Le charbon et le charbon de bois sont tous deux des matériaux riches en carbone. Ils sont souvent utilisés comme combustibles, et leurs noms peuvent sembler similaires. Cependant, ils proviennent de sources différentes et sont produits de manières très différentes.
En termes simples, le charbon est un fossile ancien “ extrait ” du sous-sol, tandis que le charbon de bois est fabriqué en “ brûlant ” des matières végétales modernes.
Cet article explique ce que sont le charbon et le charbon de bois, comment ils sont obtenus, leurs principaux types, leurs applications et les différences importantes entre eux.
| Comparaison | Charbon | Charbon de bois |
|---|---|---|
| Source et formation | A combustibles fossiles naturels formé à partir de plantes anciennes par des processus géologiques ; non renouvelable | A produit manufacturé Fabriqué par carbonisation de bois ou de bambou modernes à haute température ; renouvelable lorsqu'il provient de sources durables. |
| Composition et impuretés | Principalement du carbone, mélangé à des impuretés minérales telles que soufre, phosphore, sol et roche | Un endroit relativement propre,matériau riche en carbone produit par carbonisation à haute température |
| Caractéristiques de combustion | Produit une chaleur intense mais peut libérergaz âcres et nocifs, laissant derrière eux des difficultésscories de charbon et cendres | Fournit une chaleur constante avecmoins de fumée et d'odeurs, laissant derrière elle la lumièrecendre de bois |
| Principales applications | L'énergie industrielle à grande échelle, y compris production d'énergie thermique, sidérurgie et chaudières industrielles | Utilisations quotidiennes et commerciales, y compris barbecue, infusion de thé, chauffageet production de charbon actif |
Qu'est-ce que le charbon ?
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Le charbon est une roche sédimentaire naturelle. Il contient un pourcentage élevé de carbone, ainsi que de l'hydrogène, de l'oxygène, du soufre, de l'azote et des matières minérales.
Le charbon provient de matières végétales présentes dans les forêts et les zones humides anciennes. Lorsque les plantes mouraient, elles s'accumulaient dans les milieux gorgés d'eau. La boue et l'eau ont protégé une partie de ces matières d'une décomposition complète.
Pendant des millions d'années, de nouvelles couches de sédiments ont recouvert les restes de la plante. La pression et la chaleur ont progressivement transformé la matière en charbon. Ce lent processus est appeléhouillification.
La quantité de chaleur, de pression et la durée de la combustion déterminent le rang du charbon. Un charbon de rang inférieur contient plus d'humidité et moins de carbone. Un charbon de rang supérieur est généralement plus dur, plus riche en carbone et capable de libérer davantage d'énergie.
Le charbon est une source d'énergie non renouvelable. Une fois extrait et brûlé, il ne peut être remplacé à l'échelle humaine.
Applications du charbon
Le charbon a soutenu le développement industriel pendant des siècles. Bien que de nombreux pays réduisent leur dépendance à son égard, il demeure important pour la production d'électricité, la sidérurgie, la production de ciment et l'industrie chimique.
1. Production d'électricité
L'une des principales utilisations du charbon est la production d'électricité.
Dans une centrale thermique au charbon, le charbon est brûlé pour chauffer l'eau. L'eau se transforme en vapeur à haute pression. Cette vapeur actionne une turbine, qui alimente un générateur et produit de l'électricité.
On utilise généralement du charbon thermique à cette fin. On l'appelle aussi charbon vapeur.
Les centrales au charbon peuvent fournir une électricité stable pendant de longues périodes. Cependant, la combustion du charbon libère du dioxyde de carbone, des composés soufrés, des oxydes d'azote, des particules fines et d'autres polluants. Les centrales modernes peuvent utiliser des filtres, des épurateurs et d'autres systèmes pour réduire ces émissions.
2. Production d'acier
Le charbon joue un rôle important dans la fabrication de l'acier.
Certaines qualités de charbon bitumineux peuvent être transformées en coke. Le coke est un matériau dur, poreux et riche en carbone. Il est produit en chauffant le charbon à haute température en l'absence d'oxygène en quantité suffisante pour une combustion normale.
Dans un haut fourneau, le coke remplit plusieurs fonctions :
- Il produit de la chaleur.
- Il permet d'éliminer l'oxygène du minerai de fer.
- Il supporte les matériaux à l'intérieur du four.
- Il fournit du carbone au processus de fabrication du fer.
Tout le charbon ne convient pas à la production de coke. Le charbon utilisé à cette fin est appelé charbon à coke oucharbon métallurgique.
