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Energies renouvelables
Waste-To-Energy (WTE)
Yann Delamadeleine, MSc – Senior Business Consultant
8 juin 2016
20160608-001 V1.00
Agenda
Types d’énergies
La Biomasse
WTE – Généralités
WTE – Comment ça marche ?
WTE – Les enjeux
WTE – Les perspectives
Agir de manière responsable face aux déchets
Questions / réponses
08.06.2016 20160608-001 V1.00 2
08.06.2016 20160608-001 V1.00 3
Types d’énergies
Énergies non renouvelables (dites « traditionnelles ») :
 Pétrole
 Charbon
 Gaz naturel
 Nucléaire traditionnel et Nucléaire « sûr »
08.06.2016 20160608-001 V1.00 4
Types d’énergies
Énergies renouvelables actuellement disponibles :
 Hydroélectrique (accumulation / fil de l’eau / pompage-turbinage)
 Solaire (PV + thermique) onshore et offshore (îles solaires)
 Éolien (onshore / offshore) / Tour à vent / Tour solaire
 Marémotrice / houlomotrice / hydrolienne (courants marins)
 Géothermique / Maréthermique (hydrothermique)
 Biomasse / WTE
 Biocarburants (bioéthanols, biodiesels)
 Hydrogène (piles à combustibles)
08.06.2016 20160608-001 V1.00 5
Types d’énergies
Énergies renouvelables disponibles dans le futur :
 Sources d’énergies personnelles (mouvements du corps humain,
capteurs piézoélectriques au sol…)
 Sources d’énergies basées sur la récupération (flux d’air urbain,
vibrations, bruits…)
 LENR (Réactions nucléaires à basse énergie – Fusion froide) ?
 Neutrinos (rayonnement cosmique) ??
 Antimatière ???
08.06.2016 20160608-001 V1.00 6
Types d’énergies
Procédés renouvelables
 Cogénération (mécanique / thermique)
 Stockage (batteries / réservoirs)
Procédés logistiques et économiques
 Optimisation (production / transport / distribution)
Procédés personnels responsables
 Économies !
08.06.2016 20160608-001 V1.00 7
La Biomasse comme source potentielle d’énergie
08.06.2016 20160608-001 V1.00 8
La Biomasse (énergie), qu’est-ce-que c’est ?
Dans le domaine de l'énergie, et plus particulièrement des bioénergies la biomasse énergie est
la partie de la biomasse utilisée ou utilisable comme source d'énergie ; soit directement par
combustion (ex : bois énergie), soit indirectement après méthanisation (biogaz) ou de nouvelles
transformations chimiques (agrocarburant). La biomasse peut être toute matière organique
d'origine végétale (microalgues incluses), animale, bactérienne ou fongique (champignons). La
source de biomasse peut être la nature sauvage et/ou cultivée (agrocarburants,
agrocombustibles).
Une définition juridique française plus restrictive est : « fraction biodégradable des produits,
déchets et résidus provenant de l'agriculture, y compris les substances végétales et animales
issues de la terre et de la mer, de la sylviculture et des industries connexes, ainsi que la fraction
biodégradable des déchets industriels et ménagers ».
Trois modes de valorisations coexistent : thermique, chimique et biochimique.
08.06.2016 20160608-001 V1.00 9
08.06.2016 20160608-001 V1.00 10
WTE – Qu’est-ce-que c’est ?
WTE, W2E or EFW (Waste-to-Energy – Energy-from-Waste)
Revalorisation des déchets
Production d’énergie à partir des déchets
« Carburant INÉPUISABLE » : MSW (Municipal Solid Waste)
Déchets ménagers solides…
…et toutes les autres sortes de déchets (agricoles, industriels…)
08.06.2016 20160608-001 V1.00 11
Le cycle WTE
08.06.2016 20160608-001 V1.00 12
Le WTE fait partie d’une économie circulaire
08.06.2016 20160608-001 V1.00 13
WTE – Comment ça marche ? (1)
1. Incinération par la com-
bustion des déchets
(oxydation complète à
env. 850 °C)
Utilisation d’incinérateurs
Résultats :
 Chaleur (70 à 80 % de rendement)
 Électricité (via turbines à vapeur) : 20 à 25 % de rendement
 Cendres (10 à 30 % de la masse incinérée !!)
