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Tout au long de l'histoire de l'humanité, les améliorations de la qualité de vie se sont souvent accompagnées d'effets secondaires néfastes. La santé bucco-dentaire, par exemple, a fait de grands progrès grâce à la fluoration de l'eau. En même temps, il existe des indications qu'un excès de fluor contribue à l'affaiblissement des os et des ligaments, et pourrait exacerber les pathologies psychologiques. La recherche scientifique répond à des problèmes comme ceux-ci en cherchant des moyens de conserver les avantages tout en atténuant les effets secondaires. Ce genre d'investigation s'étend à l'ensemble du large spectre des sciences naturelles et appliquées. Un excellent sous-produit de cette découverte est l'utilisation du torchage dans la récupération et le traitement des carburants.
Lorsque le pétrole, le gaz naturel ou d'autres sources d'énergie sont récupérés et raffinés, il existe des gaz associés qui n'aident pas nécessairement — et peuvent même nuire — à la production de carburant en termes de sécurité et d'efficacité. Le torchage fait simplement référence à la combustion du gaz qui est superflu pour le développement de la source d'énergie. En utilisant une cheminée ou une tour à travers laquelle le gaz de torche va voyager, les techniciens dirigent les composés indésirables vers la pointe où ils réagissent avec l'air. Cette réaction est reconnaissable pour beaucoup qui peuvent voir une flamme au sommet d'une tour sur les champs pétrolifères ou les installations de traitement de carburant.
Le torchage du pétrole et du gaz est entrepris pour la santé et la sécurité des travailleurs. Un risque flagrant abordé par le torchage est l'accumulation dangereuse de pression dans les tuyaux et les réservoirs. Une telle occurrence pourrait entraîner une explosion. Un autre bénéficiaire du torchage est l'atmosphère : la combustion à la pointe de la torche libère de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone (CO₂) mais elle neutralise également les effets du dioxyde de soufre et d'autres composés organiques volatils. Selon l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA), « des réductions d'émissions de méthane de 2 000 Mcf (millions de pieds cubes) par an s'appliquent à une seule torche avec un seul pilote ».
Les systèmes de torche à gaz commencent par un débit d'entrée pour réguler la pression du gaz naturel ou du pétrole brut entrant. Le débit se dirige vers un ballon de dégazage où le liquide et la vapeur se séparent. De là, le gaz s'écoule vers un ballon de purge anti-retour. Il y a cependant une sécurité à cette transition : la pression doit se situer dans une certaine plage avant que le ballon de purge anti-retour ne s'ouvre. Du gaz de purge est pompé dans le ballon pour expulser tout vestige de gaz combustible. Ce faisant, le système empêche la flamme au sommet de la torche de descendre et de causer des dégâts. Ce n'est qu'alors que le gaz peut entrer dans la cheminée de torche.
Le torchage et la ventilation sont souvent confondus. En fait, la ventilation est le rejet régulé de gaz dans l'atmosphère pendant la phase de production du processus d'extraction d'énergie. Aucune combustion ne se produit lors de la ventilation, tandis que le torchage est la combustion contrôlée de gaz pendant les phases de production et de traitement.
Bien que le torchage protège ostensiblement l'atmosphère des composés organiques toxiques et volatils, il est néanmoins responsable du rejet de CO₂ et de méthane (CH₄). Il est bien établi que ces composés contribuent de manière significative au réchauffement climatique. En fait, d'innombrables études publiques et privées se concentrent uniquement sur les émissions de CH₄ : certaines estimations provenant d'installations de gaz naturel ciblées atteignent 10 % du rejet total. Pourtant, le CH₄ n'est pas la seule conséquence du torchage du gaz naturel. Un autre composant de cette combustion est ce que l'on appelle le carbone noir, c'est-à-dire la pollution atmosphérique par fines particules. Le profane le connaît sous le nom de suie. C'est le résultat d'une combustion incomplète du pétrole, du gaz naturel ou du bois, entre autres sources de carburant. Bien que le carbone noir ait une courte durée de vie en tant que menace atmosphérique, il peut causer beaucoup de dégâts pendant ce court laps de temps. Il est connu pour induire un effet néfaste sur les cultures, le sol et la cryosphère, c'est-à-dire la glace et la neige, ainsi que sur la santé et le bien-être humain. Il a été démontré que même une réduction modeste du carbone noir atténue ces problèmes.
La recherche de remèdes aux effets secondaires négatifs du torchage est une quête continue. Dans le cas du gaz naturel, le torchage n'est pas une nécessité urgente s'il existe un accès immédiat à un pipeline par lequel le gaz pourrait être transporté vers une usine de traitement pour purification. En l'absence de cette infrastructure, en tout cas, il existe d'autres technologies qui pointent vers la récupération du gaz de torche. À Taïwan, par exemple, des compresseurs sont désormais installés sur les systèmes de torche des raffineries — par la loi — afin que les gaz d'échappement soient dirigés vers une torche au sol, entièrement fermée pendant la combustion. Ce n'est que lorsque le volume de traitement dépasse un certain seuil que la conception de la cheminée de torche peut accueillir l'excès de gaz d'échappement. Ce système de récupération de gaz de torche offre une alternative plus écologique.
