L’énergie thermique verte - Système Arrow

Points essentiels

Une application avancée et ingénieuse de technologie propre

Une solution unique qui applique des technologies éprouvées et utilise l’infrastructure existante. Une grande rapidité de développement et d’installation sur le terrain

Une opportunité commerciale prodigieuse

Une association combinant l’expérience concrète et la recherche universitaire de pointe

Introduction

Le traitement des boues d’épuration est connu pour sa difficulté. Cela met en œuvre des processus de déshydratation, conditionnement, stockage, transport et élimination finale ; cela exige une importante main-d’œuvre, implique des coûts en capital et en exploitation et génère des besoins en termes de gros équipements, de fournitures et de produits chimiques. L’élimination est particulièrement problématique car les décharges sont coûteuses et limitées en capacité, l’incinération est complexe et implique des coûts faramineux, et l’enfouissement sous terre est un véritable casse-tête en termes de réglementation. Tous ces processus consomment de l’énergie et ne permettent pas l’utilisation d’énergie renouvelable. En matière de boues, tout semble être complexe et coûteux.

L’offre

Arrow system a développé une solution qui répond aux problèmes évoqués ci-dessus et produit de l’énergie (électricité et chaleur) ainsi que des matières premières réutilisables.

Cette solution s’articule autour de la mise en place d’une installation de transformation de l’énergie solaire dans les locaux d’une usine de traitement des déchets.

Une tour solaire est construite sur une structure existante. La tour est entourée de miroirs qui suivent automatiquement la trajectoire du soleil (héliostats) et récupèrent la lumière, les zones sous-utilisées ou inutilisées de l’usine (espace ouvert ou structures) sont donc exploitées. L’énergie accumulée est dirigée vers un réacteur de pyrolyse. Les boues récupérées dans l’usine et recueillies dans les réservoirs de stockage sont soumises à des phases successives et graduelles d’assèchement. Une fois les boues déshydratées, elles sont transférées vers le réacteur de pyrolyse et soumises au processus de gazéification et de pyrolyse (au cours duquel les chaînes moléculaires sont rompues). Le produit final est constitué de vapeur propre, d’énergie sans émissions et de matières premières.

Clients potentiels

Le système est destiné à un large éventail de clients et peut traiter différents types de boues :

  • Usine de traitement des déchets urbains
  • Usine de traitement des déchets industriels
  • Usines de traitement des eaux usées agricoles
  • Industrie pétrochimique
  • Industrie chimique
  • Industrie pharmaceutique
  • Industrie alimentaire
  • Déchets de construction et de démolition
  • Autres matières à base de carbone

Avantages concurrentiels

Le système est modulaire et peut être adapté aux besoins des clients. Les usines produisant des quantités importantes de boues nécessitent un grand nombre d’héliostats par opposition aux installations produisant de plus petites quantités. Les boues provenant de divers types d’industries sont traitées dans un réacteur de pyrolyse et produisent différents types de matières premières, mais toutes génèrent de l’énergie. 

  • Chaque projet est conçu selon les exigences spécifiques du client 
  • Types de matières premières :
    • Composition et quantité
    • Mélange et type
  • Coûts du site
  • Exigences d’exploitation :
    • Permis
    • Services publics
    • Fonctionnement et entretien 

Les installations solaires sont destinées aux infrastructures existantes : routes, bâtiments, bassins et réservoirs, sur lesquelles les tours solaires et les héliostats peuvent être installés. L’exploitation de telles ressources permet de réaliser une réduction drastique des coûts d’installation et simplifie les procédures de délivrance de licences.

Les revenus sont générés à partir de 3 sources :

  1. a) Remplacement d’un traitement des boues alternatif.
  2. b) Production d’énergie.
  3. c) Revente des matières premières. 

Lorsqu’elles fonctionnent dans des conditions pyrolytiques (températures jusqu’à 1 200 °c), les installations ne produisent aucune émission, et couvrent leurs propres besoins en énergie. Du fait que l’accumulation de boues devient possible, il n’est plus nécessaire de les traiter sans interruption car la continuité des tâches est assurée par la disponibilité du soleil. Ainsi, ces systèmes destinés aux installations fonctionnant à l’énergie solaire représentent une solution complète et fiable.

Avantages économiques et environnementaux

  1. Actifs disponibles, zones non utilisées et infrastructure existante
  2. Réduction des coûts liés à la gestion des boues
  3. Génération de revenu à partir des matières premières (élimination/traitement des boues). Actuellement, les prix de ces services varient de 30 $/tonne pour les boues non dangereuses à 1 500 $/tonne pour les boues dangereuses
  4. Élimination des risques de transport et réduction de la pollution causée par le transport par camion
  5. La revente d’énergie sans émissions (électricité et chaleur) vers la grille et/ou de l’installation d’électricité représente de 30 % à 40 % de l’efficacité calorique
  6. Transformation d’une nuisance écologique en un produit vert
  7. Élimination des rejets de méthane des décharges ou des opérations d’épandage
  8. Admissibilité potentielle des crédits de carbone à la Convention de Kyoto
  9. L’application appropriée de l’énergie solaire peut transformer une technologie importante mais complexe en une technologie économiquement réalisable et disponible. L’application proposée apporte également une solution aux graves problèmes liés aux résidus de déchets, en les transformant en énergie viable sans émissions. Le système devrait être très rentable sans aucun soutien gouvernemental.

Comparaison avec d’autres technologies

La solution est unique et novatrice. Elle est comparable aux technologies de production d’électricité solaire et aux programmes de traitement des boues traditionnels.