08.06.2016 20160608-001 V1.00 14
WTE – Comment ça marche ? (2)
2. Gazéification 600 – 1’800 °C
Décomposition des déchets en syngaz (composé de CO, H2, CH4 et CO2)
Moins de 10 % de résidus (cendres inertes)
3. Dé-polymérisation thermique (C-18) 250 – 500 °C
Décomposition des déchets en “Pétrole synthétique” qui peut être raffiné
4. Pyrolyse 200 – 1’000 °C
Production de bitumes combustibles, de bio-pétrole et de bio-charbon
5. Gazéification par torches à plasma 2’000 – 3’000 °C
Décomposition des déchets en syngaz riche utilisable pour les piles à
combustibles, pour générer l’électricité nécessaire aux torches, des silices
vitrifiées, des lingots métalliques, des sels et du souffre.
08.06.2016 20160608-001 V1.00 15
Gazéification contre Incinération (1)
08.06.2016 20160608-001 V1.00 16
Gazéification contre Incinération (2)
Déchets Réacteur
Séchage
Pyrolyse
Atmosphère contrôlée Oxydation partielle
Réduction
Syngaz Cendres
08.06.2016 20160608-001 V1.00 17
WTE – Comment ça marche ? (3)
6. Décomposition anaérobique
Biogaz riche en méthane (CH4)
7. Fermentation
Production d’éthanol, d’acide lactique et d’hydrogène
8. Traitements biomécaniques (MBT)
Exemple : séparation mécanique des déchets en « deux » puis
décomposition anaérobique et gazéification et/ou pyrolyse
pour génération de bio-diesel.
08.06.2016 20160608-001 V1.00 18
WTE – Les enjeux (1)
Réduire le nombre et assainir les décharges à ciel ouvert
Traitement des déchets «du jour» et des déchets enfouis !
08.06.2016 20160608-001 V1.00 19
WTE – Les enjeux (2)
Réduire les émissions de gaz à effet de serre (GHG)
a) CH4 capté et maîtrisé b) CO2 rejeté neutre
L’effet de serre du méthane (CH4) est 21 fois plus grand que celui du CO2 !
08.06.2016 20160608-001 V1.00 20
WTE – Les enjeux (3)
a) Dégradation contrôlée des déchets pour générer le méthane
(par décomposition anaérobique ou gazéification)
Naturellement, les déchets fermentent
et émettent du CH4 dans l’air lorsqu’ils
sont stockés dans les décharges!
Captage de méthane
depuis une décharge enfouie
08.06.2016 20160608-001 V1.00 21
WTE – Les enjeux (4)
b) Le processus de gazéification / pyrolyse n’émet pas de CO2
et quasiment pas d’autres substances !
La combustion du méthane issu des déchets provenant de la
biomasse (plantes) est neutre du point de vue des émissions de CO2 !
En effet, ce CO2 a été absorbé par les végétaux lors de leur croissance !
08.06.2016 20160608-001 V1.00 22
WTE – Les enjeux (5)
Palier au déficit énergétique
50 tonnes de déchets municipaux solides traités par jour par
une unité WTE (gasification/pyrolyse) sont transformées en :
- 40’000 kWh d’électricité (1.7 MW sur 24 heures)
- 10’000 litres de biodiesel EN-590
- 5’000 litres d’eau « grise »
- 1 tonne de bio-charbon
Les besoins énergétiques de l’unité WTE sont couverts par
l’équivalent de moins de 10 % des déchets traités.
08.06.2016 20160608-001 V1.00 23
WTE – Les enjeux (6)
Obéir aux réalités économiques (exemple à Melbourne, AUS)
Coût d’une installation WTE : USD 18’000’000 (Besoin en fonds propres 10 %)
Revenus :
14’400’000 kWh / an USD 1’590’000 @ USD 0.11 / kWh
3’500’000 l biodiesel / an USD 3’430’000 @ USD 0.98 / l EN-590
14’000 t MSW éliminées / an USD 980’000 @ USD 70.00 / t
Coûts de fonctionnement : USD 1’600’000
Marge opérationnelle (EBITDA) USD 4’400’000
Amortissements, intérêts, provisions et taxes USD 3’000’000 (en moyenne sur 10 ans)
Profit net USD 1’400’000 (en moyenne sur 10 ans – ROE 77 %)
Il est facile d’amortir une telle installation sur 10 à 12 ans et d’offrir
une excellente rentabilité aux partenaires financiers !
