L`incinération avec récupération d`énergie

L’incinération avec récupération d’énergie :
Pour éviter que tout ne parte en fumée !
Titre à ajouter
(rédaction : février 2007)
1. Résumé
Sommaire récapitulatif
Type
Spécificités
d’UIRE 1
Four à
grille
• Technologie la plus
répandue (simplicité et
coût).
• Permet le traitement de
résidus mixtes hétérogènes
sans prétraitement.
Four
rotatif
• Requiert un prétraitement
des résidus mixtes.
• Plus adapté aux MR à haute
teneur en verre et métaux.
Four à lit
fluidisé
• Technologie relativement
récente mais avec un bon
rendement de combustion.
• Mieux adapté aux résidus
homogènes.
Avantages UIRE
• Contrôle sanitaire.
• Réduction du volume
des matières
résiduelles.
• Production d’énergie,
donc réduction de
l’utilisation de
combustibles fossiles.
• Technologie de
traitement largement
éprouvée dont
l’évolution est
constante.
• Réduction des GES
émis par rapport à
l’enfouissement sans
récupération de biogaz.
Acceptabilité sociale
• Source de controverse.
• Forte opposition dans plusieurs pays
dont le Canada.
• Préoccupations :
¾ Pollution atmosphérique;
¾ Gestion des cendres;
¾ Compatibilité avec le recyclage.
1
Capacités
UIRE
En général :
10 000 – 450 000
t/an/four
Jusqu’à :
700 000 t/an/four
(très grandes
capacités)
Coûts estimés UIRE
Implantation
96 M$ pour
une UIRE de
150 000 t/an
190 M$ pour
une UIRE de
300 000 t/an
Min.: 50 000 t/an
Émissions
•
•
•
•
•
Émissions atmosphériques générales.
Dioxines/furanes.
Mercure.
Gaz acides.
Cendres.
UIRE : unité d’incinération avec récupération d’énergie
1
Opération
110 – 150
$/tonne
2. Principaux constats
2.1 Incinération avec récupération d’énergie
Description générale
L'incinération est une technique de combustion utilisée comme méthode d’élimination des déchets urbains ou
industriels depuis plus de cent ans. Puisqu’elle comporte généralement des installations complexes, l’incinération est
intégrée dans une chaîne de traitement complète visant la gestion des matières résiduelles produites par une société
[1]. Les traitements thermiques, dont fait partie l’incinération, utilisent des températures suffisamment élevées pour
réduire le volume des déchets ou les stabiliser (déchets médicaux et déchets dangereux notamment), afin d’en
produire de l’énergie et des matières réutilisables [2]. Il existe trois grandes catégories de traitement thermique
basées sur la quantité d’oxygène présente lors du traitement [3] :
1) L’incinération, qui a lieu en présence d’un excès d’oxygène pour qu’une combustion complète ait lieu.
2) La gazéification, qui consiste en un traitement en présence d’une quantité limitée d’oxygène (voir la fiche
sur la gazéification des résidus municipaux pour plus d’information).
3) La pyrolyse, qui a lieu en absence totale d’oxygène.
Bien que l’incinération puisse être pratiquée sans qu’il n’y ait récupération d’énergie, la présente fiche s’intéresse
uniquement aux unités d’incinération avec récupération d’énergie (UIRE) et/ou de chaleur.
