Par William Belhadef m.ing. et Ahmed Koobaa, directeur du Laboratoire des biomatériaux de l’UQAT. Des granules combustibles intégrants le bouleau blanc et des graines de canola, c’est possible : Une opportunité d’affaires à évaluer pour les secteurs forestier et agricole régional.

1. Valorisation énergétique des fibres naturelles :
Développement de granules
biocombustibles améliorées
PROJET de RECHERCHE
Maîtrise en ingénierie
William BELHADEF
8eme activité
Filière biomasse en Abitibi-Ouest
SADC
le 26 mars 2015, à La Sarresous la direction de
Pr. Ahmed KOUBAA
Sébastien MIGNEAULT

2. Sources: Wood Pellet Association of Canada – photo du dôme, journal Le Soleil – Biomass market Argusmedia.com juil 2014
photo de la centrale Drax à Selby – Chris Allen
Pourquoi améliorer le pouvoir calorifique
prix – env 180$/t au port des Pays-Bas
Transport: 20 - 35 $/t par bateau
Silos du port à Québec
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Centrales thermiques :
• kg CO2 /t transportée
• $/MWh énergie
• MJ /t-km ou $/t-km de transport
Centrale Selby, Royaume-Uni

3. Objectif du projet
Produire des granules de qualité
avec un pouvoir calorifique supérieur:
Buts fixés:
1. Instrumenter une petite granuleuse commerciale en
une granuleuse de laboratoire;
2. Suivre un plan d’expérience pour identifier les
meilleures conditions opératoires.
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bouleau blanc + graines de canola

4. « De qualité » - nos cibles
Copeaux
de bois
notre granule Granules
de bois
torréfiées
Charbon
de bois
Charbon
fossile
Huile de
canola
bouleau
graine de
canola
Humidité % 30 - 55 7-10 8-9 1 - 5 1 - 5 10 - 15 -
Densité en vrac
Kg/m3
200 – 300 550-650 650 650 - 800 180 - 240 800 - 850 915
Pouvoir calorifique
(PCS) MJ/kg
7 - 12 18-20 27 18 - 24 30 - 32 23 - 28 39
Densité
énergétique
MJ/Litre
1.4 – 6 8-11 18 12 - 19 5 - 8 18 - 24 32 - 34
Source: SECTOR - MRNFQ
correspond à un mélange 15-20% de graines
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5. Cibles: critères mécaniques et physiques
Source: Garcia-Maraver - 2011
Exemple d’une norme d’Europe – granules à usage industriel
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6. Principe de la granulation
différentes épaisseurs
=
compressions différentes
Filières de 15 cm de
diamètre
100 trous de 6 mm
trace sous le rouleau
rouleau
filière
sciure
dessous
1
2
3
6 /15
2

7. Paramètres opératoires
Mélange ou produit Épaisseur de la filière
Graines de maïs 72mm
Alfalfa (herbes) 42mm
Bois résineux 30mm
Bois durs 42 mm
Sources: Leaver -1982; Ryder-2011; Stelte-2012; brevet US-2005.0230872
pour des granules de 6 mm de diamètre
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Les principaux:
 la température d’opération,
 l'humidité du mélange à granuler,
 la géométrie de la filière, …

8. Montage de la granuleuse
Granuleuse de laboratoire
Capacité 50-90kg/h (théorique)
Moteur 5,5 kW
Trémie chauffée
Acquisition des données sur PC
TREMIE
et VIS
MOTEUR
TETE
GRANULATION
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9. 1er phase: essais exploratoires
Quelques essais pour :
• Ajustements techniques,
• Cerner les domaines de concentrations en graine et en humidité,
• Voir les influences de la granulométrie et du débit d’alimentation…
9/349 /15
2ème phase: plan d’expérience
Paramètres fixés :
• Taux de compression de 8, soit 50 mm/6 mm,
• Alimentation en sciure/graine: 80°C,
• Granulométrie: taille de 0.5 à 1.4 mm...
Paramètres variés:
• Compositions du mélange,
• Débit d’alimentation / temps de séjour,
• Vitesse de rotation de la filière...
Expérimentations

10. Exemples de mesure
Résistance à la
compression diamétrale
Résistance à la flexion 3 points
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Force avant éjection de
la filière
force d’écrasement
force de rupture

11. Exemple de mesure / résultat
Test d’abrasion
des granules
ou durabilité aux transports
% de granules restantes
après abrasion
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taux en humidité de la sciure
composition-encanola
%22,52017,515
%
22,5
20
17,5
15
>
–
< 97
97 98
98
J7
durabilité
durabilité vs composition en canola et humidité de l'alimentation
FRAGILE
DURS
Exemple de résultats sur
l’abrasion

12. Principaux résultats: granule améliorée
Formulation
Eau
(% base
humide)
Graine
(% base sec)
Résistance à
l'abrasion en %
Humidité %
après 7 jours
Pouvoir
calorifique MJ/kg
Débit
12 kg/h
15% 15% 92
8
à
11
25% 25% 97
20% 25% 98
20% 20% 98
Débit
30 kg/h
15% 15% 71
15% 25% 97
25% 25% 89
20% 15% 95
20% 20% 98
Norme (exemple) limites >97,0 < 10,0 >17,0
Sciure de bouleau blanc 14 20
Graine de canola broyée 4 28
Huile de canola - 39
Littérature: bouleau blanc 18,8 – 20,8 MJ/kg
granule de bois torréfié 18 – 24 MJ/kg
12 /15
22
à
23

13. Conclusion
Granule de qualité à partir d’un mélange de
15-20% de graines
15-20% d’humidité
avec une filière de 50 mm d’épaisseur
temps de séjour dans la filière: 20-25 sec
 Pouvoir calorifique amélioré de 10 % par rapport à
des granules génériques: 22 kJ/kg contre 20 kJ/kg
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14. Avant d’aller plus loin ...
 Taux de retour énergétique à calculer
bouleau blanc: 16 m3/ha moyenne
8 T /ha (sec)
graine de canola: 1.5 T /ha
~ 30% de l’énergie contenue dans la granule 100% bois
= énergies pour la coupe, granulation, transport…
 Essais de performance en combustion:
tests en chaudière
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Sources: MRNFQ – 2005 ; La financière agricole du Québec – 2011
Hanne K. Sjolie - 2011
 Abaisser le taux d’humidité de la granule:
essais avec d’autres filières / géométrie de canal…

15. Merci
Valorisation énergétique des fibres naturelles:
Développement de granules biocombustibles améliorées
à base de bouleau blanc et de graine de canola
un merci pour l’aide
apportée par
CFNO
CTRI
Les Œufs Richard