Mettre les ordures à Bon escient avec les Déchets en énergie
Photo: Jan Truter
Au cours des quatre dernières décennies, nous, les êtres humains, avons triplé notre consommation des ressources naturelles de la terre, indique un récent rapport du Programme des Nations Unies pour l’environnement. Et selon le World Resources Institute, « la moitié à trois quarts des apports annuels de ressources aux économies industrielles sont renvoyés dans l’environnement sous forme de déchets en un an seulement. »
En 2013, les États-Unis ont produit 254 millions de tonnes de déchets, ou déchets solides municipaux. Environ 87 millions de tonnes ont été compostées ou recyclées, 32,7 millions de tonnes ont été brûlées pour l’énergie et 134,3 millions de tonnes ont été mises en décharge.
Les déchets solides municipaux sont constitués de papier, de carton, d’aliments, de coupures d’herbe, de feuilles, de bois, de cuir, de plastiques, de métaux et de matières synthétiques à base de pétrole. Aucune approche unique ne peut traiter tous les types de déchets, une « hiérarchie de gestion des déchets » est donc utilisée pour classer les stratégies de traitement des déchets en fonction de leurs impacts environnementaux. Un principe clé de la gestion durable des déchets est d’essayer de traiter les déchets le plus haut possible dans la hiérarchie des déchets.
La première priorité est d’éviter de produire 
déchets en réduisant la consommation et les emballages. La prochaine meilleure option est de recycler; le compostage des déchets organiques vient ensuite. Ensuite, on brûle les déchets post-recyclés pour en faire de l’énergie, puis on les met en décharge.
Le nombre de décharges américaines a diminué au fil des ans, mais la taille moyenne des décharges existantes a augmenté. Les décharges peuvent émettre du dioxyde de carbone, du méthane, des composés organiques volatils et d’autres polluants dangereux dans l’air. Aux États-Unis, ils sont le troisième contributeur en importance des émissions de méthane, dont le potentiel de réchauffement de la planète est 25 fois plus puissant que celui du dioxyde de carbone sur 100 ans. Les gaz d’enfouissement peuvent également se déplacer sous terre, causant potentiellement des incendies et des explosions, et le liquide ou le lixiviat qui s’accumule dans les décharges peut contaminer les eaux souterraines. De plus, les décharges sont inesthétiques et odorantes.
Une décharge à Danbury, Connecticut. Photo: Nations Unies
La mise en décharge des déchets solides entraîne les problèmes décrits ci-dessus, et signifie également que toute l’énergie inhérente aux déchets est gaspillée. La combustion des déchets dans les usines de transformation des déchets en énergie réduit non seulement son volume de 87%, mais peut également exploiter son énergie intégrée et l’utiliser à bon escient.
Les usines qui brûlent des déchets pour produire de l’électricité ont été construites pour la première fois dans les années 1970. Après l’entrée en vigueur de la Loi sur la qualité de l’air, il est devenu évident que les usines produisaient des émissions dangereuses de mercure et de dioxines; des normes ont été établies qui interdisaient la combustion incontrôlée des déchets et limitaient les émissions de particules. Au cours des années 1990, les États-Unis. Environmental Protection Agency a établi le règlement sur la technologie de contrôle maximale réalisable, qui exigeait que les installations de valorisation énergétique des déchets installent des contrôles de la pollution atmosphérique. En 2007, l’EPA a comparé les émissions de déchets en énergie entre 1990 et 2005; elle a constaté des baisses de 24% en oxyde d’azote, 88% en dioxyde de soufre, 99% en dioxines et 96% en mercure.
Aux États-Unis, il existe actuellement 77 installations de transformation des déchets en énergie dans 22 États, traitant 95 023 tonnes de déchets chaque jour, capables de produire 20 800 gigawattheures d’électricité par an. L’Europe compte plus de 400 usines de ce type, et 300 autres se trouvent dans d’autres parties du monde.
La plupart de ces usines sont des installations de combustion de masse. Les déchets sont stockés dans de grands bunkers, puis transportés sur une grille mobile dans un four où ils sont brûlés à plus de 850C pendant au moins deux secondes pour assurer une combustion complète. La chaleur du four chauffe l’eau dans une chaudière, créant de la vapeur qui fait tourner une turbine pour entraîner un générateur qui produit de l’électricité. L’électricité entre alors dans le réseau. En Europe, certaines usines combinent la production d’électricité avec un système de chauffage urbain, utilisant l’excès de vapeur pour créer de la chaleur utilisée pour chauffer les maisons.
