La fabrication et le transport de granulés de bois ont augmenté au cours des dernières années en raison de leur utilisation comme combustible de chauffage non fossile. Il est entendu que les principaux pays de fabrication sont l’Amérique du Nord et la Scandinavie.
La description suivante du procédé de fabrication est basée sur un procédé utilisé au Canada, mais on croit que la méthode de fabrication utilisée ailleurs est similaire. Les granulés sont produits entièrement à partir de sciure et de copeaux de bois et ne contiennent aucun additif ni liant. La sciure et les copeaux sont séchés, puis broyés en particules d’une granulométrie allant jusqu’à environ 2 mm. Les particules sont ensuite comprimées environ 3,5 fois en pastilles qui mesurent généralement 10 à 20 mm de long et 3 à 12 mm de diamètre. La compression entraîne une augmentation de la température. Les granulés ont généralement une teneur en humidité de 4 à 8 % et varient en couleur du blond au brun selon les types de bois utilisés.
En raison des mouvements de transport et de la manipulation physique, les granulés se cassent, ce qui signifie que le matériau chargé à bord d’un navire pour le transport se compose de granulés, de morceaux de granulés cassés et de poussière de bois.
Les granulés de bois sont bien sûr combustibles et peuvent être enflammés par une gamme de sources d’inflammation. De plus, la poussière associée aux pastilles lorsqu’elle est dispersée et enflammée peut donner lieu à une explosion de poussière dans des conditions de confinement appropriées. Les tas de granulés de bois stockés en vrac peuvent s’échauffer dans les parties à forte teneur en humidité et il est rapporté que ce processus peut conduire à la combustion spontanée du matériau après une longue période de temps.
En plus des risques de combustion, les granulés de bois subissent également une oxydation pour produire du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone. Dans un espace clos tel qu’une cale de navire non ventilée, cela peut conduire à une diminution dangereuse de la concentration d’oxygène dans la cale ainsi qu’au développement d’une concentration dangereuse de monoxyde de carbone qui est toxique (et inflammable).
Dans un cas récent, une concentration de monoxyde de carbone d’environ 1 % a été mesurée dans une cale scellée d’un navire contenant des granulés de bois environ 18 jours après le chargement de la cargaison. La concentration d’oxygène à ce moment était inférieure à 1 %. Des taux d’émission de monoxyde de carbone provenant des granulés de bois de 100 à 885 mg/tonne/jour ont été rapportés dans la littérature.
Il est bien connu que le monoxyde de carbone est produit lorsque les produits du bois sont brûlés dans des environnements à faible teneur en oxygène, mais l’émission à basse température du gaz des produits du bois est plutôt inattendue. Il a été suggéré que le gaz est généré par l’oxydation des graisses et des acides gras dans le bois, mais les facteurs qui favorisent la production n’ont pas été entièrement identifiés. La génération de monoxyde de carbone à partir de colza et de blé stockés a également été signalée.
En ce qui concerne le transport maritime de granulés de bois, la marchandise a parfois été classée dans la catégorie « granulés de pâte de bois », qui est inscrite à l’annexe B du BC Code. Cependant, la pâte de bois n’est normalement pas transformée en granulés et les granulés de bois ne sont pas de la pâte.
De plus, l’entrée pour les « granulés de pâte de bois », tout en faisant référence à l’appauvrissement en oxygène et à la génération de dioxyde de carbone, ne fait pas référence à la formation de monoxyde de carbone.
En conséquence, une communication datée du 1er juillet 2004 a été présentée au sous-comité des marchandises dangereuses, des cargaisons solides et des conteneurs de l’OMI concernant le transport de granulés de bois. La soumission recommandait une nouvelle entrée dans le BC Code pour les granulés de bois dans laquelle il était fait référence au danger associé à la génération de monoxyde de carbone.
Cette soumission a été acceptée et il y a une entrée pour les granulés de bois dans l’édition 2005 du BC Code 2004. Le danger associé à l’appauvrissement en oxygène et à la génération de monoxyde de carbone est maintenant reconnu par les débardeurs qui emploient régulièrement des «médecins du gaz» pour vérifier les espaces qui contiennent ou ont contenu des granulés de bois. Il doit évidemment aussi être connu des équipages des navires et des autres personnes susceptibles d’avoir besoin d’entrer dans une cale contenant ou ayant récemment contenu des granulés de bois.
