Energy and environmental analysis of residual household waste gasification (RHW)
Analyse éco-énergétique de la gazéification des ordures ménagères résiduelles (OMR)
Résumé
Global waste production will reach over 2.6 billion tonnes per year by 2025. Waste management is a major challenge for island territories. In addition to recyclable, bulky, and green waste, household and similar waste (HWW) also includes residual household waste (RHW), which accounted for 44.6% of its composition for Reunion in 2018. In comparison to metropolitan France, where 67% of RHW was incinerated in 2019, in Reunion, all RHW produced (230 kilotonnes in 2018) was directly sent to landfill. In light of the prevailing national regulations, it is imperative to set up a waste-to-energy stream to reduce the spatial and environmental constraints associated with landfilling. In metropolitan France, incineration is the commonly used technology for solid waste energy recovery, while gasification remains at the experimental stage. In the context of Reunion Island, it is important to determine which technology will enable effective recovery of household waste from both an environmental and an energy point of view. This thesis, therefore, proposes to study RHW gasification from energy, environmental, and economic angles. To achieve these objectives, a four-stage research methodology has been adopted: i) thermo-physico-chemical characterization study of five RHW waste compositions; ii) development and optimization of a downdraft gasifier model; iii) comparison of the environmental performance of two waste-to-energy systems (based on gasification and incineration, respectively); iv) analysis of the integration of gasification into Reunion's electricity mix, assessing its impact on electricity production costs and greenhouse gas (GHG) emissions.
La production mondiale de déchets atteindra plus de 2,6 milliards de tonnes par an en 2025. La gestion de déchets est un défi majeur pour les territoires insulaires. En plus des déchets recyclables, des encombrants et des déchets verts, les déchets ménagers et assimilés (DMA) comprennent également les ordures ménagères résiduelles (OMR), qui représentaient 44,6% de leur composition pour la Réunion en 2018. Par rapport à la France métropolitaine, où 67% des OMR sont valorisées par incinération en 2019, à la Réunion, la totalité des OMR produites (230 kilotonnes en 2018) sont directement envoyées en enfouissement. Compte tenu des réglementations nationales en vigueur, il est impératif de mettre en place une filière de valorisation des OMR afin de réduire les contraintes spatiales et environnementales associées à l'enfouissement. En France métropolitaine, l'incinération est la technologie couramment utilisée pour la valorisation énergétique des déchets solides, tandis que la gazéification demeure encore au stade expérimental. Dans le contexte réunionnais, il est important de déterminer quelle technologie permettra une valorisation efficace des OMR à la fois du point de vue environnemental et énergétique. Cette thèse propose alors d'étudier la gazéification des OMR sous les angles énergétique, environnemental et économique. Pour atteindre ces objectifs, une méthodologie de recherche en quatre étapes est adoptée: i) étude de caractérisation thermo-physico-chimique de cinq compositions de déchets issus des OMR; ii) développement et optimisation d'un modèle de réacteur de gazéification à lit-fixe co-courant; iii) comparaison de la performance environnementale de deux systèmes de production d'électricité (basés respectivement sur la gazéification et l'incinération); iv) analyse de l'intégration de la gazéification dans le mix électrique de la Réunion, en évaluant son incidence sur les coûts et les émissions de gaz à effet de serre (GES) de la production d'électricité.
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