Les déchets ou le bois de sélection forestière doivent être traités pour obtenir un bon approvisionnement énergétique. Voyons comment

La superficie totale des forêts italiennes a triplé au cours des 80 dernières années et, si l'on considère des délais plus restreints , par exemple , de 2005 à 2015, il serait facile de dire que l'augmentation a été de 53 000 hectares par an, au détriment des pâturages, des terres non cultivées dans les zones montagneuses et des terrasses vallonnées.

Si d'une part l'augmentation de la superficie boisée peut être considérée comme un fait positif, d'autre part la disposition dans les zones montagneuses de la plupart des ressources forestières, conjuguée au dépeuplement progressif des mêmes zones, entraîne un problème de gestion et d'entretien des bois.

La coupe sélective et le nettoyage des résidus de bois en zone forestière reste une activité importante et nécessaire pour la flore et pour la réutilisation des déchets, qui peut être utilisé dans de nombreux secteurs, tels que le secteur du meuble, dans lequel l'Italie est un acteur majeur.

En outre, la chaîne d'approvisionnement en produits bois destinés à la production d'énergie calorifique nécessiterait une meilleure gestion des forêts domaniales, pouvant réduire les importations de bois destinés à ces fins en provenance de l'étranger.

En ce qui concerne la production d'éléments aptes à la combustion, on peut étudier quels processus sont nécessaires pour transformer un déchet de bois en un élément approprié pour développer l'énergie thermique.

Davide Pettenella nous aide dans cette histoire, qui a étudié la chaîne d'approvisionnement forestière italienne, dans le but d'analyser la production de biomasse ligneuse pour la production d'énergie thermique.

Pour libérer et utiliser l'énergie contenue dans les matières végétales, différentes technologies de conversion sont disponibles : certaines d'entre elles sont aujourd'hui des applications fiables, économiques, confortables et simples d'utilisation, susceptibles d'être acquises tant individuellement que collectivement et industriellement.

D'autres, en revanche, sont encore en phase de développement, nécessitent des structures de haute technicité et des dimensions industrielles être économique, même si le développement de celle-ci dépend d'une utilisation extensive de la ressource biomasse en tant que fonction énergétique.

Dans le cas de la biomasse forestière, caractérisée, entre autres, par des teneurs en eau relativement faibles, les procédés thermochimiques de conversion d'énergie (« voie sèche ») sont majoritairement utilisés, tandis que les autres procédés concernent particulièrement la biomasse agricole, avec une teneur en humidité plus élevée (« voie humide »).

La première partie de ce chapitre présentera les traitements nécessaires pour augmenter et uniformiser la qualité énergétique des matériaux bois, tandis que la seconde partie décrira les technologies de conversion proprement dites.

Techniques de conditionnement

Les produits bois potentiellement utilisables à des fins énergétiques se caractérisent par une extrême hétérogénéité en termes de composition, de taille et de forme : en effet, on passe du bois de la poussière à la sciure de bois, des copeaux aux brindilles et aux troncs.

Lorsqu'ils sont utilisés pour la conversion d'énergie, ils nécessitent des traitements qui varient en fonction des caractéristiques physico-chimiques du matériau et du type du système qui les utilise.

Le but de ces opérations est d'obtenir un carburant de meilleure qualité énergétique et d'une plus grande facilité d'utilisation, ce qui fait de la dendro-énergie le plus comparable que possible aux autres carburants conventionnels.

Séchage et stockage

Après les phases de coupe, de préparation et d'abattage, le bois ne peut pas être utilisé « commodément » en raison du pourcentage d'humidité élevé  ; cela peut prendre des valeurs très différentes et, en moyenne, dans une plante forestière fraîchement coupée, il est d'environ 50 %.

Dans ces conditions, une grande partie de l'énergie contenue dans le bois serait utilisée pour libérer l'eau contenue, avec des pertes considérables évidentes d'efficacité de conversion énergétique.

Une solution simple et économique pour réduire la teneur en eau du bois à brûler séchage par transpiration (ou biologique).

Il consiste en un séchage du bois dont la durée peut varier de quelques mois à plus d'un an, en fonction de la tendance climatique saisonnière et type de bois; celle-ci, après coupe, est généralement stockée en forêt, au bord de la route ou à proximité des lieux d'utilisation, à l'air libre ou à l'abri.

Évidemment la perte d'humidité entraîne une augmentation de la valeur calorifique du bois, qui atteint sa valeur la plus élevée avec une humidité comprise entre 12 et 15 %. En effet, un taux d'humidité trop faible dans le bois conduirait, dans la plupart des installations de combustion disponibles aujourd'hui, à une combustion rapide et les fumées seraient rapidement évacuées avant de dégager la chaleur.

Ces valeurs d'humidité correspondent également à une meilleure stabilité du matériau. En réalité, le gain n'est pas si macroscopique, si l'on considère que le poids du bois diminue au cours du séchage ; en effet, si, comme il se doit, on considérait la variation du pouvoir calorifique sur un même volume, le gain en termes d'énergie serait plus limité.

D'autre part, il faut aussi considérer que le séchage du bois entraîne une meilleure qualité de combustion, moins de production de fumée et de goudron, une moindre usure des l'équipement et des rendements thermodynamiques plus élevés.

Coupure

Pour homogénéiser la composition des matériaux bois, on utilise le copeau, une opération mécanique qui permet de réduire les assortiments ligneux de tailles différentes en petits flocons (Chips, d'où le nom).

