Valorisation énergétique pneu

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La récupération d'énergie est principalement l'utilisation de broyats ou de pneus entiers comme remplacement de l'essence pour la production d'énergie dans des cimenteries, centrales de chauffage urbain, fonderies et aciéries. Cette énergie redistribue de la chaleur et/ou de l'électricité. C'est la valeur calorifique des pneus qui est utilisée quand il est brûlé. En 2016, 38% des pneus collectés par Aliapur étaient destinés à la valorisation énergétique.

Cimenteries

Ces dernières années, l'industrie du ciment s'est engagée à réduire sa consommation d'énergie fossile, tout en garantissant le maintien de la qualité du ciment. Avec l'utilisation de pneus déchiquetés ou de pneus entiers comme carburant de substitution, les cimenteries participent à la préservation des ressources naturelles et au recyclage des produits en fin de vie. Cette solution permet de réaliser des économies en coke de pétrole, charbon et fioul lourd. Bien entendu, l'utilisation des pneumatiques se fait dans des conditions d'utilisation particulièrement strictes et contrôlées. Dans certaines usines, le taux de substitution des sources d'énergie traditionnelles peut atteindre 50 % de la consommation de chaleur de la fournaise.

Depuis 2004, Aliapur s'est engagé dans un partenariat avec les cimentiers français Lafarge et Vicat, ainsi qu'avec le cimentier suisse Holcim pour la livraison de pneus entiers ou déchiquetés destinés à être utilisés comme carburant de substitution. Tous cimentiers confondus, cette collaboration permet de recycler environ 80 000 tonnes de pneus par an.

Plus d'informations sur cette vidéo.

Chauffage urbain

Les pneus usagés peuvent être utilisés comme carburant dans les stations de chauffage urbain.

Dans le cadre de cette application, Aliapur expédie des pneus déchiquetés en Suède depuis 2008. Le géant industriel allemand E. On - l'un des leaders mondiaux du secteur de l'énergie - y exploite en effet une station de chauffage dont les spécifications limitent fortement l'utilisation des combustibles fossiles. Comme deux des quatre chaudières de cette station de chauffage acceptent les pneus, Aliapur a livré plus de 5 000 tonnes de pneus déchiquetés pour les essais en 2008. Deux formats de broyage différents ont été testés.

Les essais étant concluants, la station de chauffage suédoise devrait être en mesure d'absorber 15 000 tonnes de pneus déchiquetés d'Aliapur à partir de 2009.

Fonderies

Dans deux fonderies, des essais d'introduction du broyat de pneus en fin de vie ont été réalisés dans deux fonderies utilisant une coupelle à air chaud pour recycler le métal et le noir de carbone provenant des broyats dans la fonte. Ces essais se sont déroulés dans le cadre d'une convention de recherche cofinancée par le CTIF et l'ADEME, avec une contribution d'Aliapur. Les résultats ont révélé qu'il est possible de charger des pneus et de produire de la fonte avec tous les critères requis.

Après deux ans de tests - d'abord en laboratoire, puis dans une usine - l'utilisation de broyats de pneus dans les fonderies est passée à la phase d'expérimentation industrielle. Depuis juin 2007, il est utilisé en continu dans la fonderie FMGC de Soudan (Loire-Atlantique, France). L'expérience montre que le chargement d'un pneu déchiqueté dans une fonderie n'altère ni le processus de fusion, ni la qualité et les propriétés du fer qui est ensuite coulé, tout en réduisant simultanément les coûts de fabrication.

La contribution qu'Aliapur apporte depuis plusieurs années dans le domaine de la standardisation du broyage des pneus trouve son application dans l'utilisation de ce broyat dans les fonderies. Les études réalisées visent effectivement à déterminer la taille appropriée du broyat par rapport aux usines dans le processus industriel pour le meilleur recyclage possible.


Aciérie

La composition des pneumatiques comprenant une grande quantité de carbone, il est donc possible de remplacer l'anthracite que les usines EAF utilisent pour réduire la rouille dans les déchets en fin de vie.

Cette utilisation du broyage des pneus est un procédé efficace, économique et écologique, validé depuis 2004. Chaque année, 7 000 tonnes sont ainsi recyclées en France et 1 500 tonnes en Belgique. La qualité de l'acier reste identique et les émissions de gaz et de poussières sont équivalentes.

Comment remplacer l'anthracite par des pneus en fin de vie dans les aciéries ?

Depuis 2004, ALIAPUR et l'aciérie LME utilisent avec succès une nouvelle technologie de recyclage des pneus en fin de vie dans une usine EAF. Cette technologie a été développée par Arcelor Research à la demande d'Arcelor et de Michelin et soutenue par l'ADEME.

La fabrication de l'acier dans un four à arc électrique est basée sur la fusion de ferraille à haute température (1 650°C) pendant environ 45 minutes jusqu' à ce qu'elle soit fondue. Un arc électrique à une température supérieure à 15.000°C assure une élévation progressive de la température.

Habituellement, dans un four à arc électrique, environ 3 300 kg de chaux et 1 150 kg de carbone sous forme d'anthracite sont ajoutés à 100 tonnes de ferraille. L'anthracite fournit le carbone, qui se dissout dans le métal liquide, où il joue le rôle de réduire les oxydes de fer: la rouille.

