l'Université Harvard et du professeur Theo van de Ven de l'Université McGill (2005-2006). Depuis 2017, chercheur invité à l'Université de Montréal, il étudie l'impact de la chimie verte sur l'atténuation de la maladie d'Alzheimer.

Membre affilié au Centre en chimie verte et catalyse (CCVC) depuis juin 2011, Mr Gaudreault s'est vu décerné le prestigieux Prix canadien de la chimie verte et de l'ingénierie en 2016 (CGCEN), reconnaissant ses contributions significatives pour l'avancement dans ces domaines. Mr. Gaudreault a également été nommé « PAPTAC Fellow » en 2017 en reconnaissance de sa contribution exceptionnelle à long terme et significative à l'Association, à l'industrie des pâtes et papiers et des produits forestiers et à l'avancement de la science et de la technologie.
Mr. Gaudreault cumule plus de 30 années d'expérience au sein de l'industrie des pâtes et papiers ainsi que dans le traitement d'eau industriel et de l'énergie verte. Depuis 2018, il est membre associé du Centre québécois sur les matériaux fonctionnels (CQMF), et consultant pour un groupe de biomatériaux industriels où il développe des bioproduits à partir de bioraffinerie. Il a été vice-président R&D et Innovation chez TGWT Clean Technologies Inc (2013-2017). M. Gaudreault a également dirigé le centre de R&D de Cascades pendant 20 ans, où il a été l'instigateur de deux Consortium R&D nord-américains, et a dirigé l'équipe de développement de la stratégie d'innovation de Cascades et sa mise en œuvre.

Il fut co-président du programme technique de la conférence annuelle de l'industrie des pâtes et papiers du Canada (PaperWeek Canada 2013), président de la Journée FIBRE et du Forum de Commercialisation FIBRE (PaperWeek Canada 2013-2016), membre du conseil d'administration de l'Association pour le développement de la recherche et de l'innovation du Québec (ADRIQ) (2011-2017), et éditeur-invité de la revue scientifique phare de PAPTAC, J -FOR, pour un numéro spécial en l'honneur du professeur Theo van de Ven de McGill. Il est également membre du Comité de sélection pour les Prix Synergie pour l'innovation du CRSNG.

Durant les dernières années, M. Gaudreault a présenté de nombreuses conférences scientifiques ainsi que sur l'innovation durable à des groupes d'industriels, de gestionnaires et d'universitaires, à des organisations et associations tels les Entretiens Jacques-Cartier, le Conference Board of Canada et le Comité sénatorial permanent de l'agriculture et des forêts.


 Dr. Roger Gaudreault
Chercheur invité,
Université de Montréal
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