Décarbonisation des usines de pâte kraft : les défis canadiens

Le secteur canadien des pâtes et papiers se trouve à un tournant stratégique. La concurrence mondiale s’intensifie, les structures de coûts favorisent les concurrents internationaux, et les décisions d’investissement prises aujourd’hui détermineront si les usines canadiennes conserveront leur place sur les marchés internationaux ou continueront à céder des parts de marché.

Parallèlement, les usines de pâte kraft du secteur sont confrontées à des défis en matière d’efficacité énergétique qui sont essentiels pour réduire les coûts d’exploitation. Le secteur canadien des pâtes et papiers figure parmi les 10 industries les plus intensives en gaz à effet de serre [1]. La décarbonisation des usines nécessite des investissements, mais les économies réalisées grâce à la réduction des coûts des combustibles fossiles et à l’évitement des taxes sur le carbone rendent ces investissements plus acceptables.

Le secteur canadien des pâtes et papiers utilise principalement des sources de biomasse (déchets de bois et liqueurs usées) pour son approvisionnement en combustible, mais l’industrie utilise toujours des combustibles fossiles (figure 1). Les émissions de gaz à effet de serre non biogéniques (combustion de combustibles fossiles) de l’industrie pour l’année 2022 s’élevaient à 8,1 Mt CO² eq/an (5,1 Mt CO² eq/an hors électricité) [2], dont 4,9 Mt CO² eq par an provenaient des usines de pâte à papier (3,4 Mt CO² eq par an hors électricité) [3].

fpi 4mars26 1 Figure 1. Consommation d’énergie secondaire dans le secteur des pâtes et papiers pour 2022 [2] (en anglais)

L’un des principaux défis auxquels sont confrontées les usines de pâte kraft canadiennes en matière de décarbonisation est qu’elles sont plus anciennes et moins efficaces que les usines plus modernes situées dans d’autres régions du monde. En général, les usines modernes consomment 50 % moins d’énergie thermique qu’une usine de pâte kraft canadienne moyenne (usine moderne : ~10 GJ/t contre moyenne canadienne : ~20 GJ/t) et consomment moins d’eau (~10 m³/t contre ~70 m³/t) [4,5]. Au Canada, l’usine kraft moyenne utilise des combustibles fossiles (principalement du gaz naturel) dans les fours à chaux et pour la production d’énergie. La consommation d’énergie des fours à chaux canadiens est en moyenne de 8,5 GJ/t de chaux, contre 5,4 à 6,8 GJ/t de chaux pour certaines usines modernes. La forte consommation d’énergie a un impact sur les coûts de production globaux (~5 contre ~50 $/t) [6]. En conclusion, la modernisation est essentielle pour que les usines puissent décarboniser leurs activités, mais aussi pour qu’elles restent compétitives. Cependant, les usines canadiennes doivent tenir compte de leur contexte global afin de choisir les options optimales qui leur permettront de décarboniser leurs activités et de moderniser leurs opérations.

FPInnovations a étudié différentes options pour moderniser les usines. La figure 2 présente une vue d’ensemble d’une usine kraft modernisée. Les voies de modernisation doivent tenir compte des éléments suivants :

Augmenter l’efficacité énergétique. Il est possible de réduire la consommation de combustible pour la production d’énergie de 10 à 30 % en optimisant les réseaux eau-énergie existants, en minimisant la consommation d’eau, en éliminant les goulots d’étranglement dans les processus, en optimisant l’automatisation et en augmentant l’efficacité des chaudières.
La modernisation des chaudières de récupération (les nouvelles chaudières sont plus efficaces et fonctionnent à des pressions et des températures plus élevées) créerait un surplus de bioénergie qui pourrait se traduire par une augmentation de l’électricité vendue au réseau.

fpi 4mars26 2 Figure 2. Options possibles pour la décarbonisation des usines canadiennes de pâte kraft

La décarbonisation des fours à chaux peut être réalisée en remplaçant les combustibles fossiles par des combustibles issus de la biomasse. Cela est techniquement faisable, car cette solution a déjà été mise en œuvre dans plusieurs usines à travers le monde. La combustion solide semble être la solution la plus appropriée, car cette technologie est bien connue (plus de 10 installations dans le monde), nécessite moins de capitaux, convient le mieux aux capacités moyennes des fours à chaux canadiens et le processus est moins complexe que d’autres options [7].
Mettre en œuvre des technologies nouvelles et éprouvées afin de réduire davantage la consommation d’énergie et de produits chimiques : membranes pour la concentration de la liqueur noire, délignification à l’oxygène, séchage des boues de chaux, évaporateurs plus efficaces, extraction de l’huile de tall ou de la lignine (utilisées en interne ou destinées à la vente), et bien d’autres encore.
Le captage, l’utilisation et le stockage du carbone (CCUS) pourraient jouer un rôle dans la décarbonisation, et leur intégration est techniquement faisable. La faisabilité économique dépendrait des subventions gouvernementales et des accords d’achat.
La modernisation contribuera également à réduire les coûts de main-d’œuvre et offrira des possibilités d’intégration (par exemple, l’emballage et/ou l’utilisation du bois dur).

Pour plus d’informations, veuillez contacter
Enrique Mateos-Espejel, scientifique principal au sein du groupe Processus thermiques de FPInnovations.
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Références :