Les UIRE sont des procédés très répandus dans le monde depuis plusieurs décennies. Il existe plusieurs procédés
d’incinération qui possèdent chacun des caractéristiques spécifiques. Les procédés d’incinération de grande
envergure les plus répandus sont l’incinération en four à grille, en four rotatif et en four à lit fluidisé. De façon
générale, l’incinération en four à grille permet le traitement de résidus mixtes hétérogènes sans prétraitement; c’est
la première technologie utilisée depuis le 20ième siècle et ayant subi de nombreuses améliorations technologiques,
essentiellement axées sur la performance de combustion et l’épuration des gaz (traitement des fumées). Elle
demeure la technologie la plus répandue dans le monde pour l’incinération des matières résiduelles due à la
simplicité de son procédé et à son coût relativement faible [4]. L’incinération en four rotatif requiert un prétraitement
des résidus mixtes afin de les rendre plus homogènes et de taille plus réduite. Cette technologie est souvent plus
adaptée aux matières résiduelles contenant une proportion importante de métaux et de verre (résidus industriels ou
ordures ménagères). L’incinération à lit fluidisé est généralement mieux adaptée aux résidus homogènes,
possédant une plus petite granulométrie. La technologie est relativement récente mais le rendement de combustion
serait meilleur, l’efficacité s’en trouverait augmentée, et les rejets à l’atmosphère seraient de meilleure qualité. Les
trois techniques opèrent sur le même procédé de combustion en excès d’oxygène; les variantes se fondent sur
l’efficacité de l’injection d’air dans la masse de déchets et certaines comptent sur un prétraitement (déferraillage, tri,
broyage) pour améliorer la combustion, en assurant une bonne turbulence dans le four [26].
La capacité d’une UIRE varie de 10 000 à 450 000 tonnes/an par four, voire 700 000 t/an pour les unités de très
grandes capacités. Généralement, les unités sont adéquates à partir de 50 000 tonnes de matières par an et par four
[26].
2
Les coûts d’implantation peuvent être estimés en moyenne à 96 M $ pour une unité type de 150 000 tonnes/an, et à
190 M $ pour une installation de 300 000 tonnes/an. Quant aux coûts d’opération, ils varient de 110 $ à 150 $/tonne
sur une base de calcul très conservatrice, incluant également le coût de l’amortissement sur 15 ou 20 ans et les coûts
d’élimination des cendres en enfouissement [26].
Pour plus de détails sur les différentes technologies d’incinération, le lecteur est invité à se référer au document de la
Fédération canadienne des municipalités [2] pour un résumé des technologies utilisées au Canada ou au rapport de
la Commission Européenne [1], pour une revue détaillée des meilleures technologies disponibles.
Des matières de différentes natures peuvent être envoyées dans un incinérateur : résidus mixtes tels que des
ordures ménagères, boues municipales et industrielles, refus divers (des centres de tri et de compostage
notamment). Il en ressort des sous-produits tels des cendres de grilles, des cendres volantes et des REFIOM
(résidus d’opération des fumées d’incinérateur d’ordures ménagères), représentant jusqu’à 30 % en poids (mais
moins de 10 % en volume) des matières alimentées ainsi que de l’énergie produite sous forme d’électricité, de
chaleur ou de vapeur. Les gaz chauds issus de la combustion peuvent être utilisés pour le séchage des boues
municipales ou autres applications similaires. Des métaux et autres matières minérales peuvent aussi être récupérés
dans les cendres de grilles.
Dans la gestion des matières résiduelles municipales, l’incinération permet donc de répondre à plusieurs objectifs :
•
Assurer un contrôle sanitaire;
•
Réduire les volumes à envoyer à l’enfouissement;
•
Permettre la récupération de l’énergie [5].
Exemple d’un incinérateur moderne
L’évolution technologique des dernières décennies a permis des réductions
importantes des émissions polluantes, dont profitent les incinérateurs modernes
(post-1996) [6]. À cet égard, certains auteurs soutiennent que l’incinération est
un choix environnemental [4, 6, 7] qui produit 30 % moins de gaz à effet de serre
(GES) que l’enfouissement sans récupération des biogaz [4]. De plus, la
récupération de l’énergie de la combustion des déchets permet de réduire
l’utilisation des sources de combustibles fossiles [7, 8, 9].
