LA FORÊT, SOURCE D’APPROVISIONNEMENT POUR LA BIOÉNERGIE : UN DOSSIER BRÛLANT

1. BIENVENUE LA FORÊT, SOURCE D’APPROVISIONNEMENTPOUR LA BIOÉNERGIE : UN DOSSIER BRÛLANT Denis Cormier, ing.f., M.Sc. FPInnovations - Feric

2. La forêt, source d’approvisionnement pour labioénergie : un dossier brûlant Denis Cormier, ing.f. M.Sc. Québec, février 2009

3. Des questions brûlantes : • Quantité? • Est-ce suffisant? • Localisation? • Accessibilité? • Appauvrissement des sols? • Caractéristiques? • Méthode de récupération? • Combien ça coûte?

4. Les réponses???? • Perspective • Disponibilité: • Adéquation : offre/demande • Sources de biomasse d’origine forestière • Facteurs affectant la quantité disponible • Systèmes de récupération • Considérations: • Financières • Qualité • Outils d’analyse (modèle BiOS) • Défis et opportunités

5. PerspectiveNouvel engouement mais présence endémique • Utilisation traditionnelle des résidus d’usine et de la liqueur noire • Infrastructure de la chaîne d’approvisionnement simple des usines de sciages vers la cogénération • La biomasse forestière générée par les opérations actuelles est utilisée dans des chaudières

6. PerspectiveL’industrie forestière leader en bioénergie Pourcentage de l’énergie tiré de la biomasse – Membres de l’APFC (usines de pâtes et papiers) Réalisations des membres de l’AP FC Source : Rapport de surveillance de la consommation d’énergie de l’APFC, 1990 – 2007.

7. Disponibilité Adéquation : offre/demande • Produits conjoints du sciage • − Sciures = aucune disponibilité • − Rabotures = aucune disponibilité • − Écorces = aucune disponibilité Sources traditionnelles de biomasse • Estimation de la disponibilité de la biomasse forestière 2007-2008 • François Fortin, MRNF, Développement de l'industrie des produits forestiers

8. Disponibilité Adéquation : offre/demande • Estimation de la disponibilité de la biomasse forestière 2007-2008 • François Fortin, MRNF, Développement de l'industrie des produits forestiers

9. Disponibilité Adéquation : offre/demande 6,4 M tma / an 1000 à 1200 MW (10 M MWh) Éthanol 1,8 MM Litres 2500 à 3000 MW (25 M MWh)

10. Disponibilité Adéquation : offre/demande 2500 à 3000 MW (25 M MWh) Plus d’un million de foyers

11. Disponibilité Adéquation : offre/demande • Sources : Ministère des Ressources naturelles et de la Faune du Québec,Hydro-Québec et Statistique Canada La puissance électrique disponiblepar source d'énergie au 31 décembre 2007 • Remplacement des énergies non-renouvelables • Besoins = 2866 MW • Potentiel = 1000 à 1200 MW

12. Disponibilité Adéquation : offre/demande • Consommation totale d'énergie en 2006 • 17,3 milliards de litres de produits pétroliers • Potentiel d’éthanol = 1,8 milliards de litres • Un peu plus de 10% http://www.mrnfp.gouv.qc.ca/energie/statistiques/statistiques-consommation-energie.jsp

13. Disponibilité: Sources de biomasse d’origine forestière • Résidus de coupe* • Résiduels non-marchands* • Résidus de triage • Traitements précommerciaux • Souches • Plantations d’énergie • Peuplements non-commerciaux • Brûlis et épidémies • *utilisés dans les estimations de Fortin (2008)

14. Disponibilité: Sources de biomasse d’origine forestière • Disponibilité potentielle de biomasse après la récolte de bois marchands: • Biomasse du peuplement = Bois marchands + Résidus de récolte + Arbres résiduels

15. Disponibilité: Facteurs affectant la quantité disponible Disponibilité potentielle / technique / économique Biomasse totale Disponibilité économique ? Disponibilité technique Disponibilité potentielle

16. Disponibilité: Facteurs affectant la quantité disponible • Potentiel • Niveau d’utilisation (composition des peuplements, essences récoltées, diamètre d’écimage, tiges non marchandes, saison et fraicheur) • Particularités des essences • Technique • Niveau d’intégration avec la récolte • Système de récolte utilisé (bord de route, à la souche) • Équipement de récupération (ex. déchiqueteuse, broyeuse) • Coûts • Limites techniques affectant les coûts (accès, conditions de terrain, distance, saison, etc.) • Prix plafond fixé par le client ou l’entrepreneur