08.06.2016 20160608-001 V1.00 24
WTE – Les enjeux (7)
Améliorer la qualité de vie des populations (exemple à Tagum, PHL)
69 familles ( 350 personnes vivent « de et/ou dans la décharge » !
08.06.2016 20160608-001 V1.00 25
WTE – Les enjeux (8)
Améliorer la qualité de vie des populations (exemple à Tagum, PHL)
La centrale WTE permettra de faire disparaître la décharge à terme !
Un programme social est prévu (clinique, école…) ainsi que de l’embauche !
08.06.2016 20160608-001 V1.00 26
WTE – Les enjeux (9)
Participer de manière significative à la Croissance Verte !
1. Le marché mondial du WTE, en très forte croissance, est estimé à
USD 33 mia pour 2023 (en 2015 : USD 21 mia) !
2. Les activités vertes sont porteuses d’emplois nouveaux non
délocalisables (nouvelles filières de formations « vertes ») !
3. WTE est désigné comme une technologie qui pourrait faire réussir la
transition énergétique de l’Afrique !
08.06.2016 20160608-001 V1.00 27
WTE – Les enjeux (10)
Participer à la résolution de grands problèmes
1. 2.6 mia d’humains n’ont pas accès à un système sanitaire digne de ce nom !
2. 1.3 mia d’humains n’ont pas accès à l’électricité !
3. 900 mio d’humains n’ont pas accès à l’eau potable !
WTE contribue à apporter des solutions à tous ces problèmes !
08.06.2016 20160608-001 V1.00 28
WTE – Les perspectives (1)
Incinération
Quantité traitée : 50 tonnes / jour
Pouvoir calorifique des déchets : 10 MJ/kg
Chaleur brute : 5.79 MW
Chaleur nette : 4.63 MW
Puissance électrique : 1.41 MW
Chaleur exploitable : 2.06 MW
Puissance totale : 3.47 MW
Rendement général : 60 %
WTE (gazéification / pyrolyse)
Quantité traitée : 50 tonnes / jour
Énergie intrinsèque des déchets : 10 MJ/kg
Puissance intrinsèque : 5.79 MW
Puissance électrique : 1.70 MW
Production de diesel EN-590 10’000 l / jour
Pouvoir calorifique EN-590 36 MJ / l
« Puissance EN-590» 4.17 MW
Puissance totale : 5.87 MW
Rendement général : 101 %
08.06.2016 20160608-001 V1.00 29
WTE – Les perspectives (2)
En Suisse, 20 millions de tonnes de déchets sont générés par an dont 3 millions de tonnes de déchets
ménagers avec un taux de recyclage de 53.4 % (leader mondial en 2014) !
En traitant les déchets avec les technologies les plus actuelles, on peut imaginer les chiffres suivants :
Puissance électrique : 280 MW (9 % de la capacité nucléaire installée)
Diesel EN-590 : 600’000’000 l / an (600 millions de litres)
Nb de kilomètres parcourus : 9.62 mia km / an (4’500’000 voitures en Suisse -> 2’136 km / an / voiture)
Nb unités WTE de 50 t MSW / jour : 164 (Une unité pour 50’000 habitants)
08.06.2016 20160608-001 V1.00 30
Agir de manière responsable face aux déchets
Refuse : Refuser les emballages (initiative zéro-déchets)
Reuse : Réutiliser / réparer / ne pas jeter si cela fonctionne
Recycling : Recycler (verre, métaux, matériaux de construction…)
Energy recovery : Extraire l’énergie des déchets (WTE)
Reduce : Réduire « la taille de sa poubelle » (Le tri)
Les déchets sont à considérer comme une ressource !