Source : Ramboll, 2007 [23]
3
2.2 L’incinération, source de controverse
L’incinération des déchets est un sujet délicat qui a suscité débats et passions depuis de nombreuses années. Dans
plusieurs pays, l’opinion publique est fortement opposée à l’implantation d’unités d’incinération, notamment en
France, en Angleterre, au Canada et aux États-Unis. Dans ce dernier cas, le développement de ce type de traitement
a même été complètement arrêté, aucune nouvelle unité n’ayant été construite depuis 1997 [7]. Ainsi, entre 2000 et
2005 le nombre d’UIRE en fonction aux États-Unis est passé de 102 à 88 [10].
Au Québec, la même tendance est observée. En novembre 2006 par exemple, le groupe Action RE-buts a clairement
établi sa position face à l’incinération [11] en exprimant ses inquiétudes face à la pollution atmosphérique engendrée
par l’incinération et l’incompatibilité entre l’incinération et la récupération. Pour sa part, le Front commun québécois
pour une gestion écologique des déchets (FCQGED) s’inquiète de la gestion des cendres résiduelles, qui serait selon
lui, une voie d’entrée indirecte de métaux dans les lieux d’enfouissement techniques (LET), entraînant un risque de
contamination dans les sols et les eaux souterraines. Tous ne sont cependant pas du même avis (tels que les experts
du Waste-to-Energy Research and Technology Council de l’Université Columbia [4] et ceux de la Confederation of
European Waste to Energy Plants).
À noter que les cendres volantes ainsi que les REFIOM (sous-produits de l’incinération), peuvent subir un traitement
avant l’enfouissement en LET afin d’éviter la dispersion des métaux lourds dans les eaux de ruissellement. Le
traitement du lixiviat pourrait aussi permettre d’atténuer cette problématique.
Les principaux arguments généralement invoqués par les détracteurs de l’incinération sont donc :
•
•
La production d’émissions atmosphériques polluantes [1, 2, 6, 13 et 15], dont :
o
Les dioxines et furanes [1, 6, 12 et 16];
o
Le mercure et les métaux [1, 4, 15, 17 et 18];
o
Les gaz acides [1 et 15];
o
La gestion des cendres, pouvant se traduire par une contamination des sols et des eaux
souterraines [1, 18, 19 et 20].
La compétition potentielle pour certaines matières, entre l’incinération et le recyclage [2, 6 et 7].
Un des avantages majeurs de l’incinération est la production d’énergie thermique récupérable sous forme de vapeur
[2] ou sous une autre forme. La vapeur produite peut être utilisée sous sa forme première pour chauffer des quartiers
adjacents [9] ou convertie en électricité à l’aide de turbines à vapeur [16]. La vapeur produite peut être utilisée sous sa
forme première dans des procédés industriels ou sous forme de cogénération, c.-à-d., en générant deux formes
d'énergie soit de l'électricité à l'aide d'une turbine à vapeur et de la vapeur résiduelle, soit de l'eau chaude en sortie
de turbine pouvant être utilisée dans des procédés industriels ou du chauffage urbain [9] [16] + comm personnelle.
Comparativement aux installations pouvant produire de l’électricité, comme les centrales au charbon, les unités de
traitement thermique des déchets avec récupération d’énergie produisent une énergie plus propre [6]. Celles-ci ont
même été déclarées « la source d’énergie [de combustion] la plus verte » par l’Agence de la protection de
l’environnement des États-Unis et le département Américain de l’énergie [7].
4
Au Québec, il est peu probable que la production d’énergie issue des UIRE remplace un jour celle de
l’hydroélectricité. Par contre, il est plausible qu’elle remplace l’électricité qui est produite par les centrales au gaz. De
plus, la présence d’un UIRE près d’un centre urbain peut s’avérer intéressante en cas de panne du réseau de
transport d’énergie électrique. Augmenter l’indépendance du pays face aux combustibles fossiles est une
préoccupation pour plusieurs nations. Par exemple, la presque totalité de l’énergie produite par Taïwan provient de
sources fossiles importées [16]. L’État compte beaucoup sur la production d’électricité par les déchets pour diminuer
leur dépendance aux combustibles fossiles. Ainsi, en 2003, plus de 1,5 % de l’énergie totale générée à Taïwan
provenait de la combustion des déchets [16].
