La pyrolyse par plasma de flamme transforme le café humide en biocarburant en 90 secondes.
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Chaque année, les humains consomment environ 400 milliards de tasses de café, générant ainsi 18 millions de tonnes de marc de café humide, soit l'équivalent du poids des trois pyramides de Gizeh. Ce marc, qui finit majoritairement en décharge, pourrait servir de carburant. Cependant, son humidité représente un obstacle majeur. Des scientifiques de l'Institut coréen des géosciences et des ressources minérales (KIGAM) ont mis au point une technique permettant de transformer le marc de café encore humide en biocarburant de haute qualité en seulement 90 secondes.
La technologie, que les chercheurs décrivent comme une première mondiale en matière de pyrolyse par plasma de flamme (FPP), projette sur les sols humides des flammes de plasma extrêmement chaudes (800 à 900 °C) , qui vaporisent rapidement l'humidité, créant un effet « pop-corn » qui transforme les sols en un biochar à structure poreuse.
D'après les chercheurs, le produit obtenu présente des performances de combustion comparables à celles du charbon de bois anthracite . Outre l'élimination de l'étape de pré-séchage requise par d'autres procédés, le procédé KIGAM tire parti de l'humidité en la transformant en agent d'activation de la vapeur, ce qui accélère les réactions et améliore la qualité du produit.
Le potentiel énergétique du marc de café est connu depuis longtemps. Cependant, sa forte teneur en humidité a toujours constitué un obstacle à sa transformation économique en combustible. Le défi réside dans le processus énergivore et long que représente le pré-séchage du marc avant son traitement.
La méthode des chercheurs, décrite en détail dans la revue Chemical Engineering , élimine complètement l'étape de séchage, exploitant ainsi l'humidité. Cette technique traite le marc de café contenant environ 55 % d'humidité, encore très humide. Au cours du procédé, la flamme de plasma, créée par la combustion de gaz de pétrole liquéfié (GPL) et d'air comprimé, transforme le marc humide en biochar sec et poreux en 90 secondes, avec une réduction de masse de 83,3 %.
Un système de plasma de flamme à pression atmosphérique a été utilisé pour le séchage et la carbonisation rapides du Marc de café usagé.
Institut coréen des géosciences et des ressources minérales (KIGAM)
Le biochar obtenu présente un pouvoir calorifique de 29 MJ/kg, ce qui signifie que la combustion d'1 kg de ce combustible fournit 29 MJ d'énergie thermique. À titre de comparaison, le bois a un pouvoir calorifique de 15 à 20 MJ/kg.
Outre sa haute teneur énergétique, le biochar a également présenté des améliorations significatives en termes de qualité et de performance environnementale. Sa teneur en carbone fixe a presque triplé, passant de 15,6 % à 46,2 %, ce qui signifie qu'une plus grande proportion de la matière est convertie en carbone à longue durée de vie et riche en énergie, qui brûle plus efficacement.
Le procédé a également éliminé complètement les composés soufrés, empêchant ainsi les émissions d'oxydes de soufre responsables des pluies acides et de la pollution atmosphérique. Parallèlement, la surface spécifique du matériau est passée de 1,5 à 115,4 m²/g, lui conférant des propriétés similaires à celles du charbon actif et ouvrant la voie à des applications autres que la production de combustible, notamment la purification de l'eau, la filtration de l'air et l'adsorption industrielle. Le procédé plasma a également produit très peu de fumée et de goudron, réduisant ainsi les polluants secondaires nocifs généralement associés à la conversion de la biomasse et faisant de cette technologie une méthode plus propre de production de combustible solide renouvelable.
La rapidité est un autre atout majeur de ce procédé. Les méthodes conventionnelles de conversion de la biomasse en combustible solide, telles que la carbonisation hydrothermale et la torréfaction, peuvent prendre de 30 minutes à six heures. Le procédé FPP de KIGAM réalise cette opération en 90 secondes, soit jusqu'à 240 fois plus vite que les méthodes conventionnelles.
Les chercheurs affirment également que ce système évite l'un des inconvénients habituels des traitements au plasma. Au lieu d'utiliser des équipements à plasma énergivores, il génère le plasma par combustion de GPL et d'air comprimé, réduisant ainsi la consommation d'énergie tout en fournissant la chaleur extrême nécessaire à une conversion rapide.
Le principal avantage réside peut-être dans le fait que la matière première est introduite humide ; la suppression de l’étape de séchage permettrait de réduire la consommation d’énergie et les coûts. Ainsi, bien que le projet se soit concentré sur le marc de café, cette technologie peut être appliquée à une large gamme de déchets organiques à forte teneur en humidité, notamment les déchets alimentaires, les résidus agricoles et même les boues d’épuration.
« Cette technologie représente un nouveau paradigme où les déchets ne sont plus considérés comme un problème d'élimination, mais comme une précieuse ressource énergétique », a déclaré le Dr Taejun Park, auteur principal de l'étude. « Nous prévoyons d'étendre cette technologie à différents types de déchets organiques à forte teneur en humidité et d'optimiser davantage le procédé en vue d'une commercialisation à l'échelle industrielle. »
Le procédé est également compact, ce qui permet son déploiement dans des systèmes de valorisation énergétique des déchets sur site.