3. Production de ciment
Les cimenteries nécessitent des températures très élevées pour traiter le calcaire et d'autres matières premières.
Le charbon et le coke de pétrole sont souvent utilisés comme combustibles dans les fours à ciment. La chaleur permet aux réactions chimiques de se produire et de produire du clinker, principal composant du ciment.
L'industrie du ciment développe des combustibles alternatifs, mais le charbon est encore utilisé dans de nombreuses usines de production.
4. Chauffage industriel
Le charbon est utilisé dans les chaudières, les fours, les fours de cuisson et autres systèmes de chauffage industriels.
Les industries peuvent utiliser le charbon pour produire de la vapeur ou de la chaleur. Parmi les utilisateurs courants, on trouve les briqueteries, les papeteries, les usines chimiques, les usines agroalimentaires et les usines de traitement des minéraux.
La qualité exacte du charbon dépend de l'équipement, de la température requise, du coût du combustible et de sa disponibilité locale.
5. Production chimique
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Le charbon n'est pas seulement un combustible. Il peut également servir de matière première industrielle.
La gazéification du charbon permet de le transformer en gaz de synthèse, communément appelé syngas. Ce gaz contient principalement du monoxyde de carbone et de l'hydrogène. Il peut ensuite être transformé pour produire :
- Méthanol
- Ammoniac
- Hydrogène
- gaz naturel synthétique
- carburants liquides
- Autres produits chimiques industriels
Le goudron de houille et d'autres sous-produits de la production de coke peuvent également être utilisés dans la fabrication de produits chimiques.
6. Chauffage et cuisson domestiques
Dans certaines régions, le charbon est encore utilisé pour le chauffage et la cuisson des aliments. Il peut être brûlé dans des poêles, des cheminées ou de petites chaudières.
Cependant, la combustion du charbon à l'intérieur des habitations peut engendrer de graves risques pour la santé et la sécurité. Une mauvaise ventilation peut entraîner une inhalation de fumée ou une intoxication au monoxyde de carbone. C'est pourquoi de nombreuses régions ont restreint l'usage domestique du charbon.
Principaux types de charbon
Le charbon est généralement classé par rang. Le rang décrit le degré de houillification et reflète sa teneur en carbone, son taux d'humidité, sa dureté et son pouvoir calorifique.
Les quatre principaux types de charbon sont le lignite, le charbon sous-bitumineux, le charbon bitumineux et l'anthracite.
1. Lignite
Le lignite est le charbon le moins calorifique. On l'appelle aussi charbon brun car il a souvent une couleur brune ou brun foncé.
Il contient une grande quantité d'humidité et une teneur en carbone relativement faible. Son pouvoir calorifique est inférieur à celui des charbons de rang supérieur.
Le lignite est tendre et friable. Sa forte teneur en humidité rendant le transport longue distance peu rentable, il est souvent utilisé dans les centrales électriques situées à proximité des mines.
Les principales caractéristiques sont les suivantes :
- Couleur brune à brun foncé
- Teneur élevée en humidité
- faible pouvoir calorifique
- Structure molle et fragile
- Principalement utilisé pour la production d'électricité
2. Charbon sous-bitumineux
Le charbon sub-bitumineux se situe au-dessus du lignite et en dessous du charbon bitumineux.
Il est généralement plus foncé et moins humide que le lignite. Son pouvoir calorifique est également supérieur. De nombreuses centrales électriques utilisent du charbon sous-bitumineux car il offre un bon compromis entre rendement énergétique et teneur en soufre.
Les principales caractéristiques sont les suivantes :
- couleur brun foncé à noir
- Teneur en humidité modérée
- Pouvoir calorifique supérieur à celui du lignite
- Souvent moins riche en soufre que certains charbons bitumineux
- Principalement utilisé dans la production d'énergie
3. Charbon bitumineux
Le charbon bitumineux est l'un des types de charbon les plus utilisés. Il est noir, relativement dense et contient plus de carbone que le lignite ou le charbon sub-bitumineux.
Ce charbon possède un pouvoir calorifique moyen à élevé. Il est couramment utilisé pour la production d'électricité, le chauffage industriel, la production de ciment et la sidérurgie.
Certains charbons bitumineux possèdent les propriétés requises pour la fabrication de coke. Ces propriétés incluent une fluidité, une résistance et une composition chimique adéquates.
Les principales caractéristiques sont les suivantes :
- Couleur noire
- Teneur en carbone moyenne à élevée
- Bon pouvoir calorifique
- Large gamme d'applications industrielles
- Certaines qualités peuvent produire du coke métallurgique.