2.3 Tendances en matière de traitement des résidus ultimes
L’incinération est globalement moins utilisée pour éliminer les déchets ultimes que l’enfouissement. En Europe, où les
directives tendent à décourager l’enfouissement, l’incinération reste peu utilisée, la gestion des matières résiduelles
se divisant ainsi (en 2001) : 62,6 % en lieu d’enfouissement technique (LET), 21,9 % à l’incinération, 4,5 % au
compostage et 11,0 % au recyclage [21]. Toutefois, l’incinération est présentement en expansion dans plusieurs pays
européens, notamment au Danemark, au Luxembourg et en France, où plus de 50 % des matières résiduelles sont
ou seront gérées par ce type de traitement thermique. Aux États-Unis, la gestion des matières résiduelles se
distribuait ainsi en 2005 : 54,3 % en LET, 13,6 % à l’incinération, 8,4 % au compostage et 23,8 % au recyclage [10].
Contrairement à l’Europe, l’utilisation d’UIRE est en déclin en Amérique depuis 1995 [22].
De façon comparative, le traitement des déchets par des UIRE entraîne des émissions de dioxyde de carbone (CO2),
de COV, de particules dans l’air, ainsi que des émissions aqueuses de mercure (Hg), de cadmium (Cd) et de dioxines
plus faibles que l’enfouissement pour la même quantité de déchets [2]. À l’opposé, l’enfouissement est favorisé
lorsque les émissions suivantes sont considérées : NOx, SOx, HCI, métaux (Hg, Cd, et plomb), PCDD/PCDF dans l’air
et plomb dans l’eau [2]. De plus, l’enfouissement implique un risque de contamination du sol et des eaux souterraines
à cause de la lixiviation, élément qui est moins présent dans le cas de l’incinération. Pour cette raison, l’élimination
des matières résiduelles par incinération est privilégiée notamment dans les communautés à plus forte densité de
même que dans celles construites sur une terre sablonneuse, comme Long Island (NY) et l’État de la Floride [4].
5
3. Pour poursuivre la recherche …
Comment s’y retrouver pour chercher de l’information?
L’information disponible sur le sujet de l’incinération est abondante.
Termes anglais
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
Termes français
RDF-refuse-derived fuel
WDF-waste-derived-fuel (UK)
Combustion or incineration
Mass burning
Mass-fired
Waste-to-energy (WTE)
Energy-from-waste (EFW)
Bottom Ash
Fly Ash
ƒ
Combustible dérivé des déchets
ƒ
ƒ
Combustion ou incinération
Incinération de déchets non conditionnés
ƒ
L’énergie des déchets
ƒ
ƒ
Cendre résiduelle
Cendre volante
4. Références utilisées
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Commission Européenne. (2006). Reference Document on the Best Available Techniques for Waste
Incineration, 602 p.
FCM (2004). Les déchets solides, une ressource à exploiter : Guide pour le développement de collectivités
viables. Ottawa, Fédération canadienne des municipalités, 265 p.
TCHOBANOGLOUS, G., THEISEN, H.et VIGIL, S. (1993). Integrated solid waste management: engineering
principles and management issues. Boston, Irwing McGraw-Hill, 978 p.
THEMELIS, N.J. (2003). An overview of the global waste-to-energy industry. Waste management world,
International Solid Waste Association. August - July.
SHEN, B. et QINLEI (2006). Study on MSW catalytic combustion by TGA. Energy Conversion and
Management 47(11-12) pp.1429-1437.
PORTEOUS, A. (2001). Energy from waste incineration - a state of the art emissions review with an
emphasis on public acceptability. Applied Energy 70(2) pp.157-167.
