Accueil Énergies forestières Bioraffinage La 61e Conférence canadienne de génie chimique - Faits saillants des sessions sur le bioraffinage forestier

La 61e Conférence canadienne de génie chimique - Faits saillants des sessions sur le bioraffinage forestier

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La 61e Conférence canadienne de génie chimique a eu lieu à London, en Ontario à la fin octobre 2011 sous le thème «Innovation, industrie et internationalisation". Les sessions techniques étaient organisées en colloques portant sur divers domaines du génie chimique, allant de particule-, nano- et bio-technologie, en passant par l'énergie, l'environnement, le contrôle et la sécurité, jusqu'à l'éducation et la mondialisation.

Deux sessions sur le bioraffinage forestier ont été proposées par l'unité de recherche sur l'efficacité énergétique et le développement durable du bioraffinage forestier de l'Ecole Polytechnique de Montréal (Jean Paris, Mariya Marinova et Maryam Moshkelani). L'implantation du concept de bioraffinage dans l'industrie forestière est un élément majeur de la stratégie de l'industrie pour générer de nouveaux revenus et restaurer sa rentabilité. Cependant, il ya plusieurs défis techniques, économiques et structurels à contourner: l'exploitation durable des ressources forestières, les obstacles techniques à la conversion efficace de dérivés du bois en produits à valeur ajoutée, l'efficacité énergétique et l'éco-durabilité de l'industrie forestière, les choix stratégiques de produits, l'intégration en amont et en aval dans la chaîne d'approvisionnement. L'objectif de ces séances était d'offrir une plate-forme pour discuter des nouveaux développements dans le domaine des technologies de bioraffinage forestier, de ses produits, et des voies vers un bioraffinage vert et durable. Les sessions de bioraffinage faisaient partie du Symposium sur la biotechnologie.

La lignine est une des composantes principales du bois, elle peut être extraite à partir de liqueur lors des processus de mise en pâte chimique et convertie en un large éventail de bioproduits. Plusieurs groupes de recherche travaillent actuellement sur la récupération et la valorisation de la lignine, d'après les présentations faites au cours des sessions sur le bioraffinage.

Miyuru Kannangara de l'Ecole Polytechnique a présenté des opportunités d'intégration de bioraffinage de lignine dans une usine de pâte kraft. Un processus de précipitation à l'acide a été utilisé pour extraire la lignine de la liqueur noire. Les exigences du bioraffinage en énergie, en eau et en produits chimiques ont été déterminées et les interactions potentielles entre le bioraffinage et l'usine de pâte kraft ont été soulignées. La capacité d'extraction de lignine est limitée par le déficit d'énergie en résultant dans la chaudière de récupération. Toutefois, une option intéressante pour compenser cela pourrait être la mise à niveau du réseau d'échange de chaleur. Le surplus d'énergie disponible dans le processus Kraft peut être exporté sous forme de lignine.

L'extraction des phénols et des composés aromatiques de la lignine, au lieu d'une combustion directe, peut augmenter la valeur de la lignine. Amr Sobhy (Ecole Polytechnique) a présenté les résultats d'une étude réalisée dans le cadre du réseau de recherche Lignoworks. Il a été démontré que le profil de température transitoire, l'utilisation de la carbonisation comme catalyseur thermique et la puissance appliquée ont un effet sur la production de composés aromatiques par pyrolyse radioélectrique de la lignine.

Zhongshun Yuan de l'Université de Western Ontario a parlé de la synthèse de biomatériaux à partir de lignine alcaline par acétylation, qui est une façon courante de modifier l'hydroxyle contenant des polymères naturels. Il a présenté une approche d'acétylation efficace et peu coûteuse de synthèse d'acétate de lignine. Dans des conditions ambiantes et en présence d'un catalyseur, il est possible d'obtenir une conversion de groupe hydroxyle ainsi qu'une formation de groupe acétate élevées. La lignine acétylée a une bonne compatibilité avec une variété de matériaux synthétiques et peut être utilisée dans la composition de fibres de carbone et de matériaux composites.

L'extraction d'hémicelluloses avant la mise en pâte et leur conversion en produits à valeur ajoutée est une autre opportunité de revenus pour les usines de pâtes et papiers (P & P). Un processus de configuration furfural approprié pour l'intégration dans une usine de pâte kraft a été proposé par Olumoye Ajao (Ecole Polytechnique). Les principales étapes du processus sont l'extraction d'hémicelluloses de copeaux de bois et d'hydrolyse subséquente, la conversion de sucres C5 en furfural, et la séparation du produit final. L'ajout de nouvelles opérations augmente les besoins en énergie et en eau de l'usine Kraft. Des mesures visant à remédier à ces déséquilibres ont été identifiées. L'augmentation de la récupération des condensats, l'amélioration de la réutilisation de l'eau, l'optimisation de la récupération de chaleur ainsi que l'intégration de pompes à absorption de chaleur sont autant d'éléments proposés pour économiser la vapeur et l'eau. L'usine de pâte kraft doit être optimisée pour satisfaire les besoins énergétiques et hydriques du bioraffinage.