4. Anthracite
L'anthracite est le charbon de plus haut rang. Il est dur, brillant et riche en carbone.
L'anthracite contient moins d'humidité et de matières volatiles que les autres types de charbon. Elle brûle avec une flamme vive et produit moins de fumée que de nombreux charbons de rang inférieur. Cependant, son allumage peut s'avérer plus difficile.
L'anthracite est utilisée pour le chauffage, certains procédés industriels, comme matériau de filtration et dans certaines applications métallurgiques.
Les principales caractéristiques sont les suivantes :
- Aspect dur et brillant
- teneur élevée en carbone fixe
- Matières volatiles faibles
- Pouvoir calorifique élevé
- Combustion plus propre que de nombreux autres types de charbon
Autres façons de classer le charbon
Le charbon peut également être classé selon son usage prévu.
Charbon thermique
Le charbon thermique est brûlé pour produire de la chaleur ou de l'électricité. Le charbon sous-bitumineux et le charbon bitumineux sont couramment utilisés comme charbon thermique.
Charbon à coke
Le charbon à coke est transformé en coke pour la production d'acier. Il doit posséder des propriétés physiques et chimiques spécifiques. Le charbon thermique ordinaire ne peut pas toujours être utilisé comme substitut.
Charbon injecté pulvérisé
Le charbon pulvérisé injecté (PCI) est un charbon finement broyé et injecté dans un haut fourneau. Il peut remplacer une partie du coke nécessaire à la production de fer.
Comment extrait-on le charbon ?
L'exploitation minière du charbon est le processus d'extraction du charbon à partir de gisements souterrains. La méthode d'extraction dépend de la profondeur, de l'épaisseur, de la forme, de l'emplacement et de la géologie de la veine de charbon.
Les deux principales approches sont l'exploitation minière à ciel ouvert et l'exploitation minière souterraine.
Exploitation minière du charbon à ciel ouvert
L'exploitation minière à ciel ouvert est utilisée lorsque les veines de charbon sont relativement proches du sol.
Avant de pouvoir extraire le charbon, les ouvriers déblayent le site et enlèvent les couches supérieures de terre et de roche. Ces matériaux de couverture sont appelés morts-terrains.
Une fois la veine de charbon exposée, des excavatrices, des draglines, des chargeuses et des camions extraient et transportent le charbon.
Méthodes courantes d'exploitation minière à ciel ouvert
Exploitation minière à ciel ouvert
L'exploitation à ciel ouvert consiste à creuser une vaste excavation avec une succession de gradins. Elle convient aux vastes gisements de charbon proches de la surface.
Exploitation minière à ciel ouvert
Dans l'exploitation minière à ciel ouvert, de longues bandes de terre et de roche sont extraites pour mettre à nu la veine de charbon. Une fois une bande exploitée, les matériaux de la bande suivante peuvent servir à remblayer la précédente.
Décapage des sommets
Cette méthode consiste à extraire de la roche du sommet d'une montagne ou d'une crête pour atteindre les veines de charbon situées en dessous. Elle peut engendrer des modifications importantes du paysage et est très controversée en raison de son impact environnemental.
Avantages de l'exploitation minière à ciel ouvert
L'exploitation minière à ciel ouvert offre généralement plusieurs avantages opérationnels :
- Récupération accrue du charbon
- coûts de production réduits
- Utilisation plus facile des machines de grande taille
- Accès simplifié à la veine de charbon
- Réduction des risques liés à la sécurité souterraine
Cependant, elle peut perturber de vastes étendues de territoire. La poussière, le bruit, la pollution de l'eau, l'érosion des sols et la destruction des habitats doivent être gérés avec soin.
Exploitation minière souterraine du charbon
L'exploitation minière souterraine est utilisée lorsque les gisements de charbon sont trop profonds pour une extraction à ciel ouvert rentable.
Les ouvriers et le matériel accèdent au charbon par des puits, des galeries ou des tunnels. Des systèmes de ventilation assurent l'apport d'air frais et évacuent le méthane, la poussière de charbon, la chaleur et les gaz d'échappement.
L'exploitation minière souterraine est plus complexe que l'exploitation à ciel ouvert. Elle présente également des risques tels que l'effondrement du toit, les incendies, les explosions, les inondations, l'exposition aux poussières et les accidents d'équipement.