Comportement des granulés en vrac
Les granulés en vrac sont sujets au dégagement gazeux et à l’échauffement, ce qui peut être atténué par l’approvisionnement.
De nombreuses usines de granulés de bois sont en développement ou en construction ces jours-ci. Avec toutes les usines en cours de construction et la plupart des entreprises se concentrant sur les processus de production de granulés et d’approvisionnement en bois, le stockage du produit fini est souvent presque une réflexion après coup.
Cependant, la résine sous forme de sucres et de composés organiques reste dans le bois tout au long du processus de production de granulés ; ces composés peuvent commencer à se décomposer pendant le processus de stockage et d’expédition, entraînant un dangereux dégagement gazeux et un échauffement. Les entreprises peuvent s’assurer que le meilleur produit est livré à leurs clients à l’étranger en utilisant des procédures d’approvisionnement améliorées et des techniques de production spécifiques et en comprenant la mécanique et la physique de la gestion moderne du stockage des pellets. Ces trois domaines doivent être pris en considération lors du développement d’une installation. S’ils ne sont pas correctement gérés, les dégagements gazeux et l’échauffement des pellets commencent avec l’approvisionnement en bois et se poursuivent tout au long de la production, de l’expédition et du stockage.
Dans l’industrie des granulés, il est de pratique courante de se procurer la matière première la moins chère pour la granulation sans compromettre la qualité des granulés. En plus de la sciure de bois, les producteurs de granulés utilisent des cimes, des rognures et des copeaux d’arbres entiers pour réduire les coûts d’exploitation globaux, car la matière première est le coût le plus élevé, représentant normalement en moyenne 40 à 50% du coût de production total. La composition chimique du bois juvénile et mature diffère. Il n’est pas pratique de se procurer du bois mature car les scieries sont en concurrence pour ce matériau, de sorte que le bois à pâte est la principale source des usines de granulés.
Une solution pour réduire les dégazages ultérieurs et le réchauffement actuellement testée est le vieillissement ou le séchage du bois une fois coupé. La logique derrière cette idée est que le bois a tendance à avoir une teneur en humidité variable tout au long de l’année. Laisser le bois vieillir dans la cour avant le traitement permettrait au bois de commencer le processus de séchage naturel; par conséquent, des températures de séchage plus basses seraient nécessaires pour atteindre une teneur en humidité de 8 à 9,5 % de la fibre avant la granulation.
Laisser le bois sécher naturellement avant l’écorçage et le déchiquetage réduirait également la dégradation chimique pendant le stockage des tas de copeaux. L’échauffement spontané des tas de copeaux de bois et de sciure de bois est causé par l’oxydation des acides gras insaturés et d’autres extraits. Les usines qui acquièrent des matières premières, les déchargent et les broient sans les stocker au préalable mettent des copeaux avec une teneur moyenne en humidité de 40 à 48 % dans leurs tas, ce qui augmentera les risques d’échauffement spontané et de dégradation chimique avant le traitement.
Dégazage dangereux
Les moulins à granulés du monde entier utilisent différentes méthodes pour traiter les matières premières une fois qu’elles sont broyées. Par exemple, une usine peut produire des copeaux de pin de trois quarts de pouce qui se déplacent à travers un séchoir à passage unique et dans un silo de stockage jusqu’à ce qu’un broyeur à marteaux pulvérise le brin à une taille plus petite qui est parfois déterminée par le contrat d’utilisateur final pour la distribution des particules. pour la cuisson. Une autre usine peut produire des copeaux de feuillus mixtes d’un demi-pouce qui passent par un broyeur à marteaux, puis un séchoir à triple passage, puis un autre broyeur à marteaux pour réduire davantage la taille des brins afin de répondre aux spécifications du contrat d’utilisateur final. A chaque passage du bois, la structure des brins est altérée.
Les recherches sur les effets du traitement sur l’état des copeaux montrent que la composition chimique change en fonction des actions d’affinage.