Une méthodologie innovante pour augmenter l'efficacité énergétique et hydrique dans les usines de pâte Kraft a été présentée par Mohammad Keshtkar de l'Ecole Polytechnique. La méthodologie d'analyse de contrainte est un moyen systématique d'effectuer une analyse de l'énergie en décrivant la contrainte d'utilisateurs de vapeur, la contrainte du réseau d'échange de chaleur, la contrainte énergétique des déchets, l'interaction dans le système énergétique du procédé, ainsi que l'usine dans son ensemble. Cette méthodologie réduit le délai d'analyse et donne des indices pour faciliter l'optimisation du réseau d'échange de chaleur. Une usine produisant 700 adt / jour de papier, optimisée grâce à la méthodologie d'analyse de contrainte, peut fournir assez de vapeur pour satisfaire le besoin d'énergie de bioraffinage pour la production d'éthanol ou de furfural.

Une des conséquences de la demande croissante d'énergie est l'augmentation de la concentration de CO2 dans l'atmosphère. L'industrie des P & P consomme 26% de l'énergie totale utilisée par le secteur industriel canadien et contribue à l'empreinte CO2. Maryam Moshkelani (Ecole Poytechnique) a donné des exemples de solutions pour rendre plus verte l'industrie des P & P et pour stabiliser les émissions de CO2. Une utilisation rationnelle de l'énergie peut être obtenue grâce à l'intégration et l'optimisation intensive de processus éliminant la consommation de carburant fossile. Les sources d'énergie renouvelables telles que le gaz de synthèse peuvent être utilisées pour alimenter la demande de vapeur dans les usines de P & P et les bioraffineries, éliminer l'utilisation de combustibles fossiles dans le four à chaux et produire de l'électricité verte. Des puits de carbone peuvent être créés en utilisant le CO2 disponible sur le site. Moshkelani introduit le concept de bioraffinage forestier intégré vert, un complexe à revenus multiples caractérisé par une absence de consommation de combustibles fossiles, ainsi qu'une réduction d'émission de GES et d'effluents d'eaux polluées.

La modélisation et la simulation sont des outils essentiels pour étudier la faisabilité du bioraffinage forestier. L'approche de modélisation thermodynamique équilibrée a été utilisée par Pardis Rofouie (Ecole Polytechnique) pour prédire l'efficacité d'une unité de gazéification avant son intégration dans une usine de pâte Kraft, ainsi que pour décrire la composition des gaz de synthèse produits. Cependant, les modèles d'équilibre classiques ont tendance à surestimer ou sous-estimer la composition du gaz de synthèse, en particulier le rendement en méthane et la conversion du carbone. Un modèle d'équilibre modifié basé sur une estimation non stœchiométrique et sur la minimisation de l'énergie de Gibbs a été développé et mis en œuvre dans un code MATLAB. Le rendement en méthane comme paramètre non-équilibré, a été prédit par un modèle semi-empirique de pyrolyse. L'évaluation du modèle modifié a démontré qu'il prédit mieux la composition de gaz de synthèse comparativement aux modèles d'équilibre classiques.

Charles Xu de l'Université de Western Ontario a présenté sa vision de la maximisation de la valeur des arbres. Xu est un récipiendaire du prix SCGCh Syncrude Canada Innovation, décerné à un chercheur de moins de 40 qui a apporté une contribution éminente dans le domaine du génie chimique tout en travaillant au Canada. Au cours de son exposé, il a examiné les défis et les opportunités de l'industrie canadienne des P & P, et a présenté des plates-formes et des produits du bioraffinage forestier. Xu a souligné l'importance de créer des liens entre l'industrie des P & P et l'industrie chimique. Des matières premières renouvelables, durables et à prix compétitif sont essentielles à la viabilité à long terme du secteur chimique. Il a présenté les contributions faites par son groupe de recherche. Xu a discuté du développement de la plate-forme des bio-huiles pour une utilisation économiquement viable des résidus, des déchets et des sous-produits de l'industrie forestière. Les principaux résultats sur la production de bio-phénols, de résines vertes et d'adhésifs provenant de résidus forestiers ont aussi été présentés.

Les deux sessions sur le bioraffinage forestier ont été bien accueillies. Des discussions animées et fructueuses ont eu lieu après les présentations. Les organisateurs des sessions tiennent à souligner la contribution des auteurs et des conférenciers qui travaillent à bâtir une industrie forestière canadienne durable et prospère; ils attendent avec impatience le prochain événement sur le bioraffinage forestier et les progrès qui y seront présentés.

 
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