Méthodes courantes d'exploitation minière souterraine
Exploitation minière par chambres et piliers
Dans l'exploitation par chambres et piliers, les mineurs extraient le charbon d'un réseau de galeries souterraines. Des blocs de charbon sont laissés en place pour servir de piliers et soutenir la voûte de la mine.
Certains piliers pourront être retirés ultérieurement lors de l'exploitation par rabattement. Cela permet de récupérer davantage de charbon, mais exige un contrôle rigoureux de la stabilité du toit.
Exploitation minière à longue taille
L'exploitation minière par longues tailles utilise des équipements de coupe motorisés pour extraire le charbon le long d'un long front de taille.
Des vérins hydrauliques soutiennent le toit près de la machine de découpe. À mesure que l'équipement avance, le toit situé derrière les vérins s'affaisse de manière contrôlée.
L'exploitation minière par longues tailles permet d'atteindre des cadences de production élevées. Elle exige cependant des investissements importants et une planification géologique rigoureuse.
Traitement du charbon après extraction minière
Le charbon fraîchement extrait contient souvent des roches, de la terre, des minéraux sulfurés et d'autres impuretés. Il peut nécessiter un traitement avant sa commercialisation.
Les étapes de traitement typiques comprennent :
- Écrasement: Les grandes pièces sont réduites à une taille appropriée.
- Dépistage: Le charbon est trié par catégories de taille.
- Lavage: On utilise les différences de densité pour éliminer les roches et les matières minérales.
- Déshydratation : L'excès d'eau est éliminé après le lavage.
- Mélange: Différentes qualités de charbon sont mélangées pour répondre aux exigences des clients.
- Stockage et transport : Le charbon transformé est stocké puis transporté par camion, train, barge ou bateau.
La préparation du charbon peut améliorer sa qualité et réduire la teneur en cendres. Elle ne permet pas d'éliminer tous les polluants, mais elle peut rendre le charbon plus adapté à une application particulière.
Qu'est-ce que le charbon de bois ?
Le charbon de bois est un matériau léger et riche en carbone, fabriqué à partir de biomasse.
Le bois est la matière première la plus courante. On peut également utiliser le bambou, les coques de noix de coco, les coquilles de noix, les déchets agricoles et d'autres matières végétales.
Contrairement au charbon, le charbon de bois ne se forme pas naturellement sous terre. Il est produit par chauffage de la biomasse dans un environnement pauvre en oxygène, voire dépourvu d'oxygène. Ce procédé permet d'éliminer une grande partie de l'eau et des matières volatiles de la matière première.
Le résidu solide contient une forte proportion de carbone. Il est plus facile à transporter que le bois frais et brûle à une température plus élevée et plus stable.
La production de charbon de bois peut prendre de quelques heures à plusieurs jours. La durée dépend de la matière première, du matériel, de la température et de la qualité de produit souhaitée.
Applications du charbon de bois
Le charbon de bois a de nombreuses utilisations domestiques, commerciales, industrielles et environnementales.
1. Cuisine et barbecue
La cuisson est l'une des applications les plus connues du charbon de bois.
Le charbon de bois en morceaux et les briquettes de charbon sont couramment utilisés dans les barbecues, les fours et les cuisinières traditionnelles. Une fois bien allumés, ils peuvent fournir une chaleur constante pendant longtemps.
Le charbon de bois en morceaux atteint rapidement des températures élevées. Les briquettes offrent généralement une forme plus uniforme et une combustion plus prévisible.
Seul le charbon de bois spécialement conçu et homologué pour la cuisson doit être utilisé avec des aliments. Le bois traité, le bois peint ou le charbon de bois contenant des additifs inappropriés peuvent libérer des substances nocives.
2. Chauffage domestique
Le charbon de bois est utilisé pour le chauffage dans les maisons, les ateliers, les restaurants et les petites entreprises.
Il est compact et facile à ranger. De plus, il produit moins de fumée visible que le bois de chauffage brut lorsqu'il est correctement carbonisé.
Cependant, brûler du charbon de bois à l'intérieur est dangereux sans une ventilation adéquate. Le charbon de bois produit du monoxyde de carbone, un gaz incolore et inodore. L'exposition à ce gaz peut provoquer un empoisonnement grave, voire mortel.
3. Métallurgie et travail des métaux
Le charbon de bois a une longue histoire dans la production de métaux.
Avant que le coke ne se généralise, le charbon de bois était un combustible essentiel pour la fusion du fer. Il fournissait à la fois chaleur et carbone. Les forgerons l'utilisaient également dans les forges.