08.06.2016 20160608-001 V1.00 31
Le tri des déchets
Exemple d’instructions en Inde
(Bangalore)
08.06.2016 20160608-001 V1.00 32
Bilan en Angleterre (2010)
08.06.2016 20160608-001 V1.00 33
08.06.2016 20160608-001 V1.00 34
Questions / réponses
08.06.2016 20160608-001 V1.00 35

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Énergies renouvelables - Valorisation des déchets (Waste To Energy - WTE)

  • 1. Energies renouvelables Waste-To-Energy (WTE) Yann Delamadeleine, MSc – Senior Business Consultant 8 juin 2016 20160608-001 V1.00
  • 2. Agenda Types d’énergies La Biomasse WTE – Généralités WTE – Comment ça marche ? WTE – Les enjeux WTE – Les perspectives Agir de manière responsable face aux déchets Questions / réponses 08.06.2016 20160608-001 V1.00 2
  • 4. Types d’énergies Énergies non renouvelables (dites « traditionnelles ») :  Pétrole  Charbon  Gaz naturel  Nucléaire traditionnel et Nucléaire « sûr » 08.06.2016 20160608-001 V1.00 4
  • 5. Types d’énergies Énergies renouvelables actuellement disponibles :  Hydroélectrique (accumulation / fil de l’eau / pompage-turbinage)  Solaire (PV + thermique) onshore et offshore (îles solaires)  Éolien (onshore / offshore) / Tour à vent / Tour solaire  Marémotrice / houlomotrice / hydrolienne (courants marins)  Géothermique / Maréthermique (hydrothermique)  Biomasse / WTE  Biocarburants (bioéthanols, biodiesels)  Hydrogène (piles à combustibles) 08.06.2016 20160608-001 V1.00 5
  • 6. Types d’énergies Énergies renouvelables disponibles dans le futur :  Sources d’énergies personnelles (mouvements du corps humain, capteurs piézoélectriques au sol…)  Sources d’énergies basées sur la récupération (flux d’air urbain, vibrations, bruits…)  LENR (Réactions nucléaires à basse énergie – Fusion froide) ?  Neutrinos (rayonnement cosmique) ??  Antimatière ??? 08.06.2016 20160608-001 V1.00 6
  • 7. Types d’énergies Procédés renouvelables  Cogénération (mécanique / thermique)  Stockage (batteries / réservoirs) Procédés logistiques et économiques  Optimisation (production / transport / distribution) Procédés personnels responsables  Économies ! 08.06.2016 20160608-001 V1.00 7
  • 8. La Biomasse comme source potentielle d’énergie 08.06.2016 20160608-001 V1.00 8
  • 9. La Biomasse (énergie), qu’est-ce-que c’est ? Dans le domaine de l'énergie, et plus particulièrement des bioénergies la biomasse énergie est la partie de la biomasse utilisée ou utilisable comme source d'énergie ; soit directement par combustion (ex : bois énergie), soit indirectement après méthanisation (biogaz) ou de nouvelles transformations chimiques (agrocarburant). La biomasse peut être toute matière organique d'origine végétale (microalgues incluses), animale, bactérienne ou fongique (champignons). La source de biomasse peut être la nature sauvage et/ou cultivée (agrocarburants, agrocombustibles). Une définition juridique française plus restrictive est : « fraction biodégradable des produits, déchets et résidus provenant de l'agriculture, y compris les substances végétales et animales issues de la terre et de la mer, de la sylviculture et des industries connexes, ainsi que la fraction biodégradable des déchets industriels et ménagers ». Trois modes de valorisations coexistent : thermique, chimique et biochimique. 08.06.2016 20160608-001 V1.00 9
  • 11. WTE – Qu’est-ce-que c’est ? WTE, W2E or EFW (Waste-to-Energy – Energy-from-Waste) Revalorisation des déchets Production d’énergie à partir des déchets « Carburant INÉPUISABLE » : MSW (Municipal Solid Waste) Déchets ménagers solides… …et toutes les autres sortes de déchets (agricoles, industriels…) 08.06.2016 20160608-001 V1.00 11
  • 12. Le cycle WTE 08.06.2016 20160608-001 V1.00 12
