Première mondiale de captation de CO₂ sur chaudière bois pour culture sous serre

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Article paru dans le Bioénergie International n°62 de l’été 2019

La société Duurzame Energie Sirjansland (DES), ou Énergie Renouvelable Sirjansland en français, a été créée en 2017 par un consortium de trois serristes des Pays-Bas. Ces serres existent depuis une vingtaine d’années, mais il y a environ cinq ans, les producteurs ont uni leurs forces pour lutter contre la hausse des coûts du gaz et pour contribuer à la transition énergétique. La chaleur géothermique et la méthanisation n’étant pas réalisable dans leur secteur, les entrepreneurs ont appris que de grandes quantité de biomasse de leur région n’étaient pas utilisées et qu’elle était de fait exportée en Allemagne. Ils ont ainsi mis en service une chaufferie à bois située au beau milieu de leurs serres dans le petit village de Sirjansland situé dans l’île de Zélande, en plein cœur de la Hollande maritime. Et en plus, ils ont ajouté au projet une installation unique au monde de captage du CO₂ sur chaudière à biomasse.

La nécessaire transition énergétique

À l’heure de l’urgence climatique, mais aussi de la prochaine fermeture des champs gaziers de Groningue pour cause d’affaissement de cette région littorale, le gouvernent néerlandais a mis en place une politique incitative de remplacement du gaz par des sources d’énergie renouvelable. Il s’est notamment engagé à réduire les émissions de CO₂ du pays d’ici 2030 à 49 % des niveaux de 1990. Le secteur de l’horticulture aux Pays-Bas, très gros consommateur de gaz, doit ainsi trouver des alternatives plus respectueuses de l’environnement !

Le projet DES permet de substituer 6,5 millions de mètres cubes de gaz naturel par an par du bois pour produire des milliers de tonnes de tomates et d’aubergines. Cela représente 70 % des besoins en gaz des trois serristes. Parallèlement, une autre pratique de la profession, consistant à utiliser du CO₂ pour favoriser la croissance des plantes, était également en contradiction avec les objectifs cités précédemment car ce CO₂ était produit à partir d’hydrocarbures fossiles. L’idée a donc germé de produire du CO₂ renouvelable à partir de la combustion de la biomasse utilisée pour le chauffage des serres. Le CO₂ renouvelable du bois sert alors à substituer deux CO₂ fossiles, celui du gaz et celui du CO₂ acheté. Cette substitution représente au global 12 000 tonnes de CO₂ par an.

La réalisation des équipements techniques a été confiée à l’entreprise Vyncke pour la chaufferie biomasse et à l’entreprise Frames pour le captage du CO₂. L’investissement total se monte à 8 M€, dont 3 pour la chaufferie, 2 pour le CO₂ et 2 pour le génie civil.

La chaudière biomasse Vyncke à grille DWS-Hybrid, la plus polyvalente au monde

Pour garantir la rentabilité de leur investissement les porteurs du projet ont recours à la biomasse la moins chère : des produits d’élagage, la fraction ligneuse des déchets verts et en abondance des refus de criblage des compostières. Il en résulte un combustible grossier (P200), potentiellement très humide mais surtout très riche en minéraux avec toujours plus de 10 % de minéraux et parfois plus de 15 %. Le maximum acceptable par la grille Vyncke DWS-Hybrid est de 25 % de minéraux.

Pour brûler des biocombustibles soit très humides, soit secs, soit riches en minéraux, ou les trois mélangés, et sans faire de mâchefer, Vyncke a développé une grille unique au monde : la DWS-Hybrid. Elle combine en un seul équipement plusieurs technologies développées par Vyncke depuis les années 1980.

La chaudière Vyncke de DES est donnée pour 8 MW avec un bois à 55 % d’humidité, mais la grille accepte aussi le bois sec, car elle est composée de cinq zones de combustion hybrides. Deux zones en haut du foyer, au niveau de l’introduction du bois, sont refroidies par eau, alors que les trois zones en contrebas sont refroidies par air. En cas d’utilisation de bois sec, la combustion s’opère rapidement sur les zones du haut, sans encombre car refroidies assez fortement par l’eau. En cas d’utilisation de bois humide, la combustion se prolonge sur l’ensemble des cinq zones. Et les deux combustibles peuvent aussi être mélangés et conduire au même résultat. Pour faciliter le séchage du bois et le maintien de températures élevées dans le foyer, l’air de combustion est préchauffé dans l’économiseur à tubes de fumée de la chaudière.