Aujourd'hui, le charbon de bois est encore utilisé dans certaines opérations métallurgiques. Dans certains pays, le charbon de bois renouvelable est utilisé dans la production de fonte, de silicium et de ferroalliages.
4. Production de charbon actif
Ligne de production de charbon actif
Le charbon de bois peut être transformé davantage pour obtenir du charbon actif, également appelé charbon activé.
Lors de l'activation, le charbon actif développe une grande surface interne et un réseau de pores minuscules. Ces pores peuvent piéger certains gaz, odeurs, colorants et substances dissoutes par adsorption.
Le charbon actif est utilisé dans :
- Filtres à eau potable
- traitement des eaux usées
- Systèmes de purification de l'air
- traitement des gaz industriels
- transformation des aliments et des boissons
- Récupération de l'or
- purification chimique
- Certains traitements médicaux
Le charbon actif est différent du charbon de bois ordinaire pour barbecue. Ces deux produits sont fabriqués et testés pour des usages différents.
5. Agriculture et amélioration des sols
Une forme de charbon de bois spécialement produite, appelée biochar, peut être ajoutée au sol.
Le biochar peut contribuer à améliorer la structure du sol, la rétention d'eau et la gestion des nutriments. Son efficacité dépend de la matière première utilisée, de la température de production, des caractéristiques du sol, du climat et du mode d'application.
Le biochar peut également stocker du carbone stable dans le sol. C'est pourquoi il est étudié comme outil de gestion du carbone et d'agriculture durable.
6. Art et dessin
Les artistes utilisent le fusain pour réaliser des croquis et des dessins finis.
Le fusain à dessin peut être fabriqué à partir de bois de saule, de vigne ou de poudre de fusain compressée. Il permet de réaliser des traits d'un noir profond et de produire aussi bien des ombrages doux que des lignes nettes.
Le fusain pour artistes diffère du fusain combustible. Il est fabriqué pour offrir une texture et une qualité de dessin constantes.
7. Contrôle des odeurs et de l'humidité
Certains produits à base de charbon sont utilisés pour absorber les odeurs ou aider à gérer l'humidité dans les espaces clos.
On peut les placer dans les armoires, les chaussures, les véhicules, les réfrigérateurs ou les pièces. Le charbon de bambou est couramment commercialisé à cet effet.
Les performances réelles dépendent de la structure poreuse, de la surface, de la quantité et des conditions d'exposition du charbon de bois.
Principaux types de charbon de bois
Le charbon de bois peut être classé selon sa matière première, sa forme, sa méthode de fabrication et son application finale.
1. Charbon de bois en morceaux
Le charbon de bois en morceaux est fabriqué en carbonisant des morceaux de bois naturel.
Il conserve en grande partie la forme et le grain d'origine du bois. Les morceaux sont de taille irrégulière et peuvent brûler à des vitesses différentes.
Le charbon de bois en morceaux s'allume généralement rapidement et atteint une température élevée. Il contient également moins de liants que la plupart des briquettes.
Les utilisations courantes comprennent :
- Cuisine au barbecue
- grillades au restaurant
- fours traditionnels
- forge
- Chauffage industriel à petite échelle
2. Briquettes de charbon de bois
Les briquettes de charbon de bois sont fabriquées à partir de poudre de charbon de bois ou de petites particules de charbon de bois.
La matière est mélangée à un liant et compressée pour obtenir des formes uniformes. Selon le produit, d'autres ingrédients peuvent être ajoutés pour contrôler l'inflammation, la formation de cendres ou la vitesse de combustion.
Les briquettes brûlent généralement plus uniformément que le charbon de bois en morceaux. Leur taille standard facilite également leur emballage, leur stockage et leur transport.
Les formes courantes comprennent :
- briquettes en forme d'oreiller
- briquettes hexagonales
- briquettes cubiques
- briquettes rondes
- briquettes en forme de tige
3. Charbon de bois dur
Le charbon de bois dur est fabriqué à partir d'essences de bois denses telles que le chêne, le hêtre, l'érable ou le bois fruitier.
Il est souvent apprécié pour sa longue durée de combustion et sa capacité à supporter des températures élevées. Il est largement utilisé pour les grillades, dans la restauration et dans certains procédés industriels.
Ses performances exactes dépendent de l'essence de bois et du processus de carbonisation.
4. Charbon de bambou
Le charbon de bambou est produit à partir de tiges, de branches ou de déchets de transformation du bambou.