  • 13. Le WTE fait partie d’une économie circulaire 08.06.2016 20160608-001 V1.00 13
  • 14. WTE – Comment ça marche ? (1) 1. Incinération par la com- bustion des déchets (oxydation complète à env. 850 °C) Utilisation d’incinérateurs Résultats :  Chaleur (70 à 80 % de rendement)  Électricité (via turbines à vapeur) : 20 à 25 % de rendement  Cendres (10 à 30 % de la masse incinérée !!) 08.06.2016 20160608-001 V1.00 14
  • 15. WTE – Comment ça marche ? (2) 2. Gazéification 600 – 1’800 °C Décomposition des déchets en syngaz (composé de CO, H2, CH4 et CO2) Moins de 10 % de résidus (cendres inertes) 3. Dé-polymérisation thermique (C-18) 250 – 500 °C Décomposition des déchets en “Pétrole synthétique” qui peut être raffiné 4. Pyrolyse 200 – 1’000 °C Production de bitumes combustibles, de bio-pétrole et de bio-charbon 5. Gazéification par torches à plasma 2’000 – 3’000 °C Décomposition des déchets en syngaz riche utilisable pour les piles à combustibles, pour générer l’électricité nécessaire aux torches, des silices vitrifiées, des lingots métalliques, des sels et du souffre. 08.06.2016 20160608-001 V1.00 15
  • 16. Gazéification contre Incinération (1) 08.06.2016 20160608-001 V1.00 16
  • 17. Gazéification contre Incinération (2) Déchets Réacteur Séchage Pyrolyse Atmosphère contrôlée Oxydation partielle Réduction Syngaz Cendres 08.06.2016 20160608-001 V1.00 17
  • 18. WTE – Comment ça marche ? (3) 6. Décomposition anaérobique Biogaz riche en méthane (CH4) 7. Fermentation Production d’éthanol, d’acide lactique et d’hydrogène 8. Traitements biomécaniques (MBT) Exemple : séparation mécanique des déchets en « deux » puis décomposition anaérobique et gazéification et/ou pyrolyse pour génération de bio-diesel. 08.06.2016 20160608-001 V1.00 18
  • 19. WTE – Les enjeux (1) Réduire le nombre et assainir les décharges à ciel ouvert Traitement des déchets «du jour» et des déchets enfouis ! 08.06.2016 20160608-001 V1.00 19
  • 20. WTE – Les enjeux (2) Réduire les émissions de gaz à effet de serre (GHG) a) CH4 capté et maîtrisé b) CO2 rejeté neutre L’effet de serre du méthane (CH4) est 21 fois plus grand que celui du CO2 ! 08.06.2016 20160608-001 V1.00 20
  • 21. WTE – Les enjeux (3) a) Dégradation contrôlée des déchets pour générer le méthane (par décomposition anaérobique ou gazéification) Naturellement, les déchets fermentent et émettent du CH4 dans l’air lorsqu’ils sont stockés dans les décharges! Captage de méthane depuis une décharge enfouie 08.06.2016 20160608-001 V1.00 21
  • 22. WTE – Les enjeux (4) b) Le processus de gazéification / pyrolyse n’émet pas de CO2 et quasiment pas d’autres substances ! La combustion du méthane issu des déchets provenant de la biomasse (plantes) est neutre du point de vue des émissions de CO2 ! En effet, ce CO2 a été absorbé par les végétaux lors de leur croissance ! 08.06.2016 20160608-001 V1.00 22
  • 23. WTE – Les enjeux (5) Palier au déficit énergétique 50 tonnes de déchets municipaux solides traités par jour par une unité WTE (gasification/pyrolyse) sont transformées en : - 40’000 kWh d’électricité (1.7 MW sur 24 heures) - 10’000 litres de biodiesel EN-590 - 5’000 litres d’eau « grise » - 1 tonne de bio-charbon Les besoins énergétiques de l’unité WTE sont couverts par l’équivalent de moins de 10 % des déchets traités. 08.06.2016 20160608-001 V1.00 23
