Agriculture carboneutre : repenser les tâches agricoles énergivores

Description

Plusieurs tâches en milieu agricole sont associées avec une forte demande en énergie, tels que chauffage des serres, le séchage des grains ou l’utilisation de machinerie. À l’heure actuelle, au Québec comme ailleurs dans le monde, la majorité de ces besoins sont comblés par l’utilisation de combustibles fossiles. Paradoxalement, les ressources en énergie renouvelables sont abondantes en milieu agricole, on a qu’à penser à la biomasse résiduelle (BR, n’entrant pas en conflit avec l’alimentation) ou à l’énergie solaire.

En considérant que les grandes cultures (maïs ou céréales à paille) génèrent entre 5 et 20 tonnes/ha/an de BR, l’agriculture peut faire plus que combler ses propres besoins, par le fait même non seulement effacer son empreinte carbone mais aussi de contribuer à assainir celle d’autre secteurs. Pour maximiser l’impact de cette ressource énergétique renouvelable, il est nécessaire de la convertir pour répondre à des besoins, par exemple en chaleur pour le chauffage ou en hydrocarbures liquides (HC) pour le transport. Or, les solutions actuellement mises de l’avant pour la valorisation de la BR passent trop souvent par de grandes installations centralisées, réduisant au passage l’agriculteur à un simple récolteur d’énergie.

Premier jalon d’un effort de grande envergure pour changer radicalement le paysage énergétique en milieu agricole, le projet vise le développement d’outils décentralisés pour la conversion thermochimique de la BR en HC liquides adaptés au transport, par exemple en alcool ou en DME (dimethyl ether). L’approche privilégiée dans ce projet est polyvalente en termes d’intrants et de combustible produit. Il s’agit de la gazéification de la biomasse, suivi du nettoyage du gaz de synthèse produit et par la conversion catalytique en HC liquide. Ces procédés comportent des défis considérables, qui seront relevés ici dans le contexte d’outils de conversion de petite taille au rendement modeste en d’hydrocarbures liquides, mais où l’énergie thermique résiduelle du procédé est stockée et valorisée localement pour le chauffage.

Cette approche offre des perspectives radicalement différentes des installations centralisées de grande taille pour la conversion de la biomasse; premièrement le rendement en termes de combustible liquide n’est plus la seule mesure de performance, ouvrant la porte à l’utilisation de procédés simples mais générant de la chaleur résiduelle, en particulier pour le nettoyage du gaz de synthèse. Deuxièmement, l’agriculteur fait partie intégrante de la solution en tant que producteur et utilisateur d’énergie. En participant activement à l’approvisionnement en énergie de sa ferme, il peut non seulement diminuer ses coûts d’exploitation mais aussi éventuellement générer un revenu en revendant ses surplus à ses voisins. Finalement, le stockage thermique à court (journalier) et long terme (saisonnier) est implémenté pour éviter d’avoir à dimensionner le système de conversion thermochimique pour les besoins thermiques de pointe, ce qui permet également d’intégrer l’énergie solaire.

Le projet permettra la réalisation de preuves de concept en laboratoire et d’études de modélisation basées, au travers de partenariats, sur des profils d’utilisation réels. Ces résultats préliminaires ouvriront la porte au phases subséquentes envisagées pour le programme de recherche : conception et construction d’une installation de démonstration et études de marché pour différentes filières agricoles. Le projet offre un potentiel de réduction des émissions de GES considérable (l’agriculture représente 8.5% du total Canada) mais offre aussi un outil de développement économique majeur (l’énergie = 54% des dépenses en agriculture). De plus, l’approche décentralisée minimise les coûts de transport pour la BR et cadre bien avec les objectifs de réduction des GES de la fillière agro-alimentaire québécoise.

Équipe de recherche

Étienne Robert, Département de génie mécanique, Polytechnique Montréal (chercheur principal)
Klas Engvall, Département de génie chimique, Kungliga Tekniska Högskola (KTH) Stockholm, Suède
Jamal Chaouki, Département de génie chimique, Polytechnique Montréal
Philippe Pasquier, Département des génies civil, géologique et des mines, Polytechnique Montréal