17. Disponibilité potentielle: Niveau d’utilisation de la récolte • Varie avec les conditions de marché (principalement pour les produits de faible valeur) • Plus grand diamètre d’écimage • Arbres résiduels > objectifs de rétention

18. Disponibilité potentielle: Particularités des essences • Aiguilles • Aiguilles • 6% • Branches • 13% • Branches • 4% • 6% • Écorce • Dry Wt: 276 kg • Écorce • Dry Wt: 231 kg • 6% • 8% • Tige • Tige • 73% • 84% Épinette noire: 17.5 ODT/ha* Pin gris: 7.7 ODT/ha* Volume disponible selon le modèle BiOS de Feric Single tree biomass: Black Spruce vs. Jack Pine (DBH: 26 cm, Ht: 18 m) Ontario FRI: Sb90 Pj10 vs. Pj90 Sb10 (Site Class 2, 90% stocking, 100 yr)

19. Disponibilité technique: Système de récolte • Résidus d’ébranchage: • Bord de route (ébrancheuse à flèche ou déchiquetage) • À la souche • Impact sur la localisation, le type et le niveau de concentration • Opérations intégrées?

20. Disponibilité technique: Exemple: épinette noire (arbres entiers) Disponibilité potentielle 50,5 tma/ha Bord de route 32,6 tma/ha Arbres résiduels 2,5 tma/ha Parterre 15,5 tma/ha Biomasse récupérée 25,2 tma/ha

21. Disponibilité technique: Exemple: mélangé (faible utilisation) Disponibilité potentielle 131,0 ODt/ha Bord de route 40,5 tma/ha Arbres résiduels 47,8 tma/ha Parterre 42,7 tma/ha Biomasse récupérée 31,9 tma/ha

22. Disponibilité technique: Exemple: mélangé (bois tronçonnés) Disponibilité potentielle 55,8 tma/ha Parterre de coupe 31,8 tma/ha Biomasse récupérée 24,0 tma/ha

23. Systèmes de récupération • Systèmes de récupération de biomasse • Adaptés à la source de biomasse • Adaptés au procédé de conversion • Choix de l’équipement approprié • Logistique de transport

24. Systèmes de récupération À la souche • Récolte par bois tronçonnés: récupération de résidus sur l’ensemble de l’aire de coupe • Nécessite un assemblage et un débardage des résidus • Importance d’un niveau minimum d’intégration avec la récolte • Systèmes développés dans les pays nordiques à adapter aux conditions locales

25. Systèmes de récupération À la souche • Changement à la méthode de récolte pour laisser les résidus sur le côté plutôt que dans les sentiers • Défis pour la protection de la régénération • Potentiel plus élevé de dommages et perturbations - entrée supplémentaire

26. Systèmes de récupération À la souche • Même équipement de débardage • Les paniers peuvent être modifiés pour augmenter la charge et faciliter la manutention des résidus

27. Systèmes de récupération À la souche • Technologie de compaction Continue Discontinue Compacteur – Conteneur

28. Systèmes de récupération Bord de route • Arbres entiers: • récupération des résidus à la jetée en bordure de route • pré-empilage et broyage Ébranchage-Écorçage-Déchiquetage Ébrancheuse à flèche

29. Systèmes de récupération Bord de route • À portée de main? • Déjà en bordure de route • Encore traité comme un résidus • Dépenses pour s’en débarrasser • Localisation et condition de la route • Niveau de contamination et d’humidité

30. Systèmes de récupération Bord de route • Opération de pré-empilage • Facilite le séchage • Améliore la productivité du broyage • Essentiel à une opération de récupération efficace • Financièrement avantageuse

31. Systèmes de récupération Choix de l’équipement Équipement disponible dans une variété de tailles et de couleurs

32. Systèmes de récupération Choix de l’équipement Déchiquteuse à disque Plus uniforme Déchiqueteuse à tambour Grosseur du matériel Plus sensible Moins uniforme Contaminants Broyeuse horizontale Moins sensible Déchiqueteur lent

33. Systèmes de récupérationLogistique de transport • Chargement direct • Difficile de bien gérer le transport • Pertes de temps du broyeur • Chargement différé • Productivité du transport et du broyage améliorée • Ajout d’une machine supplémentaire pour le chargement • Contamination et pertes

34. Considérations financières:Coûts d’approvisionnement et compétitivité • Dans la majorité des procédés, le coût d’approvisionnement sera la composante la plus importante de la structure de coûts d’un produit d’origine forestière.

