Outil d'aide à la décision pour distinguer les procédés de bioraffinage

La décarbonisation de l'industrie incluant celle des moyens de transport est nécessaire et doit être mise en place, afin de pouvoir atteindre l'objectif d'une carboneutralité d'ici 2050. Un des procédés permettant la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) est le bioraffinage. Ce procédé, utilisant diverses sources de biomasse en tant que matière première, en l'occurrence, les résidus forestiers, permet l'obtention de différents biomatériaux, biocarburants ou produits biochimiques, selon la voie technologique utilisée. Au cours des dernières années, plusieurs voies technologiques de bioraffinage ont été développées dont le portfolio de produits est variable d'une voie à une autre. La mise en oeuvre de ces procédés mène à beaucoup d'incertitudes liées à différents facteurs tels que la mise à l'échelle, le rendement ou la présence de règlementations politiques. Les industries ont besoin d'un système de prise de décision pour évaluer et déterminer les conditions de leur déploiement. En particulier, les outils d'aide à la décision multicritère sont les moyens les plus appropriés pour mener l'analyse, l'évaluation et la comparaison de ces voies technologiques. En outre, l'accès à une base de données et à des critères multidisciplinaires peut aider les parties prenantes (développeurs et fournisseurs de technologies, investisseurs, gouvernements, agences de réglementation, organismes de recherche, collectivités locales, autochtones, etc.) à prendre des décisions éclairées, en particulier à un stade précoce de la conception. Cette problématique permet donc de soulever plusieurs questions de recherche, à savoir s'il est réellement possible de distinguer plusieurs variantes d'une même voie technologiques et quelles catégories de critères de décision seraient pertinentes à prendre en compte pour conclure quant à la rentabilité d'un projet et l'évaluation des voies technologiques existantes? De plus, y a-t-il un outil d'aide à la décision qui peut faciliter ces tâches, tout en fournissant l'accès aux informations nécessaires techniques, économiques et environnementales (bilans de masse et d'énergie, rendements en produits biosourcés, estimations des coûts, impacts environnementaux, etc.), ainsi qu'à des critères multidisciplinaires pour faciliter le processus de triage ? L'objectif principal de ce mémoire était de choisir un outil d'aide à la décision (OAD) qui permettaient d'effectuer une évaluation complète de plusieurs voies technologiques et d'analyser de manière systématique et critique si le processus de triage réalisé est accéléré et éclairé, suite à la réalisation des études de cas. À la lumière de l'analyse de la littérature à ce sujet, l'outil d'aide à la décision choisi fut I-BIOREF, développé par CanmetÉNERGIE à Varennes de Ressources naturelles Canada. À la suite d'une analyse critique des différents OAD disponibles actuellement, I-BIOREF est ressorti comme celui ayant les données les plus récentes sur les voies technologiques de bioraffinage existantes, tout en donnant accès à l'utilisateur à une variété des critères, des analyses techniques et économiques complète, ainsi que des analyses de sensibilité et de scénarios. Afin d'analyser son utilisation pour l'évaluation des voies technologiques et la convivialité de l'outil pour les besoins des spécialistes en bioraffinage, une méthodologie a été mise en place.

Abstract

The decarbonization of industry, including transportation, is necessary and must be implemented in order to reach the goal of carbon neutrality by 2050. One of the processes allowing the reduction of greenhouse gas (GHG) emissions is biorefinery. This process, using various sources of biomass as raw material, in this case forest residues, allows the production of different biomaterials, biofuels or biochemical products, depending on the technological pathway used. In recent years, several biorefinery technological routes have been developed with a product portfolio that varies from one route to another. The implementation of these processes leads to many uncertainties related to different factors such as scale-up, yield or presence of political regulations. Industries need a decision-making system to evaluate and determine the conditions for their deployment. In particular, multi-criteria decision support tools are the most appropriate means to conduct the analysis, evaluation and comparison of these technology pathways. In addition, access to a multidisciplinary database and criteria can help stakeholders (technology developers and providers, investors, governments, regulatory agencies, research organizations, local communities, indigenous people, etc.) make informed decisions, especially at an early stage of design. This issue raises several research questions, such as whether it is really possible to distinguish between different variants of the same technology pathway, and what categories of decision criteria would be relevant to conclude on the cost-effectiveness of a project and the evaluation of existing technology pathways? Furthermore, is there a decision support tool that can facilitate these tasks, while providing access to the necessary technical, economic, and environmental information (mass and energy balances, biobased product yields, cost estimates, environmental impacts, etc.), as well as multidisciplinary criteria to facilitate the sorting process? The main objective of this thesis was to select a decision support tool (DST) that would allow for a comprehensive evaluation of multiple technology paths and to systematically and critically analyze whether the triage process performed with its help is accelerated and informed, following the completion of the case studies. The decision support tool chosen was I-BIOREF, developed by CanmetENERGY at Varennes at Natural Resources Canada. Following a critical analysis of the different DSTs currently available, I-BIOREF emerged as the one with the most recent data on existing biorefinery technology pathways, while providing the user access to a variety of criteria, complete technical and economic analyses, as well as sensitivity and scenario analyses. To analyze its use for technology pathway evaluation and the usability of the tool for the needs of biorefinery specialists, a methodology was developed.