  • 24. WTE – Les enjeux (6) Obéir aux réalités économiques (exemple à Melbourne, AUS) Coût d’une installation WTE : USD 18’000’000 (Besoin en fonds propres 10 %) Revenus : 14’400’000 kWh / an USD 1’590’000 @ USD 0.11 / kWh 3’500’000 l biodiesel / an USD 3’430’000 @ USD 0.98 / l EN-590 14’000 t MSW éliminées / an USD 980’000 @ USD 70.00 / t Coûts de fonctionnement : USD 1’600’000 Marge opérationnelle (EBITDA) USD 4’400’000 Amortissements, intérêts, provisions et taxes USD 3’000’000 (en moyenne sur 10 ans) Profit net USD 1’400’000 (en moyenne sur 10 ans – ROE 77 %) Il est facile d’amortir une telle installation sur 10 à 12 ans et d’offrir une excellente rentabilité aux partenaires financiers ! 08.06.2016 20160608-001 V1.00 24
  • 25. WTE – Les enjeux (7) Améliorer la qualité de vie des populations (exemple à Tagum, PHL) 69 familles ( 350 personnes vivent « de et/ou dans la décharge » ! 08.06.2016 20160608-001 V1.00 25
  • 26. WTE – Les enjeux (8) Améliorer la qualité de vie des populations (exemple à Tagum, PHL) La centrale WTE permettra de faire disparaître la décharge à terme ! Un programme social est prévu (clinique, école…) ainsi que de l’embauche ! 08.06.2016 20160608-001 V1.00 26
  • 27. WTE – Les enjeux (9) Participer de manière significative à la Croissance Verte ! 1. Le marché mondial du WTE, en très forte croissance, est estimé à USD 33 mia pour 2023 (en 2015 : USD 21 mia) ! 2. Les activités vertes sont porteuses d’emplois nouveaux non délocalisables (nouvelles filières de formations « vertes ») ! 3. WTE est désigné comme une technologie qui pourrait faire réussir la transition énergétique de l’Afrique ! 08.06.2016 20160608-001 V1.00 27
  • 28. WTE – Les enjeux (10) Participer à la résolution de grands problèmes 1. 2.6 mia d’humains n’ont pas accès à un système sanitaire digne de ce nom ! 2. 1.3 mia d’humains n’ont pas accès à l’électricité ! 3. 900 mio d’humains n’ont pas accès à l’eau potable ! WTE contribue à apporter des solutions à tous ces problèmes ! 08.06.2016 20160608-001 V1.00 28
  • 29. WTE – Les perspectives (1) Incinération Quantité traitée : 50 tonnes / jour Pouvoir calorifique des déchets : 10 MJ/kg Chaleur brute : 5.79 MW Chaleur nette : 4.63 MW Puissance électrique : 1.41 MW Chaleur exploitable : 2.06 MW Puissance totale : 3.47 MW Rendement général : 60 % WTE (gazéification / pyrolyse) Quantité traitée : 50 tonnes / jour Énergie intrinsèque des déchets : 10 MJ/kg Puissance intrinsèque : 5.79 MW Puissance électrique : 1.70 MW Production de diesel EN-590 10’000 l / jour Pouvoir calorifique EN-590 36 MJ / l « Puissance EN-590» 4.17 MW Puissance totale : 5.87 MW Rendement général : 101 % 08.06.2016 20160608-001 V1.00 29
  • 30. WTE – Les perspectives (2) En Suisse, 20 millions de tonnes de déchets sont générés par an dont 3 millions de tonnes de déchets ménagers avec un taux de recyclage de 53.4 % (leader mondial en 2014) ! En traitant les déchets avec les technologies les plus actuelles, on peut imaginer les chiffres suivants : Puissance électrique : 280 MW (9 % de la capacité nucléaire installée) Diesel EN-590 : 600’000’000 l / an (600 millions de litres) Nb de kilomètres parcourus : 9.62 mia km / an (4’500’000 voitures en Suisse -> 2’136 km / an / voiture) Nb unités WTE de 50 t MSW / jour : 164 (Une unité pour 50’000 habitants) 08.06.2016 20160608-001 V1.00 30
  • 31. Agir de manière responsable face aux déchets Refuse : Refuser les emballages (initiative zéro-déchets) Reuse : Réutiliser / réparer / ne pas jeter si cela fonctionne Recycling : Recycler (verre, métaux, matériaux de construction…) Energy recovery : Extraire l’énergie des déchets (WTE) Reduce : Réduire « la taille de sa poubelle » (Le tri) Les déchets sont à considérer comme une ressource ! 08.06.2016 20160608-001 V1.00 31
  • 32. Le tri des déchets Exemple d’instructions en Inde (Bangalore) 08.06.2016 20160608-001 V1.00 32
  • 33. Bilan en Angleterre (2010) 08.06.2016 20160608-001 V1.00 33
  • 35. Questions / réponses 08.06.2016 20160608-001 V1.00 35