35. Considérations financières:Coûts d’approvisionnement (arbres entiers) Pré-empilage Broyage Transport: - 120 km (aller), remorque à plancher mobile Autres: - routes, supervision, frais généraux, entretien, règlements, droits *Estimés tirés du modèle BiOS

36. Considérations financières:Coûts d’approvisionnement (transport) • La base du problème: • Transport d’un produit de faible valeur, avec une faible densité en vrac, une pourcentage d’humidité élevé sur de longues distances • Importance d’optimiser la charge utile

37. Considérations financières:Coûts d’approvisionnement (transport) • Il pourrait être avantageux financièrement de convertir les matériaux directement en forêt pour les transport dans un format plus dense • ex.: pyrolyse mobile Advanced Biorefinery Inc.

38. Considérations financières:Coûts élevés de transformation (broyage) • Coûts élevés d’investissement: • Déchiqueteuse: $400 000 à $500 000; • Broyeuse avec chargeuse indépendante: $500 000 à $850 000 • Sensible à la contamination, à la planification du camionnage et au niveau de concentration des résidus • Faible taux d’utilisation, consommation élevée de carburant • Pas conçu pour travailler en bordure de route

39. Considérations financières:Intégration aux opérations forestières • La récolte affecte les coûts et la qualité des opérations de récupération des résidus • Disposition des résidus, contaminants, cédule d’opération, conception et entretien des routes, etc. P O

40. Considérations de qualitéLe taux d’humidité • Pour la combustion et la plupart des procédés thermochimiques, le taux d’humidité est une considération majeure. • Effet direct sur l’efficacité énergétique

41. Considérations de qualitéLe taux d’humidité • Taux d’humidité en forêt (30 to 65%) • Une période de repos (prorogation) ainsi que de meilleures techniques d’empilement et d’entreposage peuvent réduire le taux d’humidité de façon importante mais pas suffisamment pour certains procédés From Nurmi 2005

42. Considérations de qualitéLe taux d’humidité(transport) • Limite totale en charge = 57,5 tonnes • Volume maximum = 113 m3 • Taux de foisonnement = 37% • Paiement selon le poids transporté

43. Considérations de qualitéLe taux d’humidité(transport – charge de bois) 16,3 tonnes 22,6 tonnes Charge Bop 55% 35% Air 56% 52% 11% Eau 17% 37% Bois 27%

44. Considérations de qualitéLe taux d’humidité(transport – charge énergétique) Bop 55% 35% 12,6 GJ/tonne 15,1 GJ/tonne Pouvoir calorifique 20% 57 MWh 95 MWh Énergie totale

45. Considérations de qualitéLe taux d’humidité(Coût de transport) Bop 55% 35% * 15 $/tonne verte 9,50 $/MWh 5,50 $/MWh Coût de l’énergie Donc 4 $/MWh de plus pour l’eau

46. Considérations de qualitéNiveau d’homogénéité • Sensibilité de certains procédés de conversion à l’hétérogénéité du matériel: • Contaminants, écorces, aiguilles and brindilles, etc. • Est-ce que le procédé se limite au bois blanc, nécessite des essences particulières ou est limité par la taille des particules? • Le procédé complet peut être plus restrictif que certaines de ses constituantes (bioraffinage limité par le procédé de mise en pâte) • Développer des méthodes de triage, tamisage et séparation

47. Outils d’analyse (modèle BiOS) • BiOS V.1: a Biomass Opportunity Supply model for Ontario

48. Outils d’analyse (modèle BiOS)Structure de BiOS • Attributs de peuplement Scénarios de récolte Scénarios de récupération • Incitatifs et coûts connexes Module d’approvisionnement • Module de coûts • Résultats

49. Outils d’analyse (modèle BiOS)Approvisionnement (flux de disponibilité) Biomasse totale Marchand (récolte) Disponibilité potentielle Bord de route Arbres résiduels À la souche Rétention sylvicole ou écologique Disponibilité technique Biomasse récupérable

50. Outils d’analyse (modèle BiOS)Résultats