En sortie des circuits d’échange, les gaz de combustion sont dépoussiérés par un filtre cyclonique, puis par un filtre à manches. Les valeurs limites d’émission sont très sévères avec un maximum autorisé de 5 mg/Nm³ à 6 % d’O₂ pour les poussières. Les émissions d’oxydes d’azote sont quant à elles maîtrisées par un recyclage des gaz de combustion au niveau du foyer, afin de pratiquer une combustion étagée et pas trop oxydante pour l’azote de l’air comburant, mais aussi par l’injection proportionnelle d’urée dans la chambre de combustion. La VLE pour les NOx est de 145 mg/Nm³.

Le captage de CO₂

Frames, le fournisseur de la technologie, est une société néerlandaise de 200 personnes fondée en 1984. Elle conçoit et fournit au niveau mondial des solutions sur mesure pour l’industrie pétrolière et gazière. Récemment, elle s’est également spécialisée dans les solutions pour l’eau, l’énergie renouvelable et notamment les technologies de séparation pour le biogaz.

Pour ce projet en biomasse solide, Frames a utilisé la technologie Galloxol® pour le captage et la purification du carbone pour produire un CO₂ de haute qualité. Cette technologie dite de lavage aux amines, avait d’abord été conçue pour le captage de CO₂ dans l’industrie du pétrole et du gaz. Et il y a un peu plus de cinq ans, la société a adapté sa technologie à l’élimination du CO₂ sur le marché du biogaz.

Pour le projet DES, forcément différent des précédents du fait de la chimie particulière du bois, Frames s’est rapproché de la société Vyncke, qui pratique la biomasse depuis 1912, pour développer le système complet avec elle.

Description du processus de captation de CO₂

Après que le bois ait brûlé, les gaz de combustion riches en CO₂ passent par un condenseur où ils sont dissouts dans du Gallaxol, un solvant respectueux de l’environnement et qui absorbe le CO₂. Le Gallaxol est en effet conçu pour prélever de manière très sélective le CO₂ dans les gaz de combustion en laissant les autres composants libres. Les autres gaz que le CO₂ sortent donc de l’absorbeur comme s’il s’agissait d’une cheminée normale.

On récupère donc le Galloxol chargé en CO₂ et en eau de la condensation. Ce liquide est chauffé à environ 140 °C et le Galloxol libère le CO₂ et se régénère. L’eau s’évapore de nouveau et on récupère donc CO₂ et H₂O en phase gazeuse. Ce mélange gazeux est ensuite asséché en deux étapes de condensation (45 °C, puis -3 à -10 °C). Le CO₂ sec est ensuite « nettoyé » dans un « oxydeur » pour enlever les éventuelles odeurs.

L’installation génère 2,2 tonnes de CO₂ par heure, pur à 99,8 %. Elle comprend également un analyseur de gaz pour vérifier la qualité du CO₂ sur plusieurs composants traces. Cette analyse vérifie en particulier les niveaux de NOx et d’éthylène qui sont des sous-produits de la combustion qui préoccupent les producteurs de légumes. En cas de détection d’éléments indésirables, le CO₂ est évacué dans l’atmosphère.

Le CO₂ conforme est quant à lui collecté dans deux gazomètres de 4 200 m³ chacun en forme de ballon. Le CO₂ y est stocké à 4,2 mbar de pression et comme il pèse alors 1,76 kg/m³, chaque ballon en contient 7,4 tonnes. Il est ensuite poussé à travers 27 km de conduites qui le distribuent dans les serres.

Signalons enfin que par rapport à l’achat de CO₂ liquide, l’unité de DES permet de produire un CO₂ à la moitié du prix de marché, amortissement et exploitation compris.

L’ensemble des équipements, chaufferie et captage, est géré par deux personnes.

Contacts :

• Duurzame Energie Sirjansland :
 www.des-bv.nl
• Chaudiériste : www.vyncke.com –
  • Contact francophone : Jérôme Béarelle
+33 619 88 33 53 – jbe@vyncke.com
  • Contact néerlandais : Claude Van Hoornweder +32 497 051 698 – cvh@vyncke.com
• Captation de CO₂ : Nick ten Asbroek
 /+31 651 968 979 / +31 172 461 600 – n.ten.asbroek@frames-group.com – 
www.frames-group.com
• Pont roulant : www.dcb.dk
• Trémie de la chaudière à fond mouvant : www.cargofloor.com
• Convoyeurs de bois silo-chaufferie : www.trasmec.com
• Filtre à manches : www.scheuch.com

Frédéric Douard, en reportage à Sirjansland