La température de séchage est fortement corrélée aux composés organiques volatils (COV) émis par les granulés stockés, ainsi qu’au réchauffement des granulés. Les principaux constituants des COV émis par les granulés de bois sont les aldéhydes, dont certains sont des irritants des voies respiratoires supérieures. La température du gaz de séchage est le seul facteur significatif pour les émissions d’aldéhydes/cétones. Certains croient qu’une température de séchage élevée élimine davantage de COV du bois avant la granulation; cependant, d’autres pensent qu’une température de séchage élevée ouvre en fait la structure cellulaire, qui, une fois granulée, commence à émettre plus de COV que ce qui aurait été émis autrement. Des températures de séchage élevées sont utilisées pour maintenir un débit élevé tout en réduisant la teneur en humidité. Des températures de séchage plus basses ont généralement un débit plus faible,
Une analyse des COV émis par l’épinette de Norvège et le pin sylvestre frais et stockés pendant le stockage a révélé que les acides gras insaturés sont les principales matières premières des COV émis. Les aldéhydes tels que le pentanal et l’hexanal sont les principaux constituants des gaz de dégagement, mais la quantité et la composition des substances émises sont affectées par la température de séchage de la matière première et l’auto-
le réchauffement des stocks de granulés. Les sciures d’épicéa et de pin stockées contiennent moins d’acides gras, ce qui devrait générer moins d’aldéhydes. Les auteurs de l’étude ont émis l’hypothèse qu’il pourrait être possible de réduire les émissions des granulés stockés en optimisant la température de séchage et d’autres paramètres de processus tels que le vieillissement du bois et les mélanges de matières premières.
Le stockage et l’expédition de granulés de bois sont sous le feu des projecteurs depuis deux accidents mortels et des blessures graves en 2002 et 2006 lors du déchargement de granulés expédiés outre-mer de la Colombie-Britannique vers l’Europe. Un navire de transport typique peut transporter 30 000 tonnes de pellets à la fois, et une installation de stockage portuaire typique peut stocker jusqu’à 100 000 tonnes dans une seule installation.
Effets de la température
Toute la biomasse se décompose progressivement au fil du temps, libérant des gaz toxiques et appauvrissant l’oxygène tels que le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde de carbone (CO 2 ) et le méthane (CH 4 ). Les émissions des granulés de bois pendant le stockage comprennent des composés à un seul carbone tels que le CO, le méthanol , l’acide formique et le formaldéhyde , ainsi que des aldéhydes à plusieurs carbones tels que l’hexanal et le pentanal. L’oxydation des acides gras et d’autres composants du bois en est la cause probable. Les processus d’oxydation se produisent en dessous de la température ambiante mais sont accélérés par une température élevée.
Dans un système conventionnel de compostage de la biomasse, CH 4La génération est généralement associée à la décomposition anaérobie de la biomasse, alors que le CO 2 est probablement généré par l’oxydation thermique des produits de dégradation aérobie. Une température élevée favorise un rapport CO/CO 2 élevé. À mesure que la température augmente, les émissions de CH 4 et de CO 2 augmentent, la production de CH 4 étant favorisée par rapport au CO 2 à des températures plus élevées.
Minimiser les problèmes
Le problème d’échauffement ou de dégagement gazeux des granulés est remarqué lors de l’expédition ou du stockage en vrac. Il existe de nombreux types d’installations de stockage pour les granulés de bois, des silos cylindriques comme ceux utilisés pour stocker les céréales aux installations de type entrepôt dans lesquelles les granulés sont chargés par un convoyeur et retirés par un chargeur. Des recherches approfondies ont été menées sur le stockage des céréales dans différents types de navires sous différents climats; cependant, très peu de recherches ont été menées sur le stockage des granulés de bois. Ce qui a été fait l’a été dans des conteneurs fermés ou scellés en raison des coûts et d’autres facteurs limitant les tests. Les recherches à ce jour indiquent que la température ambiante est le facteur numéro un de dégazage et de réchauffement. Rien ne peut être fait pour contrôler la température ambiante, il faut donc travailler pour contrôler la température dans l’environnement où les granulés sont stockés. Cela peut se faire de plusieurs manières, mais doit être envisagé avant la construction d’une installation, et non après coup.
