Bio Charbon

Low-tech Lab

https://wiki.lowtechlab.org/wiki/Bio_Charbon

Dernière modification le 02/09/2016

Difficulté

Moyen ⧼wf-propertyvalue-difficulty-Moyen⧽

Durée

4 jour(s) ⧼wf-propertyvalue-durationtype-jour(s)⧽

Coût

0 EUR (€)

Description

Charbon à partir de déchets agricoles, en combustible ou amendement pour le sol.

Sommaire

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Introduction

Contexte global

Le Sénégal subit depuis quelques décennies de fortes pressions sur ses ressources naturelles, notamment dues à une forte croissance démographique. 42% de la superficie de la forêt sénégalaise a disparu depuis 1960. La coupe abusive de bois pour combustibles, des pratiques agricoles non durables et les feux de brousse (350000 ha /an) en sont les principales causes.

Conséquences globales de ces pratiques, on assiste de plus en plus à une irrégularité et un retard des pluies ainsi que des sécheresses récurrentes.

Situation énergétique du Sénégal

Au Sénégal, le bois et le charbon représentent 84% de la consommation énergétique des ménages. A titre d’exemple, les populations utilisent chaque année 58kg de charbon par habitant.

Avantages du Bio-charbon

Le bio- Charbon est réalisé à partir de déchets agricoles tel que la paille, les coques d’arachide ou bien encore la paille de brousse. Il remplace le charbon de bois et peut s’utiliser dans les mêmes conditions. Il respecte donc les traditions culinaires locales, point très important dans l’appropriation par les populations.

Bien qu’une consommation légèrement supérieure au charbon de bois soit nécessaire, il est plus économique pour les familles utilisatrices. Dans la région de Kaolak, il se vend 150CFA le kilo contre 250 à 300 CFA le kilo de charbon de bois, selon les résultats de l’association NEBEDAY qui travaille sur ce programme.

La paille de brousse et les déchets agricoles sont de la biomasse renouvelable et leur valorisation permet la diminution du risque de départ de feux de brousse. Il permet de préserver la forêt et la biodiversité.

Ce tutoriel est réalisé en partenariat avec l'association Nebeday qui développe au Sénégal de nombreux programmes pour la gestion participative des ressources naturelles par et pour les populations locales.

Matériaux

• Résidus agricole: paille

Pour 50 kilo de paille carbonisée

• 100L Eau
• 5.5 kg d'argile
• 15 kg de Coques d'arachide broyées

Outils

• Fût en métal de 200L transformé en pyrolyseur (pour la carbonisation)
• Pelle
• Rateau
• Masque et gants de protection
• Grand récipient pour les mélanges
• Bache
• Pilon
• Tamis
• Presse
• Claies de séchage
• Empreinte en métal pour standardiser la taille des briquettes

Étape 1 - Fonctionnement

La principale étape dans la fabrication de briquettes de bio-charbon est la carbonisation, processus se déroulant au sein d’un carbonisateur, ici réalisé dans un fut métallique. De la biomasse très sèche est introduite dans le carbonisateur puis enflammée afin d’atteindre une certaine température. Le bon déroulement du processus de carbonisation va ensuite dépendre de la bonne gestion de l’apport en oxygène dans le système. C’est l’oxygène qui permet la réaction de combustion, réaction libératrice d'énergie. La combustion va être minimisée dans la phase de carbonisation afin de ne pas brûler le charbon produit.

Après allumage, la température monte progressivement jusqu’à 100°C le temps que le peu d’humidité (environ 10%) contenu dans la biomasse s’évapore. La température monte ensuite jusqu’à la température de 280°C. Cette phase est dite endothermique, cela signifie qu’elle a besoin d’énergie pour se dérouler. Cette énergie est apportée par une combustion complète d’une petite partie de la paille du carbonisateur. Plus la paille sera sèche, moins d’énergie sera nécessaire.

A partir de 280°C, commence la phase de pyrolyse. La paille se décompose en charbon, goudron et autres éléments. Cette réaction est dite exothermique, c'est-à-dire qu’elle libère de l’énergie. L’apport en oxygène va donc être limité en fermant le carbonisateur afin de ne plus faire de combustion de paille. La chaleur dégagée par la pyrolyse fait monter la température à 400°C, jusqu'à ce que toute la paille soit réduite en charbon, goudron et autres composés.

Cependant, la qualité du charbon obtenu à 400°C n’est pas de très bonne qualité (65% de carbone pur). Il faut donc apporter de l’énergie par la combustion d’une partie du charbon créé, afin de monter jusqu’à 500°C. Cette température permet la production de charbon de meilleure qualité (environ 85% de carbone pur).

Toute la difficulté de la carbonisation est donc de contrôler l’arrivée d’oxygène afin d’assurer la combustion du minimum de charbon possible pour la production de charbon de qualité.

L'expérience et les essais permettent de maîtriser ce procédé pour un rendement maximum.

Étape 2 - Le Carbonisateur

1) Ouvrir une trappe sur une extrémité d'un fût métallique de 200 L

2) Percer de nombreux trous sur l'autre extrémité

3) Réaliser un couvercle amovible avec cette extrémité

4) Souder des pieds et poignées pour la manipulation du Carbonisateur, l'extrémité amovible étant le bas du système lors de la carbonisation.

