MODERNISATION DE LA PRODUCTION DE CHARBON DE BOIS 

Préalable "fondamental" sur la transformation thermique du bois.

Dans toute opération de carbonisation du bois (chauffage du bois jusqu’à 450°c, dans une enceinte fermée - sans entrée d'air -) :  
Le pouvoir calorifique initial du bois se répartit   :   1) Pour moitié dans le charbon de bois   +   2)  Pour l'autre moitié dans les fumées.

Les fumées de carbonisation sont composées d’aérosols (gouttelettes) de goudrons, d’autres produits organiques et de gaz de bois.
"Les fumées de carbonisation" sont de la même famille chimique que "le pétrole brut", ce qui est logique car les 2 produits proviennent de la décomposition de la même matière première "la biomasse" :
-- Pour le pétrole, la décomposition (pression + chaleur) des forêts enfouies des ères carbonifère et suivantes,
-- Pour les fumées de carbonisation, la décomposition thermique du bois .
Les fumées de carbonisation sont un très bon combustible - producteur de chaleur gratuite - dans un incinérateur/épurateur de fumée. 
Dans les carbonisations artisanales cette fumée polluante est dégagée à l'atmosphère, donc la moitié du pouvoir calorifique du bois matière première est perdue.

Ex. Pour Kinshasa, la production artisanale de 2,14 millions de tonnes/an de makala (Equ. 11,9 millions de barils de pétrole) entraine :
Le "gaspillage énergétique" de l'équivalent de 18,8 millions/an de barils de pétrole qui s'échappe dans les fumées polluantes qui sont dégagées/perdues à l'atmosphère.
Dans les carbonisations artisanales, c'est une énorme Source d'hydrocarbures/Richesse qui s'envole en fumée et qui pollue l'atmosphère.

La valorisation thermique/dépollution des fumées est l’opération essentielle des "techniques d’efficacité énergétique" de la fabrication du charbon de bois. 

Les bons procédés de carbonisation valorisent l'énorme potentiel énergétique contenu dans les fumées . 
La très abondante quantité de chaleur produite :
-- Améliore le rendement en charbon de bois (chaleur gratuite pour le séchage du bois et pour le chauffage des carbonisations),
-- Et l'autre moitié de la chaleur gratuite est fournie à des activités de séchage agricole ou industriel, ou à une production d'électricité.

Cette Dépollution/Valorisation énergétique des fumées est impossible dans les systèmes artisanaux car elle nécessite "une cheminée de collecte des fumées pour les orienter vers une enceinte d'incinération/combustion (Construction d'un petit four en briques) puis la gestion/conduite de la chaleur, générée par la combustion des fumées, vers les ateliers de transformation/séchage agricole". 

Analyse des caractéristiques de la carbonisation artisanale.  

Elle permet d’organiser la production en meules ou en fosses directement à proximité du site du gisement de bois, en évitant le transport mécanisé du bois et l’investissement technique dans des fours.
→ C’est un facteur important : Une production sans investissements techniques.
→ Elle permet à des travailleurs de trouver un moyen de subsistance sans investissement.
→ Mais cela encourage une production informelle à très grande échelle par des travailleurs pauvres qui n’ont pas la vocation ni les moyens financiers de se préoccuper de la replantation des parcelles exploitées. Cette exploitation non durable du couvert forestier entraine rapidement la savanisation des bassins d'approvisionnement.

Le handicap de productivité majeur de la carbonisation artisanale : Le gaspillage de 50 % de l’énergie du bois matière première. 

1)  Une partie du bois de la meule est brûlée (perdue) pour fournir la chaleur nécessaire à la carbonisation : C’est une technique à combustion partielle du bois matière première    →   Donc il y a moins de bois disponible pour produire le charbon de bois.

2)  L’autre partie du bois se transforme en charbon de bois.   →   Mais 15 % du charbon de bois est perdu sur le sol de la meule ou de la fosse de carbonisation sous forme de fines mélangées à la terre et d’incuits qui ne sont pas valorisables.    

