Et si le bilan environnemental de la filière de méthanisation se jouait en dehors du digesteur?

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1 Conférence Et si le bilan environnemental de la filière de méthanisation se jouait en dehors du digesteur? Organisé par Romain Girault Irstea - Rennes LYON EUREXPO 29 NOV. > 2 DEC. #CONFPollutec2016 #LTPollutec2016

2 La méthanisation comme brique d une filière Services Production d énergie Substitution des fertilisants minéraux Services de la matière organique dans les sols Traitement de déchets Etc Disservices Emissions gazeuses Transferts vers les milieux aquatiques Etc

3 La méthanisation comme brique d une filière Services Production d énergie Substitution des fertilisants minéraux Réduction de la production de boues Stabilisation des boues Disservices Emissions gazeuses Transferts vers les milieux aquatiques Diminution du flux d azote valorisé en fertilisation Retours en tête

4 Où se joue le bilan environnemental de la filière de méthanisation? Quels sont les points chauds? Quels sont les leviers?

5 Points sensibles du bilan environnemental de la filière Substitution de l azote minéral par le digestat Impact sur le stockage du carbone dans les sol? Substitution des sources d énergie fossiles Evitement des émissions de GES spontanées Fuites de méthane sur l unité Emissions de CH 4 /N 2 O sur la filière Changement climatique

6 Points sensibles du bilan environnemental de la filière Substitution des sources d énergie fossiles Substitution des fertilisants minéraux Intrants utilisés sur la filière (cultures dédiées, réactifs ) Epuisement des ressources nonrenouvelables

7 Points sensibles du bilan environnemental de la filière Impact des modifications du système de culture? Exportation du digestat vers des secteurs nontendus Substitution des fertilisants minéraux Fuites d azote et de phosphore à l épandage des digestats vers les eaux Eutrophisation

8 Enjeux en terme de conception de filière Maximiser la substitution des énergies fossiles tout en minimisant les fuites de GES Maintenir/amplifier les services écosystémiques de la matière organique Maximiser la substitution des fertilisants minéraux par le digestat

10 Maximiser la substitution des énergies fossiles tout en minimisant les fuites de GES Maximiser la production de biogaz et sa valorisation Gisement de substrats mobilisés Rendement du digesteur Rendement de la filière de valorisation du biogaz Minimiser les dépenses énergétiques (chauffage du digesteur, post-traitement du digestat)

11 Maximiser la substitution des énergies fossiles tout en minimisant les fuites de GES Minimiser les émissions de gaz à effet de serre sur la filière Fuites de méthane sur l ensemble digesteur-cogénération - Un taux de fuite variant de 0 à 10% est considéré dans les évaluations environnementales (Projet Trackyleaks) - Un taux de fuite même faible peut impacter significativement le bilan GES de la filière

12 Localisation des fuites pouvant être observées sur les unités de méthanisation Fixation membrane-structure Mélangeurs à moteur immergé Insertions des capteurs Distribution de biogaz Trappes de sécurité Jonctions de banches bétons Source : projet Trackyleaks (financement: Ademe)

13 kgc-ch4 émis/tmb Maximiser la substitution des énergies fossiles tout en minimisant les fuites de GES Minimiser les émissions de gaz à effet de serre sur la filière Emissions de CH 4 et de N 2 O au stockage Digestat brut Fraction solide Phase liquide Représente environ environ 2% de la production de l unité 500 Exemple d émissions de méthane au stockage des 0 digestats (Projet 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 remiprophyte, financement: Temps (jours) Ademe)

14 [N2O] (mg/m3) Maximiser la substitution des énergies fossiles tout en minimisant les fuites de GES Minimiser les émissions de gaz à effet de serre sur la filière Emissions de CH 4 et de N 2 O au stockage 400 Phase solide 2 Phase solide 1 + Emissions de N 2 O à l épandage Temps (j) Difficile à maîtriser aujourd hui Exemple d émissions de N 2 O observée au stockage des phases solides de digestats (Projet Remiprophyte, financement: Ademe)

15 Impact changement climatique (kg CO2 Eq) Maximiser la substitution des énergies fossiles tout en minimisant les fuites de GES Maximiser la substitution des engrais minéraux 1t d azote produite 0,73-0,99Tep (IFS, n ) Nitrate d'ammonium Sulfate d'ammonium Calcium ammonium nitrate Diammonium phosphate Urée Impact «changement climatique» des différentes formes d azote minéral (Pradel et al., 2016 ReciPe)

17 Maximiser la substitution des fertilisants minéraux par le digestat Maîtriser la composition du digestat en éléments fertilisants Aliment bétail Lisier de bovin Fumier de volaille Source : Projet MéthaPolSol Origine de l azote présent dans le digestat d une unité de méthanisation 0% 20% 40% 60% 80% Potentiel de minéralisation (%N org ) Variations de potentiels de minéralisation observés