Déchets en attente d’être brûlés. Photo: Ari Herzog
Environ 20% de ce qui reste après la combustion sont des cendres de fond non dangereuses; une partie est utilisée pour couvrir les décharges afin de réduire le lixiviat ou est mise en décharge. En Europe, il est souvent utilisé dans l’industrie de la construction ou pour la construction de routes.
La combustion de plastiques comme le chlorure de polyvinyle produit des émissions toxiques, de sorte que les gaz d’échappement de la chaudière, les gaz de combustion, doivent être traités avec des filtres, une absorption, un lavage et / ou d’autres équipements avant de pouvoir être libérés dans l’atmosphère. Les gaz de combustion contiennent des cendres volantes constituées de particules et de produits chimiques toxiques. Les cendres volantes représentent moins de 5% des déchets entrant dans l’usine; elles peuvent être traitées, mais doivent être éliminées en tant que déchets dangereux. En fait, tous les polluants, même filtrés ou piégés, doivent être éliminés dans des décharges spéciales. Les eaux usées produites par l’usine sont traitées puis rejetées.
La Loi sur la qualité de l’air établit des normes pour l’émission de dioxyde de soufre, de chlorure d’hydrogène, d’oxydes d’azote, de monoxyde de carbone, de particules, de cadmium, de plomb, de mercure et de dioxines. La Loi fédérale sur la conservation et la récupération des ressources exige que les cendres restantes soient analysées pour s’assurer qu’elles ne sont pas dangereuses et qu’elles sont éliminées ou réutilisées correctement. Les exigences des États sont parfois encore plus strictes que les réglementations fédérales.
Parce que les émissions de dioxines sont la principale préoccupation des usines de valorisation énergétique des déchets, Nickolas Themelis, directeur et fondateur du Earth Engineering Center de l’Université Columbia et président du Global Waste-to-Energy Research and Technology Council, et son étudiant Henri Dwyer ont publié un inventaire des émissions de dioxines de 2012.
« Toutes les usines de transformation des déchets en énergie ont atteint quelque chose comme trois grammes pendant un an », a déclaré Themelis. « À titre de comparaison, le total des dioxines des États-Unis était de 3 000 grammes. L’une des grandes sources était les incendies de décharge avec 1 300 grammes. »
» Toutes les plantes aux États-Unis. émettre des émissions de dioxines nettement inférieures aux limites établies au niveau national – environ 100 fois plus faibles « , a déclaré Athanasios Bourtsalas, professeur adjoint adjoint au département de la Terre et de l’ingénierie de l’Université Columbia. « Et il n’y a aucune preuve de substances toxiques associées à la valorisation énergétique des déchets. Toutes nos recherches passées ont prouvé que la valorisation énergétique des déchets est une technique de gestion des déchets très durable pour les plus de 1 000 usines actuellement en activité dans le monde. »
La griffe à l’usine de Haverhill, MA de Covanta. Photo: Rebecca Zieber
Covanta, un leader de l’industrie avec 41 installations dans le monde, affirme que ses usines américaines fonctionnent à plus de 60 à 90% en dessous des limites d’émissions requises. Sa technologie de contrôle des émissions de pointe injecte de l’ammoniac ou de l’urée dans le four pour transformer l’oxyde d’azote (un composant du smog et des pluies acides) en azote inoffensif; le charbon actif ajouté aux gaz de combustion absorbe le mercure et les dioxines; la boue de chaux est pulvérisée dans les gaz d’échappement, éliminant 95% du dioxyde de soufre et de l’acide chlorhydrique; et un « filtre à manches », un peu comme un aspirateur, élimine 99,5% des particules des gaz de combustion. Covanta surveille les émissions 24/7.
Outre la gestion durable des déchets, les centrales de valorisation énergétique des déchets offrent d’autres avantages, tels que les droits de port (la redevance par tonne payée par la municipalité à l’installation de réception des déchets), l’électricité et / ou la chaleur coproduite qui est produite, la valeur de la ferraille collectée et potentiellement, des crédits de carbone pour les énergies renouvelables (Parce que sa source de combustible est durable, la valorisation énergétique des déchets est considérée comme une technologie renouvelable). Une usine moyenne de traitement des déchets solides municipaux peut générer environ 500 à 600 kWh par tonne; à 6 cents par kWh, une tonne de déchets peut rapporter de 30 à 36 dollars. Produire de l’électricité à partir de déchets au lieu de combustibles fossiles permet également d’économiser un baril de pétrole ou un quart de tonne de charbon pour chaque tonne de déchets solides brûlés. En termes d’émissions de CO2, lorsque cette méthode est comparée à des décharges qui ne récupèrent pas leurs émissions de méthane, la valorisation énergétique des déchets permet d’économiser une tonne de CO2 par tonne de déchets; par rapport aux décharges qui récupèrent leurs gaz de décharge, elle permet d’économiser environ une demi-tonne de CO2 par tonne de déchets.