Annexe A - Critères fondamentaux du processus proposé

Pyrolyse
La pyrolyse est une forme d’incinération qui décompose chimiquement les matières organiques par la chaleur en l’absence quasi totale d’oxygène. La pyrolyse se produit généralement sous pression, à des températures de fonctionnement au-dessus de 430 °C (800 °F). Dans la pratique, il n’est pas possible de parvenir à une atmosphère entièrement exempte d’oxygène, car n’importe quel système de pyrolyse contient un peu d’oxygène générant une légère oxydation.

Gazéification
Le processus de gazéification transforme toute matière contenant du carbone en un gaz de synthèse composé essentiellement de monoxyde de carbone et d’hydrogène, qui peut être utilisé comme combustible pour produire de l’électricité ou de la vapeur, ou comme constituant chimique élémentaire d’un grand nombre d’utilisations du secteur de la pétrochimie et du raffinage.

Boues d’épuration
Les boues trouvent leur origine dans le processus de traitement des eaux usées. En raison des processus physico-chimiques impliqués dans le traitement, les boues tendent à contenir des métaux lourds et des composés organiques à l’état de traces peu biodégradables ainsi que des organismes potentiellement pathogènes (virus, bactéries, etc.) qui sont présents dans les eaux usées. Les boues sont toutefois riches en nutriments comme l’azote et le phosphore et contiennent des matières organiques qui s’avèrent utiles lorsque les sols sont épuisés ou soumis à l’érosion. Les matières organiques et les nutriments sont les deux principaux éléments qui font de l’épandage sur les sols de ce type de déchets, un engrais ou amendement organique approprié.

Tour solaire
La tour solaire est un type de four qui récupère la lumière par le biais d’une tour. Elle est équipée d’un ensemble de miroirs mobiles (appelés héliostats) qui concentrent le rayonnement solaire vers un collecteur (tour). L’énergie issue de la lumière solaire concentrée est transférée à une substance capable de stocker la chaleur pour une utilisation ultérieure.

Héliostat
L’héliostat est un dispositif qui suit la trajectoire du soleil. On l’utilise généralement pour orienter un miroir, tout au long de la journée, et rediriger la lumière du soleil le long d’un axe fixe vers une cible stationnaire ou récepteur. Il est possible d’associer plusieurs héliostats pour concentrer l’énergie du soleil. L’énergie peut être recueillie pour générer de l’électricité à l’aide de cellules photovoltaïques ou utilisée pour chauffer un média comme l’eau ou les sels fondus.

Catalyseur
Substance qui augmente la vitesse d’une réaction chimique mais qui n’est pas consommée par la réaction. Le catalyseur participe à la réaction, mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs chimiques. Généralement, les catalyseurs introduisent de nouveaux chemins de réaction et abaissent l’énergie d’activation nécessaire. Cela se produit lorsque le catalyseur réagit avec un ou plusieurs réactifs pour former un produit intermédiaire stable qui réagit pour former le produit final de réaction et de régénérer le catalyseur.

Turbine
Dispositif rotatif destiné à récupérer l’énergie d’un écoulement de fluide. Les turbines les plus simples sont pourvues d’une pièce mobile ou d’un ensemble de rotor composé d’un arbre et de lames fixes. Le fluide circulant agit sur les lames ou les lames agissent sur le fluide, de sorte à générer un mouvement de rotation et transmettre de l’énergie au rotor. Les turbines les plus simples sont pourvues d’une pièce mobile ou d’un ensemble de rotor composé d’un arbre et de lames fixes. Le fluide circulant agit sur les lames ou les lames agissent sur le fluide, de sorte à générer un mouvement de rotation et transmettre de l’énergie au rotor.

Déshydratation
Processus naturel, chimique ou mécanique d’élimination de l’eau des boues, les réduisant ainsi à un volume solide dont le niveau d’humidité est le plus bas possible.

Vapeur
Gaz pur, totalement invisible. Sous pression atmosphérique normale, la vapeur pure (non mélangée avec de l’air, mais en équilibre avec de l’eau à l’état liquide) occupe environ un volume correspondant à 1 600 fois le volume d’eau à l’état liquide. Dans l’atmosphère, la pression d’eau partielle est largement inférieure à 1 atm, l’eau gazeuse peut donc exister à des températures bien inférieures à 100 °C. Un moteur à vapeur utilise l’expansion de vapeur afin d’entraîner une turbine ou piston à effectuer un travail mécanique. Dans d’autres applications industrielles, la vapeur est utilisée comme source d’énergie, elle est introduite et récupérée par le processus de transfert de chaleur, généralement par le biais de conduites.

Char
Matrice solide restant après que les gaz légers et le goudron aient été supprimés ou libérés d’une matière carbonée, lors de la première phase de chauffage connue comme la carbonisation, pyrolyse ou élimination des substances volatiles.

Gaz de synthèse
Mélange gazeux composé de monoxyde de carbone, dioxyde de carbone et d’hydrogène. Le gaz de synthèse (syngas) est produit par la gazéification d’une matière organique contenant un combustible. Le gaz obtenu possède un certain pouvoir calorifique. Les gaz synthèse peuvent être produits par la gazéification du charbon, la transformation des déchets en énergie, le vaporeformage du gaz naturel pour produire de l’hydrogène. Le syngas contient 50 % la densité énergétique du gaz naturel. Il peut être brûlé et utilisé comme carburant. Il est également utilisé comme produit intermédiaire permettant de donner d’autres produits chimiques.

Résumé

Un système solaire thermique qui traite les boues d’épuration et les transforme en énergie et en matières premières grâce à un processus chimique de transformation utilisant l’énergie solaire.

Le système Arrow est une solution complète et peu onéreuse qui représente une alternative d’élimination des déchets économique, fournit une source d’énergie verte et produit des matières premières.

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