Valorisation énergétique des déchets organiques par gazéification et combustion

Energy recovery of organic waste via gasification and combustion

• Auteur / Autrice : Mariem Hassène
• Direction : Toufik Boushaki
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Inscription en doctorat le 01/03/2024
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement (Orléans, Loiret ; 2007-...)

Mots clés

Mots clés libres

Biomasse

Valorisation énergetique

Déchets organiques

Gazéification

Combustion

Déchets oléicoles

Biomass

Energy recovery

Organic waste

Gazeification

Combustion

Olive waste

Résumé

Le sujet de thèse proposé fait partie du projet JPR CNRS-Africa qui porte sur la valorisation énergétique des déchets organiques par méthanisation, gazéification et combustion (Valormac) en collaboration avec l'Université Ibn Tofaïl, à Kenitra au Maroc. Le projet Valormac s'intéresse à ces trois voies de valorisation dans le but de réaliser une étude énergétique et économique complète des procédés pour les déchets. Les déchets sélectionnés dans le cadre de ce projet, en raison de leur forte disponibilité et de leur pouvoir énergétique fort intéressant, sont des déchets oléicoles, résultants de la production d'huile d'olives dans des régions du sud de la France et du Maroc. Ces résidus de production de l'huile d'olive sont constitués des grignons (peau, pulpe et fragments de noyaux), et des margines (effluents issus de l'extraction de l'huile d'olive). L'application de traitements de valorisation énergétique des déchets à ces effluents peut en faire une ressource énergétique importante. Dans le cadre de cette thèse, au laboratoire ICARE à Orléans ce sont particulièrement à la gazéification des déchets, leur combustion directe et la combustion du syngas qui seront étudiées. En parallèle, à l'Université Ibn Tofail à Kenitra au Maroc, seront analysées la caractérisation de la biomasse et la méthanisation. Il est envisagé de mener une thèse en parallèle à l'Université Ibn Tofail au Maroc, et le travail sera réalisé en étroite collaboration entre les deux équipes. La première étape de la thèse concernera la caractérisation physico-chimique et thermique de la biomasse, à savoir la détermination du pouvoir énergétique, le comportement dynamique par ATG, la composition chimique (C, H, N, O, S) et la dégradation en masse des échantillons des déchets. Dans l'étape, la phase de gazéification, une étude paramétrique sera conduite dans le gazéifieur d'ICARE pour investiguer l'effet des conditions expérimentales d'entrée (agent oxydant, température, débit de biomasse…) et pour optimiser la production de syngas. La troisième partie de la thèse concernera la combustion : Dans une première phase, le doctorant devra mettre en place un système de combustion adapté pour le syngas (produit de gazéification) et caractériser les flammes obtenues en fonction de différentes compositions de mélange réactif et différents régimes de combustion. La seconde phase de la combustion sera consacrée à la combustion directe de la partie solide des déchets oléicoles (les grignons) dans une chaudière à biomasse disponible au laboratoire ICARE. Le but ici est d'analyser les aspects énergétique et économique d'une combustion directe pour pouvoir les comparer aux procédés de méthanisation/gazéification/combustion-biocombustibles sur les mêmes déchets. Les émissions polluantes (NOx, CO, particules), la teneur en CO2 et le traitement des fumées seront également pris en compte dans la comparaison. Le doctorant sera également impliqué dans d'autres parties du projet Valormac, tels que la gazéification des digestats (déchets de méthanisation), la méthanisation des déchets et la combustion du biogaz obtenu.

This study is part of the JPR CNRS-Africa project, conducted in collaboration with Ibn Tofaïl University, in Kenitra Morocco (VALORMAC Project). The research will focus on the energy recovery from organic waste through anerobic digestion, gasification, and combustion. Valormac considers these three specific recovery methods with special attention to their corresponding techno-economic state-of-the-arts. The selected waste includes the olive waste (OW) due to its high availability and high calorific value. The olive oil production residue consists of pomace (skin, pulp, and stone fragments), and olive mill wastewater (liquid effluents from olive oil extraction), careful-treatment of which could possibly become an attractive path in the road of clean energy generation. As part of this thesis, research will be conducted at the ICARE laboratory in Orléans with a special focus on the gasification process, their direct combustion, and the combustion of syngas. At the same time the research at Ibn Tofaïl University in Kenitra, Morocco, shall focus on biomass characterization and Anaerobic digestion. The first step of the thesis concerns the physicochemical and thermal characterization of the biomass, including the determination of the heating value, the analysis by ATG, the assessment of the chemical composition (C, H, N, O, S), and the study of mass degradation of waste samples. In the gasification step, a parametric study will be conducted using the ICARE gasifier to investigate the effects of various operating conditions (oxidizer, temperature, biomass flow rate, etc.) with the aim of optimizing syngas production. The third step considers the combustion process: In the first part, the PhD student will set up a combustion system adapted for syngas (gasification product) and characterize the flames under different mixture compositions and combustion regimes. The second part of combustion will be devoted to the direct combustion of the solid phase of olive waste (the pomace) in a biomass boiler located at ICARE lab. The objective here is to analyze the energy and economic aspects of direct combustion to be able to compare them to anaerobic digestion/gasification/combustion of biofuel processes applied to the same waste. Pollutant emissions (NOx, CO, particles), CO2 content, and flue gases treatment will be taken into account in this comparative analysis. The PhD student will also be involved in other parts of the Valormac project, such as the gasification of digestates, anaerobic digestion of waste, and combustion of the obtained biogas. A major part of the thesis work will take place at the ICARE laboratory « Institut de combustion aérothermique réactivité et environnement », in Orléans, France. A part of the work including anerobic digestion will be conducted in Morocco at Ibn Tofaïl University, Kenitra. ICARE is a CNRS-INSIS laboratory specialist in combustion, fluid mechanics, and atmospheric pollution under tow fields “Energy & Environment” and “Propulsion & Space”. ICARE has several experimental facilities, some of which are unique in Europe, and high-level metrology and analysis tools. ICARE participates in numerous national and international projects and collaborates with different industrial companies.