MILLRATH, K. et THEMELIS, N.J. (2003). Waste as a Renewable Source of Energy: Current and Future
Practices, Compte-rendu de conférence. Washington, DC, United States, American Society of Mechanical
Engineers, New York, NY 10016-5990.
CONSONNI, S., GIUGLIANO, M.et GROSSO, M. (2005). Alternative strategies for energy recovery from
municipal solid waste - Part A: Mass and energy balances. Waste Management 25(2) pp.123-135.
SAHLIN, J., KNUTSSON, D. et EKVALL, T. (2004). Effects of planned expansion of waste incineration in the
Swedish district heating systems. Resources Conservation and Recycling 41(4) pp.279-292.
US-EPA (2006). 2005 Facts and figures. Washington, United-States Environmental protection Agency,
EPA530-R-06-011, 153 p.
RE-BUT, A. (2006). Action RE-buts fait part de ses inquiétudes face aux ambitions technologiques de la Ville
de Montréal quant à la gestion de ses matières résiduelles. 1 p.
6
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
POST (2000). INCINERATION OF HOUSEHOLD WASTE: post 149. Londres, The Parliamentary Office of
Science and Technology.
CONSONNI, S., GIUGLIANO, M.et GROSSO, M. (2005). Alternative strategies for energy recovery from
municipal solid waste - Part B: Emission and cost estimates. Waste Management 25(2) pp.137-148.
STENGLER, E. (2005). The European position. Waste Management World 5(6).
JANNELLI, E., MINUTILLO, M. (2006). Simulation of the flue gas cleaning system of an RDF incineration
power plant. Waste Management Article sous presse.
TSAI, W.T. et CHOU, Y.H. (2006). An overview of renewable energy utilization from municipal solid waste
(MSW) incineration in Taiwan. Renewable & Sustainable Energy Reviews 10(5) pp.491-502.
CCME (2005). CANADA-WIDE STANDARDS FOR MERCURY (Mercury Emissions, Mercury-Containing
Lamps and Mercury for Dental Amalgam Waste), Conseil canadien des ministres de l'environnement.
DISTRICT,
G.V.R.
(2004).
Waste-to-energy
facility.
http://www.gvrd.bc.ca/recycling-andgarbage/pdfs/WasteEnergyFactsheet.pdf, page visitée le 5 février 2007.
JURIC, B., HANZIC, L., ILIC, R.et SAMEC, N. (2006). Utilization of municipal solid waste bottom ash and
recycled aggregate in concrete. Waste Management 26(12) pp.1436-1442.
SAIKIA, N., KATO, S.et KOJIMA, T. (2006). Production of cement clinkers from municipal solid waste
incineration (MSWI) fly ash. Waste Management Article sous presse.
CAPUTO, A.C.et PELAGAGGE, P.M. (2002). RDF production plants: I Design and costs. Applied Thermal
Engineering 22(4) pp.423-437.
AGENCY, U.S.E.P. (2006). Municipal solid waste in the United States: 2005 facts and figures O.o.S.W.
(5306P).
RAMBOLL. Waste to energy. Document d'entreprise disponible sur
http://www.ramboll.dk/docs/dan%5CServices_Projekter%5CAffald%5Cwaste_to_energy.pdf .
US-EPA. http://www.epa.gov/epaoswer/non-hw/muncpl/landfill/sw_combst.htm
GREAT VANCOUVER REGIONAL DISTRICT (2004). Solid Waste Facts: Waste-to-energy facility, 4 p.
Disponible sur http://www.gvrd.bc.ca/recycling-and-garbage/pdfs/WasteEnergyFactsheet.pdf
DESSAU-SOPRIN (2006). Évaluation des choix technologiques de traitement des matières résiduelles pour
l’agglomération de Montréal. Rapport final mai 2006. N.Réf. 052-P004273-101-MR-R001-01. 48 pages, 5
annexes.
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