Le bambou pousse rapidement, ce qui en fait une matière première intéressante pour la production de charbon de bois dans les régions appropriées. Le matériau fini peut être utilisé comme combustible ou transformé en produits pour la filtration, le contrôle des odeurs, la gestion de l'humidité et l'amélioration des sols.
5. Charbon de coque de noix de coco
Le charbon de coque de noix de coco est produit à partir de coques de noix de coco jetées.
Il est dur, dense et généralement pauvre en cendres. Il brûle longtemps. Le charbon de coque de noix de coco est couramment utilisé pour fabriquer des briquettes de barbecue, du charbon pour narguilé et du charbon actif.
Son utilisation permet également de valoriser un sous-produit agricole.
6. Charbon actif
Le charbon actif a été traité pour créer une structure très poreuse.
Il peut être produit à partir de bois, de coques de noix de coco, de charbon, de tourbe ou d'autres matières riches en carbone. L'activation est généralement réalisée à la vapeur, au dioxyde de carbone ou à l'aide de produits chimiques spécifiques.
Le charbon actif est principalement utilisé pour l'adsorption et la purification. Il n'est généralement pas destiné à être utilisé comme combustible de cuisson.
7. Biochar
Le biochar est du charbon de bois produit principalement pour l'épandage sur les sols et la gestion environnementale.
Le procédé de fabrication est contrôlé afin de créer un matériau stable riche en carbone. Un biochar de bonne qualité doit également être analysé pour détecter d'éventuels contaminants indésirables avant toute utilisation agricole.
8. Charbon de bois extrudé
Le charbon de bois extrudé est fabriqué en comprimant de la biomasse broyée ou de la poudre de charbon de bois en bûches, en barres ou en formes hexagonales.
Certains produits sont fabriqués à partir de biomasse brute puis carbonisée. D'autres sont obtenus par compression de matériaux déjà carbonisés.
Le charbon de bois extrudé comporte souvent un trou central. Celui-ci améliore la circulation de l'air et favorise une combustion uniforme.
Comment est produit le charbon de bois ?
Le charbon de bois est fabriqué à partir decarbonisation, qui est une forme de pyrolyse.
Au cours de ce procédé, la biomasse est chauffée avec un apport limité d'oxygène. La matière ne brûle pas complètement ; la chaleur la décompose en charbon de bois, gaz, vapeurs, goudron et autres liquides.
Le processus de production de base comprend plusieurs étapes.
1. Sélection des matières premières
Le producteur sélectionne une matière première appropriée.
Les options courantes comprennent :
- Bois dur
- Bois tendre
- Bambou
- coquilles de noix de coco
- coquilles de noix
- Sciure
- copeaux de bois
- résidus agricoles
La matière première influe sur la densité, la teneur en cendres, la résistance, la structure poreuse, le temps de combustion et l'utilisation finale du charbon de bois.
Il est essentiel d'utiliser des matières premières propres. Le bois peint, traité chimiquement ou contaminé ne doit pas être utilisé pour la fabrication du charbon de bois.
2. Séchage
La biomasse fraîche contient de l'eau. Un excès d'humidité ralentit le processus et augmente la consommation d'énergie.
La matière première est donc séchée à l'air libre ou mécaniquement avant carbonisation. Un taux d'humidité constant permet d'améliorer l'efficacité de la production et la qualité du produit.
3. Chauffage
La matière séchée est placée dans un four, une cornue, un fourneau ou une chambre de carbonisation.
Le bois est ensuite chauffé en milieu pauvre en oxygène. Certains systèmes brûlent une partie du bois pour produire de la chaleur. Les systèmes modernes peuvent récupérer et réutiliser les gaz dégagés lors de la carbonisation.
4. Carbonisation
À mesure que la température augmente, l'eau et les composés volatils quittent la biomasse.
Le matériau s'assombrit progressivement et sa teneur en carbone augmente. La température de traitement influe fortement sur le produit final. En général, les températures plus élevées réduisent la teneur en matières volatiles et augmentent la teneur en carbone fixe.
Un contrôle précis de la température est essentiel. Si trop d'oxygène pénètre dans la chambre, le matériau risque de se consumer en cendres au lieu de se transformer en charbon.
5. Refroidissement
Le charbon de bois frais reste extrêmement chaud et peut s'enflammer au contact de l'air.
Le refroidissement doit s'effectuer dans un environnement clos ou contrôlé. Cette étape ne doit pas être précipitée. Un refroidissement inadéquat peut provoquer des incendies et réduire le rendement final.
6. Concassage, tamisage et mise en forme
Le charbon de bois en morceaux peut être tamisé et divisé en différentes tailles.