18 Maximiser la substitution des fertilisants minéraux par le digestat Maîtriser les émissions d ammoniac Postes d émissions : - Stockage - Post-traitements - Epandage Points sensibles : - Pratiques de stockage - Post-traitements appliqués - Pratiques d épandage

19 Maximiser la substitution des fertilisants Maîtriser les émissions d ammoniac Différentes options de post-traitement des digestats Fraction liquide Ultrafiltration osmose inverse Etc Digestat brut Séparation de phase Séchage Complémentation Fraction solide Compostage Granulation

20 Maximiser la substitution des fertilisants Maîtriser les émissions d ammoniac Impact de la séparation de phase sur les émissions de NH 3 au stockage Exemple des flux mesurés sur une unité agricole Digestat brut Digestat brut NH 3 < 2% N Séparation de phase 88% N Fraction liquide Stockage Stockage NH 3 ± 12% N NH 3 ± 15% N NH 3 ± 2% N + 17% d émissions de NH 3 sur l ensemble «Séparation/stockage» 12% N Fraction solide Stockage Source : Projet Remiprophyte (financement: Ademe)

21 Maximiser la substitution des fertilisants Maîtriser les émissions d ammoniac Impact des post-traitements sur les émissions de NH 3 à l épandage Fr. solides séchées Digestats bruts Concentrats d osmose Fractions solides Fractions liquides Source : Projets Diva (ANR)/Remiprophyte (Ademe) Impact des post-traitements sur un indice de volatilisation à l épandage

22 Keq Maximiser la substitution des fertilisants Maîtriser les émissions d ammoniac Impact du dispositif d épandage sur les émissions de NH 3 100% Impact du dispositif d épandage sur le coefficient «équivalent engrais» des digestats (maïs grain) 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% % 59% Pendillard Injection Choix du matériel et pratiques d épandage déterminants! Expérience lisier : - Si incorporation immédiate : Keq = 70% - Si incorporation après 24h : Keq = 50% Source : CRAB, Decoopman, JRI2016 Essai

23 Maximiser la substitution des fertilisants Maîtriser l épandabilité Impact des post-traitements sur la qualité de l épandage Source : Projet Remiprophyte Fraction Solide brute de Digestat Séchée complémentée de Digestat Granulés

24 Maximiser la substitution des fertilisants Maîtriser l épandabilité Impact des post-traitements sur la qualité de l épandage Source : Projet Remiprophyte (financement: Ademe) Fraction Solide brute de Séchée complémentée LYON EUREXPO 29 NOV. > 2 DEC. de Digestat #CONFPollutec2016 Digestat granulés #LTPollutec2016 Digestat

25 Maximiser la substitution des fertilisants Maîtriser les effets rebonds Modifications du système de culture associé à l unité de méthanisation Modification des pratiques d épandage Modification des successions culturales (intercultures, dérobées, cultures dédiées ) Etc

27 Rôles de la matière organique dans le sol La matière organique joue un rôle majeur dans la fertilité des sols chimique, physique et biologique Stockage et mise à disposition de nutriments : réservoir de cations échangeables Régulation de la qualité de l eau FERTILITE chimique, physique et biologique Régulation de la qualité de l air: stockage du carbone Source : GIS Sol Maintien de l activité biologique : dynamique de minéralisation, Structuration : aération, circulation eau, résistance à la dégradation (érosion, compaction )

28 Impact de la digestion sur la matière organique retournant au sol Méthanisation et stockage du carbone dans les sols ce qu on sait Avant méthanisation Après méthanisation La méthanisation en tant que telle a peu/pas d impact sur les formes très stables du carbone Source : Thomsen et al., 2013 Carbone stable Carbone labile La méthanisation en tant que telle dégrade les formes très labiles bien qu il en persiste dans le digestat La méthanisation a donc un impact sur la quantité et la qualité de matière organique retournant au sol

29 Impact de la digestion sur la matière organique retournant au sol Méthanisation et stockage du carbone dans les sols ce qui est beaucoup moins clair Comment les ajouts de cosubstrats externes impacte le carbone retournant au sol? Quel impact des paramètres du digesteur? Quelles stratégies de méthanisation permettent de combiner maximisation de la production de biogaz et maintien/renforcement des services écosystémiques de la matière organique? Quel impact d une conversion des CIPAN en CIMS/CIVE? Quel impact des post-traitement? Quel impact du retour au sol indirect via le digestat?

30 Où se joue le bilan environnemental de la méthanisation? Partout y compris dans le digesteur mais pas uniquement Maximiser la substitution des énergies fossiles tout en minimisant les fuites de GES Maintenir/amplifier les services écosystémiques de la matière organique Maximiser la substitution des fertilisants minéraux par le digestat

31 Conférence Et si le bilan environnemental de la filière de méthanisation se jouait en dehors du digesteur? Organisé par Romain Girault Irstea - Rennes LYON EUREXPO 29 NOV. > 2 DEC. #CONFPollutec2016 #LTPollutec2016