Étape 3 - Récolte de la paille

* Récolter la paille en brousse ou dans les champs après moisson, selon les disponibilités.

Attention Il est important que la paille soit bien séchée par le soleil avant la récolte.

Étape 4 - Remplissage du Carbonisateur

1) Placer le carbonisateur avec l'extrémité amovible vers le haut

2) Placer un cylindre au centre du fût, on peut utiliser un manche d'outil par exemple

3) Remplir de paille en prenant soins de bien tasser

4) Retirer le cylindre

5) Repositionner le couvercle amovible en vérifiant bien sont blocage

Remarque Le trou central réalisé à l'aide du cylindre servira à la bonne mise à feu du système

Étape 5 - Mise à feu

On va maintenant retourner le fût afin d'avoir l'extrémité avec la trappe d'accès vers le haut; elle doit être ouverte.

A l'aide du râteau et de la pelle, on dégage au sol une cuvette d'un diamètre légèrement supérieur à celui du pyrolyseur. On garde tout autour une couronne de terre.

On vient positionner le fût au centre de cette cuvette, il faut que l'air puisse circuler sous le pyrolyseur.

Avant d'allumer, il est important de vérifier que l'on travaille en extérieur, dans un endroit bien ventilé (le processus relâche des gaz toxiques pour l'homme comme le monoxyde de carbone)

On se positionne de tel sorte de pas avoir la fumée sur nous et on allume la paille par le haut.

Étape 6 - Carbonisation

On laisse bruler environ 30 min jusqu'à ce que la flamme devienne plus claire, avec peu de fumée, la flamme reste presque limité à l'intérieur du fut. A ce moment la, on ferme la trappe, on colmate avec de la terre humide. On rabat également la terre sur la base du fut afin d'empecher l'entrée d'air par le bas.

Cette étape, la pyrolyse, permet la production du charbon sans que l'oxygène ne vienne engager la combustion du charbon produit.

On laisse le fut ainsi fermé pendant 10 à 15 min.

Étape 7 - Premier mélange

• Une fois le charbon produit (poussier), on le mélange dans un récipient avec de l'eau et de l'argile.

Pour 20kg de matière carbonisée, on ajoute 20L d'eau et 4kg d'argile

• On mélange bien à l'aide d'un outil, un rateau par exemple.

• On recolte ensuite le mélange en l'égoutant correctement.

• On le met ensuite à sécher, étalé sur une bâche, au soleil

Étape 8 - deuxième mélange

Le poussier ne peut être utilisé tel quel pour faire des briquettes, on lui applique un second mélange.

• Pour 50kg de poussier, on ajoute 15kg de coque d'arachide broyée, 1.5 kg d'argile tamisé ainsi que 50L d'eau.

Méthode pour une bonne homogénéité du mélange: Incorporé l'ingrédient de plus petit volume à celui de plus gros volume. Avec la pelle, on étale le tas de la matière de gros volume. On "soupoudre" uniformément le second ingrédient à la surface. Puis on rabat par petites pelletée, d'abord vers l'extérieur ensuite vers l'intérieur.

• On commence par mélanger l'argile et la coque d'arachide en appliquant la méthode du mélange.

• On applique le même procédé pour incorporé ce premier mixe au poussier.

• On utilise ensuite le récipient afin de mélanger le tout avec de l'eau.

Test permettant de validé les bonnes proportions du mélange: Faire une boule avec les mains et laisser tomber d'1m. La boule doit se tenir. Si elle se casse, il n'y a pas assez d'eau, si elle s'écrase de façon importante, il y a trop d'eau.

La coque d'arachide broyée, non carbonisée, permet à la briquette d'être plus puissante, notamment à l'allumage. L'argile sert de liant.

Étape 9 - deuxième mélange

• Le mélange passe ensuite dans le presse briquette

Il existe de très nombreux type de presse, de très simple à des presses plus complexes et coûteuse comme les presses rotatives. Celle-ci a un réel avantage s'il y a accès à l'electricité. Dans le cas contraire, l'entrainement manuel est pénible et problématique pour les femmes qui s'occupent de la production, on preferera des presses plus simples.

Les briquettes font 20cm de longueur

• Suite au pressage, on uniformise la taille grace à une empreinte

• On met ensuite à sécher au soleil durant 3 à 4 jours sur des claies de séchage. Bien penser à couvrir en cas de pluie.

Étape 10 - Presse et mise en paquet de la pâte

• Le mélange passe ensuite dans le presse briquette

Il existe de très nombreux type de presse, de très simple à des presses plus complexes et coûteuse comme les presses rotatives. Celle-ci a un réel avantage s'il y a accès à l'electricité. Dans le cas contraire, l'entrainement manuel est pénible et problématique pour les femmes qui s'occupent de la production, on preferera des presses plus simples.

Les briquettes font 20cm de longueur

• Suite au pressage, on uniformise la taille grace à une empreinte

• On met ensuite à sécher au soleil durant 3 à 4 jours sur des claies de séchage. Bien penser à couvrir en cas de pluie.

Étape 11 - Remarques

Le système de carbonisation entraîne des problèmes de sécurité à l'utilisation. Quand le système est chaud, il peut causer des brûlures, des optimisations sont à envisager sur ce point.

Étape 12 - Sources

Association Nebeday: www.nebeday.org FAO: www.fao.org