Pour fabriquer des briquettes, on broie de petits morceaux de charbon de bois et de la poudre, on les mélange à un liant, puis on les comprime. Les briquettes ainsi formées sont ensuite séchées avant d'être conditionnées.
7. Contrôle qualité et emballage
Le charbon de bois fini peut être testé pour :
- Humidité
- Carbone fixe
- Matières volatiles
- teneur en cendres
- Valeur calorifique
- Densité
- résistance mécanique
- Temps de combustion
- Répartition des tailles
Les spécifications requises dépendent de l'utilisation prévue du charbon de bois : cuisson, chauffage, métallurgie, filtration ou agriculture.
Systèmes courants de production de charbon de bois
Les différentes technologies offrent différents niveaux de contrôle, d'efficacité et de performance environnementale.
fours traditionnels en terre
Le bois est empilé et recouvert de terre avant d'être lentement carbonisé.
Cette méthode nécessite peu de matériel, mais elle est difficile à maîtriser. Elle peut produire une fumée abondante, un charbon de bois irrégulier et un faible rendement.
fours à briques
Les fours à briques offrent un meilleur contrôle et sont réutilisables. Ils sont couramment utilisés dans la production industrielle de charbon de bois.
Leur efficacité dépend de la conception du four, de l'expérience de l'opérateur, du flux d'air et de la gestion de la chaleur.
Fours à métaux
Les fours à métaux portables peuvent être déplacés au plus près de la source de matières premières. Ils sont plus rapides que de nombreux systèmes traditionnels et offrent un meilleur contrôle.
Leur capacité peut être inférieure à celle des grandes installations fixes.
Systèmes de rétortion
Les cornues chauffent la biomasse à l'intérieur d'une chambre contrôlée.
Les cornues modernes peuvent récupérer ou brûler les gaz dégagés pour fournir une partie de la chaleur nécessaire. Cela permet d'améliorer le rendement et de réduire la fumée. Elles garantissent également une qualité de charbon de bois plus constante.
Charbon contre charbon de bois : quelle est la différence ?
Le charbon et le charbon de bois sont tous deux riches en carbone, mais il ne faut pas les considérer comme un seul et même matériau. Leurs principales différences s'expliquent par les points suivants.
1. Source
Le charbon provient de matières végétales anciennes enfouies sous terre.
Le charbon de bois provient de biomasse moderne comme le bois, le bambou, les coquilles de noix de coco ou les résidus agricoles.
On extrait le charbon. On fabrique du charbon de bois.
2. Processus de formation
Le charbon se forme naturellement sous l'effet de la chaleur, de la pression et des transformations géologiques. Ce processus prend des millions d'années.
Le charbon de bois est produit par chauffage de la biomasse dans un environnement pauvre en oxygène. Selon le matériel utilisé, la production peut prendre de quelques heures à plusieurs jours.
3. Énergie renouvelable
Le charbon est une ressource fossile non renouvelable. Ses réserves sont limitées.
Le charbon de bois peut être renouvelable lorsqu'il est fabriqué à partir de forêts gérées durablement, de bambou à croissance rapide ou de déchets agricoles. Il n'est cependant pas automatiquement durable. Sa production peut contribuer à la déforestation si les matières premières sont de mauvaise qualité.
4. Apparence physique
Le charbon est généralement une roche dense. Sa couleur peut varier du brun au noir brillant.
Le charbon de bois est généralement plus léger et plus poreux. Il conserve souvent la structure visible du bois d'origine.
5. Teneur en carbone et en humidité
La qualité du charbon varie considérablement selon son rang. Le lignite contient une forte teneur en humidité, tandis que l'anthracite contient davantage de carbone fixe.
Le charbon de bois correctement produit contient beaucoup moins d'humidité et de matières volatiles que le bois brut. Sa teneur exacte en carbone dépend de la matière première et de la température de carbonisation.
Il n'existe pas de règle absolue stipulant que tout charbon de bois contient plus de carbone que tout charbon. Le résultat dépend du rang spécifique du charbon et de la qualité du charbon de bois.
6. Comportement à l'allumage et à la combustion
Le charbon de bois s'allume généralement plus facilement que l'anthracite et certains autres charbons de haute qualité. Une fois bien allumé, il procure une chaleur propre et constante.
Le comportement du charbon lors de sa combustion varie selon son type. Certains charbons produisent davantage de fumée, d'émissions de soufre, de cendres et de suie. Les charbons de rang supérieur brûlent généralement différemment du lignite ou du charbon sous-bitumineux.