Le process

Tout d'abord, l'oxygène et le méthane sont utilisés comme brûleurs. Ces brûleurs chauffent la ferraille située dans des endroits froids du four que l'électrode n'atteint pas efficacement. Une fois la ferraille fondue, les lances injectent de l'oxygène pur, générant ainsi la "décarbonisation" et la "post-combustion" de l'excès d'anthracite carboné, ajouté à la ferraille, et créant de l'énergie supplémentaire par des réactions exothermiques.

Un pneu est composé de carbone et de fer. La possibilité de remplacer tout ou partie de l'anthracite placé dans les fours électriques à arc par des pneus en fin de vie ouvre la voie à une nouvelle technologie de recyclage des pneus. Arcelor, au travers de son pôle de recherche Arcelor Research, travaille depuis 1997 avec de nombreux partenaires (ADEME, Michelin) sur ce thème de recherche.

Les tests

Les premiers essais sur site ont été réalisés dans deux aciéries en Lorraine.

La technique a d'abord été testée, puis affinée dans l'usine EAF d'Ascométal à Hagondange.

Enfin, afin de valider le principe, une utilisation industrielle régulière et prolongée a été testée dans le four de SAM Neuves-Maisons. Après avoir vérifié qu'il était possible de fonctionner sans incident, différents moyens d'introduction ont été testés: des pneus entiers à la poudre, tout en surveillant les révisions matérielles et thermiques, ainsi que les émissions du four.

Il a été possible d'identifier plusieurs bonnes pratiques:

   Contrôler avec précision la quantité de pneus ajoutés
   Ajout de pneus au bon endroit dans la charge, ni sur le dessus, ni au pied du bain.
   Adaptation de l'utilisation des brûleurs et mise en œuvre de la postcombustion.

Les résultats des tests

De 5 à 12 kg de pneumatiques sont ajoutés par tonne d'acier, soit une quantité similaire à celle du charbon. Si les pneus ont été découpés en morceaux d'environ 10 cm et sont ajoutés à la charge en vrac, le bilan thermique du four n' a révélé aucune distinction entre le carbone obtenu à partir de l'anthracite et celui des pneus. Le taux de substitution calculé était de 1,7 kg de pneus pour 1 kg d'anthracite. Les résultats métallurgiques, notamment en ce qui concerne le soufre, n'ont pas été affectés.

Un bilan environnemental positif

  • Mesures en capture: pas d'incidence (COV, SO2),
  • Émissions des cheminées: pas d'incidence sur les concentrations mesurées en HAP, BTEX et PCDD/F (PolyChloroDibenzoDioxines et Furanes) en phase gazeuse et en C, S, Cd, Zn, Pb, TMS (concentrations de matières solubles) et HAP dans la poussière,
  • Coeur du four: pas de modifications notables.
  • Une réussite industrielle et une réussite environnementale

Suite à ces tests concluants, le projet d'utilisation des pneus hors d'usage a été développé industriellement sur le site du LME de Trith-Saint-Léger (59), en partenariat avec Aliapur. Au cours de la première année d'exploitation industrielle (2004-2005), LME et Aliapur ont souhaité confirmer la faisabilité et les bonnes pratiques identifiées lors de la phase d'essais sur site.

Environ 1 tonne de pneus sous forme déchirée est incorporée dans la ferraille par coulée en remplacement de l'anthracite, soit environ 1% des pneus par coulée.

L'observation menée conjointement par Aliapur et le LME a porté sur l'évaluation environnementale de ce type de substitution: impact sur les poussières (LRCCP) et impact sur les effluents gazeux (Air Liquide). L'examen de ces analyses a permis de mettre en évidence le fait que toutes les opérations se sont déroulées de manière normale et que les échantillons de poussière n'ont pas révélé de différences significatives lors de l'utilisation de pneumatiques ou d'anthracite.

Ces essais confirment que l'utilisation de pneumatiques nécessite l'adaptation des paramètres de post-combustion (oxydation du CO en CO2), de sorte que la combustion du CO a lieu dans le four et non partiellement dans le circuit de captage, ce qui entraînerait une perte d'énergie dans la fumée ainsi qu'une sollicitation thermique excessive de l'installation.

Depuis 2005, le site du LME de Trith-Saint-Léger (59), capable de traiter 7 000 tonnes de pneus par an, démontre la viabilité du recyclage des pneus en fin de vie dans un four à arc électrique.

D'autres industriels renouvellent leur expérience

Au vu des premiers résultats du LME, et sous l'impulsion de la Région wallonne, Industeel Belgium (Arcelor) a à son tour mis au point le procédé, à partir de 2004, afin d'atteindre une dissipation thermique de 1 500 t par an. Cette deuxième expérience industrielle a confirmé les résultats du LME, tant en termes de consommation spécifique de pneus que d'économies d'anthracite. Ces deux expériences industrielles ouvrent aujourd'hui la voie à une technologie favorable à l'environnement, au recyclage des pneus en fin de vie, tout en générant des économies de matières premières pour les aciéries.

Plus d'informations avec cette vidéo expliquant l'utilisation des copeaux dans les aciéries (Aliapur).