L’aération, également connue sous le nom de ventilation active, mécanique, à faible volume ou forcée, peut être définie comme le mouvement forcé de l’air ambiant à travers le produit en vrac pour améliorer la capacité de stockage. Les objectifs de l’aération des granulés peuvent être décrits au mieux comme : le refroidissement des granulés, l’égalisation des températures dans les granulés, la prévention du chauffage biologique dans les granulés humides, la circulation des gaz de dégagement et l’élimination des odeurs créées par les gaz de dégagement. L’aération des granulés aide également à prévenir la migration de l’humidité et la condensation de l’eau dans l’espace de tête dans les climats humides. Les taux de détérioration chimique sont très lents et parfois insignifiants à basse température, et augmentent considérablement à chaque augmentation de température de 10 °C. Par conséquent, le maintien de basses températures dans les granulés est essentiel.
La température de l’air ambiant, le rayonnement solaire, les changements climatiques atmosphériques qui entraînent des fluctuations importantes de la pression barométrique et les paramètres de la structure de stockage affectent le transfert de chaleur dans le produit stocké. Les murs sud dans l’hémisphère nord et les murs nord dans l’hémisphère sud interceptent la majeure partie du rayonnement solaire, de sorte que les bacs rectangulaires doivent être placés avec leurs axes plus longs allant du nord au sud pour aider à garder les pellets plus frais. En fonction de l’absorptivité et de l’émissivité thermiques du matériau structurel et de la température de surface, le rayonnement solaire peut entraîner un gain ou une perte de chaleur à partir des granulés stockés. Du point de vue des températures des parois des bacs et du réchauffement du produit par le rayonnement solaire, l’acier galvanisé isolé et l’acier galvanisé sont les premier et deuxième pires matériaux à utiliser pour les parois des bacs.
Le moyen le plus simple et le plus économique de contrôler la température des granulés et le dégagement gazeux peut être de le contrôler dans l’installation de stockage elle-même. Le capital initial de la construction d’une installation de stockage aérée sera nettement moins cher à long terme que d’avoir des débardeurs de syndicats portuaires déplaçant constamment le produit pour disperser la chaleur dans les tas, comme certaines pratiques de gestion des copeaux de bois. La gestion de la température permet de gérer à la fois le dégazage et le réchauffement des granulés, garantissant la sécurité du personnel et la qualité des granulés.
Sécurité et prévention pour la manutention de granulés en vrac
Les granulés de bois sont manipulés en vrac depuis la fin des années 1980 en Scandinavie, mais ce n’est qu’au milieu des années 1990 que des problèmes de sécurité ont été soulevés pour les granulés stockés, manipulés et transportés en grandes quantités du Canada vers l’Europe. La préoccupation initiale était de maintenir l’intégrité mécanique et chimique des granulés pendant des mois de confinement dans des espaces mal ventilés tels que les silos et les soutes des grands navires océaniques.
Des accidents mortels inattendus dans le port de Rotterdam en 2002 et dans le port d’Helsingborg en 2006 ont mis la sécurité au premier plan. Des accidents mortels ultérieurs en Finlande et en Allemagne ont encore aggravé le problème. L’intoxication au monoxyde de carbone a tué cinq personnes et causé de graves lésions cérébrales à d’autres.
L’accident de 2002 a initié des recherches sérieuses au Canada, puis en Suède et en Autriche, pour mieux comprendre les causes profondes de ces accidents. La recherche a révélé que les granulés de bois en vrac génèrent rapidement de grandes quantités de monoxyde de carbone hautement toxique, ainsi que du dioxyde de carbone et de petites quantités de méthane.
Le dioxyde de carbone et le méthane ne sont pas toxiques mais agissent comme de simples asphyxiants, ce qui signifie qu’ils déplacent l’oxygène dans des espaces confinés, ce qui peut provoquer une suffocation. Le monoxyde de carbone bloque le transport de l’oxygène par les globules rouges, provoquant rapidement une privation d’oxygène, en particulier dans le cerveau, qui dépend fortement d’un apport continu en oxygène. Dans une atmosphère d’oxygène appauvri en combinaison avec la présence de monoxyde de carbone, le corps réagit par une hyperventilation, ce qui augmente l’apport de monoxyde de carbone, provoquant rapidement une perte de conscience. De nombreux autres produits ligneux tels que le bois vert et d’autres substances biotiques telles que les produits agricoles ont des caractéristiques similaires et peuvent également causer des accidents mortels.