Ces deux combustibles peuvent produire du monoxyde de carbone. Il ne faut brûler aucun des deux dans un espace clos sans ventilation adéquate.
7. Cendres et soufre
Le charbon de bois contient souvent plus de matières minérales et de soufre que le charbon de bois. Ces substances restent sous forme de cendres ou forment des émissions lors de la combustion.
Un charbon de bois de haute qualité peut présenter des taux de cendres et de soufre relativement faibles. Le résultat final dépend toutefois de la matière première, de la contamination du sol, des additifs et du procédé de production.
Les briquettes de charbon de bois peuvent produire plus de cendres que le charbon de bois naturel en morceaux si des charges minérales y sont ajoutées.
8. Principales applications
Le charbon est principalement utilisé pour :
- Production d'électricité
- Production d'acier
- fabrication de ciment
- chaudières industrielles
- production chimique
Le charbon de bois est principalement utilisé pour :
- Barbecue et cuisine
- Chauffage à petite échelle
- Travail des métaux
- Production de charbon actif
- Amélioration des sols
- Matériel artistique
Leurs applications peuvent se chevaucher, mais elles ne sont pas toujours interchangeables.
9. Impact environnemental
L'exploitation du charbon peut perturber les sols, affecter les ressources en eau, générer de la poussière et libérer du méthane. La combustion du charbon produit également d'importantes quantités de dioxyde de carbone et de polluants atmosphériques.
Le charbon de bois issu de biomasse durable peut avoir un impact carbone moindre. Cependant, les fours peu performants peuvent émettre de la fumée, du méthane, du monoxyde de carbone et d'autres gaz. Une exploitation non durable peut également endommager les forêts et les écosystèmes locaux.
La performance environnementale du charbon de bois dépend fortement de la provenance de la biomasse et de son mode de production.
10. Stockage et sécurité
Les stocks de charbon peuvent générer de la poussière et s'échauffer par oxydation. La gestion des grands stocks exige un contrôle rigoureux de la température, de l'humidité et des risques d'incendie.
Le charbon de bois a également tendance à s'échauffer de lui-même, surtout lorsqu'il est frais, chaud ou mal ventilé. Il doit être complètement refroidi avant d'être stocké et transporté.
Les deux matériaux doivent être conservés au sec et à l'écart de toute source d'inflammation.
Tableau comparatif rapide
| Fonctionnalité | Charbon | Charbon de bois |
|---|---|---|
| Matériaux de base | Roche naturelle riche en carbone | biomasse carbonisée |
| Source principale | végétation ancienne enfouie | Déchets de bois, de bambou, de coquillages ou de plantes |
| Comment on l'obtient | Extrait par l'exploitation minière | Produit par carbonisation |
| Temps de formation | Des millions d'années | Heures ou jours |
| énergies renouvelables | Non renouvelable | Potentiellement renouvelable |
| Poids et structure | Généralement dense et semblable à de la roche | Généralement léger et poreux |
| Principaux types | Lignite, sous-bitumineux, bitumineux, anthracite | Charbon actif en morceaux, briquettes, bambou, coques de noix de coco, biochar |
| Principales utilisations | Énergie, acier, ciment, produits chimiques | Cuisine, chauffage, purification, agriculture, travail des métaux |
| Préoccupation commune | Dommages miniers et émissions de carbone fossile | Déforestation et production inefficace |
| Sécurité intérieure | Peut produire du monoxyde de carbone | Peut produire du monoxyde de carbone |
Conclusion
Le charbon et le charbon de bois ont un point commun important : ils contiennent tous deux une grande quantité de carbone. Hormis cela, ce sont des matériaux très différents.
Le charbon est un combustible fossile qui se forme sous terre sur des millions d'années. Il est extrait par exploitation minière à ciel ouvert ou souterraine. Ses principales applications comprennent la production d'électricité, la sidérurgie, la production de ciment et le chauffage industriel.
Le charbon de bois est fabriqué à partir de bois et d'autres matières végétales. Il est produit par carbonisation en milieu pauvre en oxygène. Ses utilisations sont multiples : cuisson, travail des métaux, traitement de l'eau et amendement des sols.
Le choix entre charbon et charbon de bois dépend de l'usage prévu. La qualité du combustible, son coût, sa disponibilité, ses émissions, la sécurité et l'approvisionnement en matières premières sont autant de facteurs à prendre en compte. Surtout, il est important de ne pas confondre ces termes avec un seul et même produit.