Ainsi, la manutention du matériel et l'approvisionnement des systèmes sont considérablement facilités.

La géométrie des copeaux varie avec les techniques de coupe, en effet les dimensions requises dépendent du type de système et, surtout , de son système d'alimentation. Ils ont une longueur qui varie de 15 à 50 mm, une largeur égale à la moitié et une épaisseur égale à 1/5-1/10 de la longueur (généralement les dimensions sont de 40x20x3mm).

La géométrie, la taille, la densité sont des caractéristiques importantes si les copeaux sont destinés à l'industrie du bois ; l'homogénéité, en revanche, est le paramètre le plus important pour les copeaux destinés à la combustion.

La présence de copeaux de dimensions inégales provoque souvent des blocages gênants dans les systèmes d'alimentation des systèmes automatiques.

L'homogénéité du matériau peut être obtenue par calibrage à travers des tamis. Un taux d'humidité du bois supérieur à 40% peut causer des problèmes dans le fonctionnement de la déchiqueteuse : après la coupe, il est donc nécessaire de garer le matériel sur place au bord de la route ou dans la place.

Dans tous les cas, l'humidité du bois ne doit pas descendre en dessous de 25 %.

Le stockage des copeaux pose des problèmes pour le séchage, car la détérioration et la perte de matière peuvent se produire en raison des processus de respiration et de fermentation microbiologique, la d'autant plus intense que la pile de stockage est profonde, l'humidité du combustible et la température extérieure (les mêmes processus de respiration et de fermentation, d'autre part, en augmentant la température et en favorisant l'évaporation de l'eau contenue dans les copeaux).

Sur le marché italien, il existe des déchiqueteuses de différentes puissances jusqu'à 15 MW, capables de traiter du bois de différentes tailles (avec des capacités de travail allant de quelques à un quelques dizaines de tonnes par heure), à la fois automoteurs et portés par des tracteurs agricoles.

Les premiers sont capables de traiter des bois de tous types d'essences, jusqu'à un diamètre de 30 cm. et ont des coûts d'investissement et d'exploitation élevés (le loyer coûte environ 150 euros pour une heure de fonctionnement), mais ils ont l'avantage d'une capacité de travail considérable et d'une faible utilisation de main-d'œuvre.

Les broyeurs montés aux trois points du tracteur ont de faibles coûts d'investissement et des coûts d'exploitation relativement faibles, mais nécessitent une alimentation manuelle et offrent de faibles capacités de travail.

Ils se distinguent par le système de coupe : celui-ci peut être à disque ou à tambour. Le premier, généralement utilisé dans les broyeurs de petite puissance, présente l'inconvénient de produire des queues de broyage qui bloquent la vis sans fin du système d'alimentation de la chaudière, mais présente en revanche des coûts d'investissement raisonnables, une facilité d'utilisation, une maintenance relativement aisée, des besoins en puissance moindres.

Le deuxième système de coupe est plus courant dans les machines automotrices de plus grande puissance.

Densification

Aux différents niveaux industriels de la chaîne d'approvisionnement en bois, des quantités importantes de résidus de bois de petite granulométrie sont produites (copeaux, sciure, bois, etc.) qui sont peu utilisables et posent parfois des problèmes d'élimination.

La densification de ces matériaux permet d'obtenir un combustible dense, sous forme de cubes, pastilles (petits cylindres de 8-10 mm de diamètre et 20-30 mm de longueur) et des briquettes (en forme de pain de savon ou de cylindre d'une longueur comprise entre 50 et 300 mm), qui peuvent être utilisées dans le processus de production ou qui peuvent être vendues à d'autres utilisateurs .

Les produits densifiés se caractérisent par une densité d'énergie élevée, une stabilité et une uniformité des dimensions, un faible pourcentage d'humidité. Par conséquent, ils ont des coûts de transport inférieurs et une plus grande facilité de stockage et d'utilisation, un meilleur contrôle et une plus grande efficacité de combustion.

La masse volumique des produits densifiés varie de 0,9 à 1,4 g/cm3, tandis que leur humidité peut varier dans des plages très larges (généralement de 5% à 10%).

Le processus de production est divisé en trois phases : stockage et préparation du matériau, séchage, densification.

Au départ, le bois est séparé des impuretés, réduit à des dimensions plus petites et plus uniformes et stocké sur des plates-formes ; de là, il est transporté à l'intérieur de fours de séchage, où l'humidité est réduite à des valeurs d'environ 10 %.

Puis la matière est densifiée par compression (presse à vis ou à piston) ou extrusion.

Les machines qui fonctionnent par extrusion chauffent la matière, provoquant, après refroidissement, la formation d'un film protecteur de lignine qui s'oppose à un retour d'humidité.

La qualité du produit et le coût énergétique requis (en moyenne 20 % de l'énergie contenue dans le matériau à densifier) dépendent de la les caractéristiques physico-chimiques de la matière première et le type de procédé utilisé.

Autres techniques de conditionnement

Parmi les produits de conditionnement, il faut citer le bois torréfié, (une forme d'énergie intermédiaire entre le bois et le charbon, à pouvoir calorifique supérieur à 5000 kcal/h, obtenu par traitement du bois à des températures d'environ 300 degrés, plus stable et plus homogène que la matière première et qui pose moins de problèmes de stockage et de transport) et le mélange sciure-combustible .

L'utilisation de ces produits répond cependant plutôt au besoin d'élimination des résidus de traitement qu'au besoin de valorisation énergétique.

Traduction automatique. Nous nous excusons pour toute inexactitude. Article original en italien.