Normalement, nous associons l’accumulation de monoxyde de carbone et l’appauvrissement en oxygène à la combustion lente du bois et à une combustion inadéquate du kérosène, de l’essence et d’autres combustibles. Sans combustion, le monoxyde de carbone et d’autres gaz sont générés par la décomposition de certains des éléments constitutifs cellulaires de la biomasse. Cela génère également un auto-échauffement, qui peut s’aggraver jusqu’au point de feu ouvert si le processus est laissé seul assez longtemps et qu’il y a suffisamment d’oxygène. La génération de chaleur est particulièrement prononcée dans les matériaux à forte teneur en humidité tels que les copeaux de bois, mais se produit également dans les granulés de bois secs.
En raison de ces problèmes, la Wood Pellet Association of Canada (WPAC) a élaboré des fiches signalétiques (FS) pour les granulés en vrac et en sac qui fournissent des conseils liés au problème de dégagement gazeux, y compris des formules pour prédire la quantité de dégagement gazeux et d’oxygène. épuisement. Des informations supplémentaires telles que la conception d’un stockage sûr et la manipulation de granulés en vrac se trouvent dans The Pellet Handbook, qui contient des informations substantielles sur la sécurité des matériaux, développées grâce à des recherches à l’Université de la Colombie-Britannique. Publié par Earthscan, le texte peut être acheté via WPAC à www.pellet.org . L’une des principales recommandations est que tout le personnel travaillant dans des zones où de grandes quantités de pellets sont manipulées et stockées doit être équipé à tout moment d’un appareil de mesure combiné oxygène/monoxyde de carbone bien entretenu.
Des précautions sont progressivement mises en place, mais il reste encore beaucoup à faire pour promouvoir une conception et des procédures d’exploitation sûres. Les assureurs exercent des pressions pour que l’industrie des granulés de bois se conforme aux règles et recommandations éprouvées, et un processus de certification est en cours d’élaboration pour introduire des incitations axées sur la conformité pour l’industrie, y compris des audits réguliers, similaires à ceux utilisés dans de nombreuses autres industries.
Application
Les combustibles à granulés sont des combustibles de chauffage fabriqués à partir de biomasse comprimée. Les granulés de bois sont le type le plus courant. Une forme de bois de chauffage, les granulés de bois sont généralement fabriqués à partir de sciure de bois compactée ou d’autres déchets provenant de la scierie et de la fabrication d’autres produits du bois. D’autres sources de biomasse ligneuse comprennent la coque de palmiste, la coque de noix de coco et l’enlèvement d’arbres entiers ou les cimes et branches d’arbres restantes après l’exploitation forestière et qui aident autrement à reconstituer les éléments nutritifs du sol. De plus, les herbes peuvent également être granulées, créant des granulés d’herbe. Les granulés sont fabriqués en plusieurs types et qualités comme combustibles pour les centrales électriques , les maisons et d’autres applications intermédiaires. Les pellets sont extrêmement denses et peuvent être produits avec une faible teneur en humidité (inférieure à 10%) qui leur permet d’être brûlés avec une efficacité de combustion très élevée.
De plus, leur géométrie régulière et leur petite taille permettent une alimentation automatique avec un calibrage très fin. Ils peuvent être amenés à un brûleur par vis sans fin ou par transport pneumatique. Leur haute densité permet également un stockage compact et un transport rationnel sur de longues distances. Ils peuvent être facilement soufflés d’un camion-citerne vers un bunker de stockage ou un silo dans les locaux d’un client.
Les granulés de bois sont principalement utilisés comme combustible et ont un pouvoir calorifique (chaleur) d’environ 5 MWh/tonne métrique (18 GJ/tonne métrique), soit environ la moitié de celui du mazout. En Amérique du Nord, les granulés de bois sont utilisés dans les poêles et cheminées à granulés de bois. En Europe, notamment en Scandinavie, l’essentiel des granulés produits est utilisé comme combustible dans des centrales de chauffage fournissant de la chaleur à des communautés entières, voire à des villes entières.
