Fabrication de granulés de lignine à l'échelle du laboratoire

En raison de la demande croissante en énergie dans le monde, de sources d'énergie à fort potentiel sont nécessaires afin de remplacer les combustibles fossiles, tels que le pétrole, le charbon et le gaz naturel. Une forme alternative d'énergie à fort potentiel énergétique sont les pellets (également connu sous le nom de granulés). Ceux-ci peuvent être considérés comme des biocarburants renouvelables assumant qu'ils sont produits à partir de biomasse lignocellulosique. Les pellets ont une faible teneur en humidité, une forme homogène et une densité énergétique élevée car proviennent de la biomasse végétale. La biomasse végétale est généralement composée de trois macromolécules structurales soit l'hémicellulose, la cellulose et la lignine. Cette dernière est intégrée dans la matrice des deux autres macromolécules et constitue le second biopolymère le plus abondant dans la nature. La lignine peut également être obtenue à partir des tissus et résidus lignocellulosiques qui, dans certains cas, sont abondamment disponibles et présents à grande échelle dans le monde. La macromolécule à base phénolique a aussi été associé à des applications dans la fabrication de nouveaux matériaux polymères du type composites et également dans la production de composés organiques aromatiques à base de monomère sans oublier que le pouvoir calorifique élevé de la lignine offre la possibilité d'être utilisé comme source d'énergie. La fabrication de granulés, en tant que source d'énergie alternative, représente une possibilité exceptionnelle pour la production de combustibles solides à haute densité énergétique pour le chauffage industriel. L'objectif principal de ce travail était de développer une méthodologie pour la fabrication de granulés de lignine à partir de résidus agricoles et forestiers. Trois types de lignine ont été utilisés dans la fabrication de granulés à l'échelle du laboratoire. La matière première utilisée dans ce travail a été isolée à partir de bois de peuplier, de tiges de maïs et d'écorce de résineux à l'aide d'un processus de saccharification directe. Les granulés de lignine ont ensuite été fabriqués à l'aide de quatre types d'additifs différents (huile de maïs, acide citrique, glycérol et d-xylose) et, finalement, ils ont été stockés dans deux conditions différentes avant d'être testés. De plus, deux appareils ont été utilisés pour la fabrication de granulés, le système de granulés simple qui a été construit dans l'atelier d'usinage et le granulateur PM650 à l'échelle du laboratoire de la société Buskirk Engineering. Ces deux appareils sont situés au Laboratoire des technologies de la biomasse (LTB) de l'Université de Sherbrooke. La certification CANplus a été utilisée pour valider les paramètres de qualité physiques et chimiques. De plus, ces propriétés ont ensuite été comparées à des granulés fabriqués à partir d'écorce de bois résineux en utilisant le même granulateur. En général, la fabrication de granulés entièrement constitués de lignine a généré des échantillons avec une hydrophobicité globale plus élevée et une valeur calorifique plus élevée. Cependant, la teneur en cendres et en soufre était légèrement supérieure aux valeurs de certification CANplus attendues pour les granulés de classe A. Par conséquent, la lignine a été prétraitée avant la fabrication des granulés, améliorant ainsi la teneur en cendres et en soufre. Cette étude vise à montrer que la lignine pourrait être utilisée pour produire ce nouveau type de granulés, en attendant que le matériau initial ait une faible teneur en cendres et en humidité.Abstract : Due to the high demand for energy globally, high-potential sources are needed to replace fossil fuels, such as oil, coal, and natural gas. An alternative form of energy with a high heating value is pellets. These can be considered renewable biofuels, assuming they are produced from lignocellulosic biomass. The pellets have a low moisture content, a homogeneous shape, and a high energy density. Plant biomass is generally composed of three structural macromolecules: hemicellulose, cellulose, and lignin. The latter is integrated into the matrix of the other two macromolecules and constitutes the second most abundant biopolymer in nature. Lignin can also be obtained from lignocellulosic tissues and residues, which, in some cases, are abundantly available and present on a large scale in the world. The phenolic-based macromolecule has also been associated with applications in the manufacture of new composite-type polymeric materials and the production of monomer-based aromatic organic compounds, without forgetting the high caloric value of lignin offers the possibility of being used as a source of energy. As an alternative energy source, the manufacture of pellets represents a unique possibility for producing high energy density solid fuels for industrial heating. The main objective of this work was to develop a methodology for the manufacture of lignin pellets from agricultural and forest residues. Three types of lignin were used to manufacture pellets on a laboratory-scale. The feedstock used in this work was isolated from poplar wood, corn stover and softwood bark using a direct saccharification process. Lignin pellets were then manufactured using four different types of additives (corn oil, citric acid, glycerol, and d-xylose) and ultimately, they were stored in two different conditions prior being tested. Also, two devices were used to manufacture pellets, the single pellet system built in the machine shop and the Buskirk Engineering laboratory-scale pellet mill model PM650. These two devices are in the Biomass Technology Laboratory (BTL) located at the University of Sherbrooke. The CANplus certification was used to validate the physical and chemical quality parameters. Also, these properties were then compared to pellets made from softwood bark using the same pellet mill. In general, manufacturing pellets entirely made of lignin generated samples with an overall higher hydrophobicity and higher calorific value. However, the ash and sulfur content were slightly higher than the expected CANplus certification values for Grade A pellets. Therefore, the lignin was pretreated before pellet manufacturing, improving the ash and sulfur content. This study intends to show that lignin could be used to produce this new kind of pellets, pending that the initial material has a low ash and moisture content