3)  Les fumées valorisables en énergie chaleur sont dégagées/gaspillées dans l’atmosphère :
→  Les fumées sont « très polluantes » pour l’environnement et elles sont toxiques pour la santé des travailleurs et du voisinage. 
→  « PERTE de la moitié du potentiel énergétique du bois produit par le site agroforestier !! » : 
      2 fois plus de bois consommé pour la même production énergétique. 

Carbonisation artisanale "améliorée" sur le site agroforestier communautaire d'IBI Village. 
Malgré les améliorations, ce principe de carbonisation reste polluant et à très faible rendement énergétique. 
1) Meule de 40 stères en construction. 2) Meule en carbonisation, temps de carbonisation: environ 4 jours. 3) Meule en refroidissement après carbonisation. 
4) Défournement, Arrière plan: fumées d'une meule en carbonisation. 5) Ensachage.

Fonctionnement des carbonisations optimisées : Modernisation/Efficacité énergétique.

  Analyse des produits d'une carbonisation - Charbon et Fumées - (Étude CTFT - Centre Technique Forestier Tropical - devenu laboratoire BioWooEB du CIRAD)

Début de carbonisation, jusqu’à 220°c - Phase (1) : endothermique, lente. 

• Le four a besoin de beaucoup de chaleur pour cette première phase de carbonisation.
• Les fumées ne sont pas combustibles.
• Les fumées contiennent beaucoup de vapeur d’eau provenant du séchage du bois et de la dégradation de certains constituants du bois.

 Milieu de carbonisation, de 220°c à 350°c - Phase (2) : exothermique, rapide, intense. 

• Le four n’a presque plus besoin de chaleur pour monter en température. La montée en température de 250 à 350°c est spontanée et très rapide.
• Les fumées sont très combustibles et très abondantes.
• Les fumées sont très polluantes (voir tableau de la composition des fumées).
• La dépollution/incinération des fumées de cette phase (2) produit 80 % de l'énergie chaleur potentielle des fumées valorisables de l'ensemble de la carbonisation.

  
  

 Fin de carbonisation, de 350 à 420°c - Phase (3) : faiblement endothermique, lente. 

• Le four a besoin de très peu de chaleur pour finir sa montée en température.
• Les fumées sont très combustibles mais peu abondantes.

CONCLUSION SUR LA PRODUCTION DE CHALEUR, obtenue par la dépollution/incinération des fumées de la phase (2)

• Pour 1 four : La production de chaleur est intermittente, elle est concentrée et très puissante pendant 25 % du temps de carbonisation. (durant la phase (2) exothermique).
• Mais la disponibilité de chaleur doit être continue pour être orientée à la demande vers les différents usages du site agroforestier :
•  ..... Pour pré-sécher le bois avant carbonisation,
•  ..... Pour alimenter en chaleur d’autres fours en phases (1) et (3) de carbonisation,
•  ..... Pour alimenter en chaleur les ateliers de transformation agricole. (Ex. Séchage de la récolte quotidienne de manioc, de fruits).

Pour disposer d'une "production de chaleur continue", il faut fonctionner avec plusieurs fours qui carbonisent en relai, afin que l'incinérateur des fumées soit alimenté en permanence avec les fumées des phases (2) exothermiques successives des différents fours.

Par exemple : Une batterie, de 5 fours qui fonctionnent en relai, permet d’alimenter régulièrement l’incinérateur de fumée et de produire une chaleur disponible à tout moment pour les besoins des activités du site agroforestier.

L'unité de carbonisation, design de 5 fours adapté aux sites agroforestiers de 2500 ha : "Les paniers de bois (env 4 tonnes de bois)" sont chargés en forêt, 
puis pré-séchés (env 3 h), puis carbonisés (env 6 à 8 h), puis défournés à chaud et étouffés/refroidis pendant 2 jours, puis vidés pour l'ensachage.
Les nombreux paniers nécessaires ainsi que l'épurateur de fumée sont fabriqués localement.
Dans une deuxième étape de diffusion du projet, la chaudronnerie inox des fours et des tuyauteries peut aussi être produite localement.