Il existe une différence fondamentale entre brûler du bois et le chauffer jusqu’à ce qu’il se décompose. Brûler est une combustion. Il a besoin d’oxygène. Cela crée des cendres, de la fumée et de la chaleur. La pyrolyse est différente. Il s’agit d’une décomposition chimique provoquée par la chaleur dans un environnement sans oxygène (ou presque sans oxygène).
Cette distinction est importante. Lorsque vous brûlez quelque chose, vous réagissez avec l’air. Lorsque vous le pyrolysez, vous le faites cuire à part. Le processus commence au moment où vous appliquez de la chaleur. Il s’agit de la première étape de la gazéification et de la combustion, mais elle constitue la seule méthode de traitement des matières organiques à base de carbone.
La mécanique de la chaleur et de l’absence
Le taux de pyrolyse augmente à mesure que les températures augmentent. Les opérations industrielles dépassent souvent 430 °C (environ 800 °F). Des opérations plus petites et plus délicates peuvent utiliser des températures beaucoup plus basses. Le but est le même : rompre les liaisons moléculaires sans introduire d’oxygène.
Le résultat est un mélange de trois produits distincts. Vous obtenez des composants gazeux. Vous obtenez un résidu solide composé de carbone et de cendres. Et vous obtenez un liquide appelé huile pyrolytique ou bio-huile. Ce liquide est parfois appelé goudron.
Deux exemples historiques définissent ici une grande partie de notre compréhension. Chauffez du bois sans oxygène et vous obtenez du biochar, une forme de charbon de bois. Faites chauffer du charbon et vous obtenez du coke. Le coke sert de combustible industriel et de bouclier thermique. Les deux sont des solides stables laissés après que les parties les plus volatiles ont été évacuées sous forme de gaz ou de pétrole.
Nettoyage des contaminants
La pyrolyse ne consiste pas seulement à fabriquer du carburant. C’est un outil puissant pour nettoyer les dégâts. Plus précisément, il gère les contaminants organiques.
Le processus fonctionne de deux manières. La première est la destruction. La chaleur décompose les contaminants organiques complexes en composés de poids moléculaire inférieur. Deuxièmement, il y a la suppression. Les contaminants sont séparés des matériaux qu’ils ont pollués, même s’ils ne sont pas entièrement détruits.
Ceci est utile pour les substances qui « se fissurent » ou se décomposent sous l’effet de la chaleur. Les biphényles polychlorés (PCB), les dioxines et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) en sont de parfaits exemples. La pyrolyse démantèle ces molécules organiques dangereuses.
Cela ne fonctionne pas sur tout. Les matériaux inorganiques comme les métaux ne peuvent pas être éliminés ou détruits par cette méthode. Cependant, la pyrolyse peut rendre ces métaux inertes, les stabilisant afin qu’ils ne s’infiltrent pas dans l’environnement.
Pneus et boues
C’est dans les applications environnementales que la technologie devient pratique. Pensez aux pneus des véhicules. Il s’agit d’un énorme problème de mise en décharge. De nombreuses régions ont du mal à gérer le volume. Lorsqu’ils sont brûlés dans des incinérateurs traditionnels, les pneus libèrent dans l’air des HAP et des métaux lourds.
La pyrolyse offre une voie plus propre. En chauffant les pneus en l’absence d’oxygène, vous les décomposez en trois flux utiles. Vous obtenez du gaz et du pétrole, qui peuvent servir de carburant. Vous obtenez du noir de carbone. Ce résidu solide est précieux. Il agit comme agent de remplissage dans les nouveaux produits en caoutchouc. Cela fonctionne dans les filtres. Il est utilisé dans les piles à combustible.
Les boues d’épuration constituent une autre cible. Le traitement des eaux usées laisse derrière lui des matières semi-solides riches en nutriments mais aussi en contaminants. La pyrolyse peut éliminer les polluants organiques comme les hormones synthétiques de ces boues. Il neutralise également les métaux lourds. Le résultat est un matériau qui peut être utilisé en toute sécurité comme engrais.
Biomasse et bio-pétrole
La promesse des technologies vertes réside dans la biomasse. Les matériaux biologiques comme le bois, la canne à sucre et d’autres cultures sont des substituts potentiels à l’énergie pétrolière.
La biomasse est complexe. Il contient de la cellulose, de l’hémicellulose et de la lignine. La pyrolyse attaque ces structures. La chaleur provoque la désintégration de la cellulose et de l’hémicellulose. Une partie de la lignine se décompose également. Ces molécules plus petites sortent sous forme de gaz.
Lorsque vous refroidissez ce gaz, il se condense. Cela devient de la bio-huile. La masse restante – principalement la lignine qui ne s’est pas vaporisée – reste sous forme de biochar solide. Des gaz non condensables sont également produits.
Ce processus crée une source de carburant liquide à partir de déchets agricoles. Il crée un puits de carbone solide sous forme de biochar. Il génère du gaz pour produire de l’énergie. Le tout sans brûler la biomasse au sens traditionnel du terme.
La chimie est simple. Les applications sont vastes. Nous prenons des choses que nous jetons ou brûlons habituellement et les transformons en ressources grâce à la chaleur et au silence. Le reste dépend de la manière dont nous le mettons à l’échelle.
