LA FORÊT, SOURCE D’APPROVISIONNEMENT POUR LA BIOÉNERGIE :

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

2 Denis Cormier, ing.f. M.Sc. Québec, février 2009
La forêt, source d’approvisionnement pour la bioénergie : 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: Systèmes de récupération
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 Perspective Nouvel 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 Perspective L’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
Sources traditionnelles de biomasse Produits conjoints du sciage − Sciures = aucune disponibilité − Rabotures = aucune disponibilité − Écorces = aucune disponibilité Estimation de la disponibilité de la biomasse forestière François Fortin, MRNF, Développement de l'industrie des produits forestiers

8 Disponibilité Adéquation : offre/demande
Disponibilité potentielle en forêt (‘000 tma) Publique Privée Total Troncs 1 576 1 970 3 546 Cimes et branches 2 107 796 2 903 3 683 2 766 6 449 Estimation de la disponibilité de la biomasse forestière François Fortin, MRNF, Développement de l'industrie des produits forestiers

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

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

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

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%

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
Écorce 6% Aiguilles Branches 4% Tige 84% Dry Wt: 231 kg Aiguilles 13% Branches 6% Écorce 8% Tige 73% Dry Wt: 276 kg 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 Biomasse récupérée 24,0 tma/ha Parterre de coupe 31,8 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
Ébranchage-Écorçage-Déchiquetage Ébrancheuse à flèche Arbres entiers: récupération des résidus à la jetée en bordure de route pré-empilage et broyage

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 récupération Logistique 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: 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: $ à $ ; Broyeuse avec chargeuse indépendante: $ à $ 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 P O 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 qualité Le 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 qualité Le 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 qualité Le 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 qualité Le taux d’humidité (transport – charge de bois)
Bop 55% 35% Air 56% 52% 11% Eau 17% 37% Bois 27% Charge 16,3 tonnes 22,6 tonnes

44 Considérations de qualité Le 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 qualité Le 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 qualité Niveau 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 Stand module - Logging systems - Biomass harvesting - Costing module - Incentives and dues - Result summary 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

51 Outils d’analyse (modèle BiOS) Intégration de BiOS à Interface Map

52 Outils d’analyse (modèle BiOS) Plateforme GIS pour BiOS
Approvisionnement et coûts basés sur les plans d’aménagement Impacts de la sélection de sites ou de modifications à la planification Choix d’un scénario pour balancer le panier de produits Localisation de la récupération basée sur la distance de transport et sur l’approvisionnement nécessaire Jean explique le concept général d’IM

53 Défis à l’utilisation de la biomasse forestière
Origine Politiques Financiers Technologiques Logistiques Transport Précision de l’approvisionnement Fertilité et rendements

54 Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Origine
Complexité logistique: Lieux d’approvisionnement de diverses tailles Nombreux fournisseurs pouvant être différents de l’approvisionnement traditionnel Liée au rythme et à la dispersion des aires de coupe Augmente les effets induits par la variabilité saisonnière sur le taux d’humidité et les volumes disponibles Règlementation plus importante

55 Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Politiques
Politiques et incitatifs clairs? Accès, droits et redevances Urgent besoin d’un guide de saines pratiques

56 Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Financiers
État de l’industrie et disponibilité de capitaux Faible valeur des résidus forestiers Faible densité apparente Haut taux d’humidité Coût d’approvisionnement élevé Investissements importants pour un entrepreneur Un contrat de tma demande un investissement de plus de 2 millions $ en capitaux et un autre 2 millions en frais d’opération Rétention ou création de 11 à 12 emplois

57 Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Technologiques
Arbres entiers Moins coûteux Systèmes de récupération efficace à développer Bois tronçonnés Bien développés en Europe Manque d’équipement et d’expertise au Canada Choix de l’équipement basé sur les besoins du client Manque de méthodes éprouvées de tamisage et séparation pour l’homogénéisation du matériel Technologies de conversion en développement

58 Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Transport
La distance et la dispersion affectent grandement les coûts Difficulté à atteindre la charge maximale permise sauf pour des débris humides

59 Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Précision de l’approvisionnement
Beaucoup de biomasse mais nécessité d’établir des valeurs réalistes basées sur des contraintes biologiques, opérationnelles et techniques Validation des modèles Aucune données de disponible au niveau de la précision des estimés

60 Défis à l’utilisation de la biomasse forestière Fertilité et rendements
Établissement de niveaux de récupération soutenables Surtout pour l’ébranchage à la souche, les plantations de bois d’énergie et les jeunes peuplements Impossible de tout récolté Prescriptions et niveaux de récupération spécifiques au site Comme les volumes requis ne sont pas encore importants, faire preuve de prudence

61 Sommaire et opportunités
Les opportunités reliées aux bioproduits révolutionneront notre façon de voir et de gérer la forêt Un nouveau réseau de produit provenant des opérations forestières Redistribution des coûts fixes sur l’ensemble des produits Diminution des coûts pour les produits traditionnels Possibilité d’envisager la récolte de peuplements normalement laissés sur pied Potentiel d’améliorer l’accès à plus de volumes de bois marchands Améliorations sylvicoles pouvant conduire à une forêt de plus grande valeur

62 Sommaire et opportunités
La récupération de biomasse soutiendra ou créera des emplois dans le milieu forestier Base de nouveaux procédés industriels, d’une nouvelle industrie et une source d’opportunités pour une gamme de fournisseurs et de manufacturiers d’équipement

63 Un regard vers le futur Un plus grand besoin de la biomasse forestière
D’une usine de pâte à une bioraffinerie forestière (Division Paprican) Émissions Énergie Carburants Résidus forestiers Produits chimiques Résidus d’usine Copeaux Pâte Produits chimiques Résidus solides Effluents

64 Questions?