Parfois appelé gaz naturel renouvelable, le biogaz est du méthane dérivé de matières organiques. Appelé substrat dans la production de biogaz, la matière organique est très variée — feuillage en décomposition et carcasses d'animaux ; déchets alimentaires et compost ; déjections d'animaux sauvages et fumier de bétail ; eaux usées et eaux d'égout, pour n'en citer que quelques-uns. Lorsque de telles substances sont privées d'oxygène, une digestion anaérobie a lieu, au cours de laquelle le matériau est chimiquement désintégré par des bactéries en plusieurs étapes. Lorsque les réactions finales ont lieu, le CH₄ et le CO₂ sont libérés du substrat. La technologie des digesteurs anaérobies permet désormais de traiter le substrat en grandes quantités et de capter et purifier le biogaz pour l'utiliser comme carburant pour véhicules et pour le convertir en électricité.
En fonction du type de matière organique servant de substrat, il peut d'abord être pulvérisé pour obtenir une texture plus homogène. À partir de ce point, le substrat entre dans le digesteur où il est chauffé, souvent à plus de 100 degrés Fahrenheit. Lorsque cette période de fermentation — 20 jours ou plus — est terminée, entre 40 et 70 pour cent du rendement gazeux est du méthane. Le reste est principalement du CO₂ et quelques traces de composés contaminants. De nombreux moyens sont disponibles pour séparer le CH₄, y compris l'absorption, l'adsorption et la filtration membranaire. Le reste du substrat, maintenant appelé digestat, sert d'engrais puissant pour les cultures agricoles.
Parmi les composés qui compromettent les performances du biogaz ou menacent autrement la santé et l'efficacité, on trouve : la vapeur d'eau ; le sulfure d'hydrogène ; les composés halogénés ; l'ammoniac ; les siloxanes ; les composés organiques volatils. Des particules similaires au carbone noir peuvent également être présentes dans le biogaz brut. Non seulement ces impuretés inhibent l'efficacité du carburant, mais elles peuvent également causer des dommages corrosifs aux conteneurs et aux conduits par lesquels le biogaz est transporté.
Les méthodes d'élimination courantes ont démontré leur efficacité dans la purification du méthane pour la production d'énergie. Absorption — Une façon d'améliorer le biogaz est de le faire passer à travers une colonne de solution d'hydroxyde de sodium (NaOH), qui absorbe les contaminants au fur et à mesure que le CH₄ passe. Adsorption — Cela implique de mettre le biogaz en contact avec une surface solide faite d'oxyde de fer, de charbon actif, de gel de silice et/ou d'autres composés qui provoquent l'adhérence des molécules de gaz indésirables à la surface. Membranes — Des matériaux poreux sont utilisés à travers lesquels les molécules de gaz impures passent tandis que les molécules de méthane sont piégées.
Souvent, la biomasse trouvée dans les stations d'épuration ou les décharges est riche en composés gazeux contaminants. Certaines de ces installations optent pour un système de torchage de biogaz. Le gaz de décharge est fréquemment brûlé dans une torche de biogaz fermée. Le torchage peut être constant ou intermittent. Le premier diminue la quantité de méthane libérée dans l'atmosphère tandis que le second tient compte de l'état de l'équipement de conversion d'énergie. Il est à noter que le biogaz est neutre en carbone, donc toute émission de CO₂ n'est pas comptée comme un ajout de gaz à effet de serre. L'utilisation du biogaz pour l'énergie limite par définition le volume de méthane s'élevant dans l'atmosphère, que le torchage soit employé ou non. Ainsi, le torchage cause moins de problèmes environnementaux lors de la combustion du biogaz que du gaz naturel provenant de gisements géologiques. Inutile de dire que le torchage fermé est encore plus écologique. La décision de torcher ou d'utiliser une autre technique pour éliminer les gaz nocifs dépend souvent du substrat qui donne naissance au biogaz.
Les professionnels de l'énergie utilisent le torchage pour brûler les gaz d'échappement lors de la production et du raffinage du gaz naturel et du pétrole. Alors que la ventilation libère ces gaz directement dans l'atmosphère, le torchage, c'est-à-dire la combustion des gaz, en libère moins et en détruit plus. Il y a néanmoins des aspects négatifs écologiques liés aux systèmes de récupération par torchage. Le méthane, un gaz à effet de serre primaire, est toujours émis par la cheminée de torche. De plus, les particules de carbone noir sont également une conséquence du torchage. Le biogaz est également torché dans certains cas. Les conséquences indésirables du torchage des combustibles fossiles sont quelque peu atténuées avec le biogaz.
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