Trois nouvelles technologies ont le potentiel de réduire davantage les émissions toxiques, de laisser moins de résidus et de produire du gaz de synthèse, un mélange gazeux qui peut être utilisé comme combustible pour l’électricité ou transformé en d’autres produits énergétiques. Les trois nouvelles technologies – la gazéification, la gazéification par plasma et la pyrolyse – sont considérées comme des « technologies de conversion », qui sont des technologies qui n’impliquent pas de combustion (combustion avec de l’oxygène). Ils surchauffent les déchets solides dans des environnements à faible teneur en oxygène, ce qui réduit considérablement la production d’émissions toxiques et facilite la récupération immédiate des métaux et des scories afin que moins de résidus soient mis en décharge et que ce qui reste soit moins toxique.
Malgré ces avantages, aucune de ces nouvelles technologies n’a encore été lancée à l’échelle commerciale aux États-Unis. Au Japon et en Europe, où les terres destinées aux décharges sont rares, les usines de technologie de conversion ont été soutenues par des subventions gouvernementales et des réglementations favorables. Mais les coûts sont élevés, car certaines usines nécessitent des déchets plus homogènes, dont le pré-tri ajoute au coût, et les méthodes actuelles de nettoyage du gaz de synthèse sont coûteuses.
Bourtsalas a expliqué que si les usines de combustion de masse peuvent traiter plus de 1 000 tonnes de déchets solides par jour, les usines de technologie de conversion au Japon n’en traitent qu’environ 100 tonnes par jour; elles en sont au stade pilote. L’installation de Tees Valley, au Royaume-Uni, d’une valeur de 900 millions de dollars, a été construite en utilisant la gazéification pour traiter 700 000 tonnes de déchets par an. Prévu pour ouvrir en 2015, il n’a jamais démarré et a fait faillite.
« Toute la technologie utilisée aujourd’hui est la combustion de base, produisant de la vapeur, à l’exception des petites usines du Japon. Il serait bon d’avoir plus d’une technologie « , a déclaré Themelis. « Mais l’un des problèmes de la valorisation énergétique des déchets par rapport à la mise en décharge est que cela coûte un peu plus cher – en moyenne, cela coûte 20 per de plus par tonne. Même ce peu d’argent est suffisant pour faire une différence, donc si vous obtenez un nouveau processus qui coûtera 100 more de plus, il ne va pas disparaître. C’est de l’économie. »
Les plastiques représentent 13 % des déchets solides municipaux.
La meilleure façon de promouvoir les technologies de conversion serait de séparer plus de 10 000 types de plastiques différents dans les déchets solides municipaux. Actuellement, seulement 10% des plastiques sont séparés dans des programmes de recyclage. « Si vous pouviez séparer tous les plastiques, vous auriez alors une bonne matière première pour les technologies de conversionwe nous y travaillons », a déclaré Themelis. « Les déchets solides municipaux de New York ont en moyenne 11 mégajoules par kilogramme. Les plastiques, s’ils sont séparés, auraient 35 mégajoules par kilogramme, il est donc logique de commencer par cela. »
Parce que les taux de recyclage aux États-Unis sont bloqués à environ 34% depuis des années, certains défenseurs des technologies de conversion soutiennent que le recyclage et le compostage ne peuvent pas traiter tous les déchets et que, pour réduire la quantité allant dans les décharges, une forme de traitement thermique est nécessaire. Ceux qui s’opposent à la conversion des déchets en énergie soutiennent qu’elle est en concurrence avec le recyclage parce que les usines doivent être en mesure de traiter suffisamment de déchets pour être rentables, et doivent même parfois les transporter de loin, créant ainsi plus d’émissions de gaz à effet de serre dans les transports. Et comme près de la moitié du coût d’une usine est consacrée à la lutte contre la pollution, ils maintiennent que l’argent pourrait être mieux dépensé pour la réduction et le recyclage des déchets.
L’usine de valorisation énergétique des déchets de Copenhague
En Europe, cependant, la valorisation énergétique des déchets n’est pas un moyen de dissuasion pour le recyclage. La Suède, le Danemark et les Pays-Bas sont parmi les pays qui ont le plus d’installations de valorisation énergétique des déchets et ont des taux de recyclage parmi les plus élevés. Quelques-unes des plantes à la pointe de la technologie en Europe offrent désormais d’autres attractions. Une usine à Copenhague, qui devrait ouvrir ses portes en mars 2017, comprendra une piste de ski, et l’usine de Spittelau à Vienne est considérée comme l’un des 10 meilleurs sites touristiques de la ville en raison de son design extérieur fantaisiste.
L’usine de Spittelau à Vienne
Aux États-Unis, les déchets transformés en énergie ont brûlé environ 12% des déchets solides municipaux en 2013, contre 15% au début des années 1990. Cela est en partie dû au fait que la mise en décharge est toujours une option plus économique aux États-Unis, où les terres sont abondantes. Les exceptions sont des endroits comme New York qui doivent transporter des déchets sur de longues distances.
Pendant de nombreuses années, New York a envoyé environ 550 000 tonnes de déchets à des usines de valorisation énergétique dans d’autres parties de l’État, mais récemment, le département de l’Assainissement s’est engagé à envoyer 800 000 tonnes, avec des augmentations à l’avenir. À New York, 25% des déchets vont dans de telles usines et 75% dans des décharges, ce qui est mieux que la moyenne nationale de 10% et 90%, a déclaré Themelis.
Il y a plusieurs raisons à l’arrêt du développement de la valorisation énergétique des déchets aux États-Unis. Il a toujours une réputation infondée de pollution dans certains milieux, et les communautés peuvent s’opposer à l’implantation d’installations dans leur milieu. De plus, le coût de construction d’une nouvelle installation est élevé et il peut prendre des années pour générer des avantages économiques.
« Dans la plupart des États américains, la taxe sur les décharges est moins coûteuse que la taxe de transfert des déchets vers l’énergie, et il n’y a pas de législation nationale », a déclaré Bourtsalas. « En Europe, il existe des directives très strictes — tous les pays de l’Union européenne sont obligés d’intégrer la valorisation énergétique des déchets dans leurs systèmes de gestion des déchets. Aux États-Unis, chaque État a sa propre législation, ils n’ont pas de directive unique permettant de faire pression sur les législateurs et les différentes parties prenantes pour qu’elles fassent progresser la gestion durable des déchets. »
La première et la seule usine de transformation des déchets en énergie à être construite aux États-Unis depuis 1995 a commencé à fonctionner l’été dernier dans le comté de Palm Beach, en Floride. L’usine ultramoderne de 672 millions de dollars prévoit de réduire de 90% les déchets envoyés à la décharge, de produire 100 MW d’électricité et de récupérer 27 000 tonnes de métaux une fois les déchets brûlés chaque année. Il respecte les limites d’émissions les plus basses de toute installation de ce type en exploitation aux États-Unis.
Usine de Shenzhen
La plus grande usine de transformation des déchets en énergie au monde est en construction à Shenzhen, en Chine. Situé sur 35 acres avec une conception de stade, l’installation de cinq acres incinérera 5 500 tonnes de déchets par jour, soit un tiers des déchets générés par les habitants de Shenzhen. L’usine ultramoderne, qui devrait ouvrir ses portes d’ici 2020, dispose également d’un parc et d’un hôtel. La croissance de la technologie en Chine est remarquable: en 2005, elle comptait 15 usines de transformation des déchets en énergie; aujourd’hui, il y en a 188.
L’usine de Klemetsrud d’Oslo, en Norvège, qui produit de l’électricité et de la chaleur, émet également plus de 330 700 tonnes de CO2 chaque année lorsqu’elle brûle des déchets solides municipaux. Récemment, l’usine a effectué un test pour capturer les émissions de CO2 des fumées et a pu empêcher jusqu’à 90% d’entre elles de pénétrer dans l’atmosphère. La Norvège prévoit maintenant une usine de capture de carbone à grande échelle de 300 millions de dollars d’ici 2020. Le CO2 capturé sera expédié en mer du Nord pour être injecté et stocké sous la mer, ou injecté dans des champs de pétrole et de gaz pour améliorer la production.
Le marché mondial de la valorisation énergétique des déchets devrait croître d’environ 5,9 % par an pour atteindre 37,64 milliards de dollars d’ici 2020, contre 25,3 milliards de dollars en 2013, selon un rapport de 2015. Le Waste-to-Energy Research and Technology Council contribue à favoriser cette croissance en promouvant les meilleures technologies, en travaillant avec ses organisations sœurs au Brésil, au Chili, en Chine, en Inde, en Italie et ailleurs, et en faisant connaître les avantages de la valorisation énergétique des déchets.