VERSION TECHNIQUE. La biométhanisation: Bien plus qu une opportunité! With the support of

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1 FR VERSION TECHNIQUE La biométhanisation: Bien plus qu une opportunité! With the support of

2 La biométhanisation: Bien plus qu une opportunité! Version technique

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4 Introduction Pour les agriculteurs, la grande qualité de la biométhanisa on à la ferme est qu elle diversifie le revenu de leur exploita on. Elle est donc perçue comme une véritable alterna ve pour l agriculture d aujourd hui et de demain. Pour les industriels, la biométhanisa on cons tue une solu on plus économique et plus respectueuse de l environnement pour le traitement de leurs déchets. De nos jours, le développement des énergies renouvelables est en plein essor. D ici 2020, la Belgique s est engagée à consommer 13% d énergie renouvelable. Pour a(eindre cet objec f, la biométhanisa on cons tue un acteur important au même tre que le solaire, le photovoltaïque ou encore l éolien. C est en regroupant ces forces que nous y arriverons! 3

5 Brève Description de la Biométhanisation La biométhanisa on consiste en la dégrada on de ma ères organiques par des bactéries dans le but de produire un biogaz et un digestat. Ce dernier sera généralement épandu comme fer lisant sur les terres agricoles. Quant au biogaz, il peut être employé pour produire de la chaleur, de l électricité ou comme carburant.

6 Fig. 2 : Electricité Source: IRCO Fig.1: Les étapes de la biométhanisa on (source: IRCO) La ma ère première entrante est stockée dans une pré-fosse en a ente d être injectée, soit par un système de pompe, soit de façon plus «manuelle» à l aide d un chargeur télescopique dans le digesteur (fig.2). Ensuite, la dégrada on des intrants peut commencer grâce aux bactéries présentent dans le digesteur (fig.1). Le processus de décomposi on est accéléré par la présence d un mélangeur et d une température élevée (38 C). A la fin des étapes de biométhanisa on, le biogaz ainsi formé est soit transformé en chaleur et en électricité (cogénéra on), soit u lisé comme tel en tant que carburant, soit injecté dans le réseau de gaz naturel (après épura on). 5

7 Du Biogaz Le biogaz est composé en majorité par du méthane (CH 4 ) et du CO 2 mais il renferme également d autres gaz en quan té beaucoup plus faible comme le montre le tableau 1. La concentra on de chaque composé est exprimée par un intervalle, ceci s explique par le fait que la composi on du biogaz varie en fonc on des ma ères premières entrantes dans le digesteur. Tableau 1 : Composition chimique moyenne du biogaz Gaz Concentra on en % CH CO H N 2 0,5-2 H 2S 0,1-0,5 CO 0-0,1 Pour conver r le biogaz en biométhane, plusieurs techniques existent Voici les principales étapes : Désulfura on (retrait du H 2 S) Retrait du CO 2 Compression Odorisa on ( pour des raisons de sécurité varie selon son u lisa on finale) L objec f de ces opéra ons est d augmenter la concentra on en méthane jusqu à +/- 99% (contre +/- 55% pour le biogaz agricole). Le produit obtenu s appelle du «biométhane». Si le biométhane respecte certains critères (spécifica ons), il peut alors être injecté sur le réseau de gaz naturel. Cela se fait déjà dans plusieurs pays d Europe. En Belgique -Wallonie, la législa on le permet mais certains aspects doivent encore être définis avant l injec on physique de biométhane dans le réseau de gaz naturel. Ce e injec on signifie que le biométhane pourra être u lisé en tant que combus ble domes que (pour le chauffage ou pour les cuisinières par exemple) mais aussi comme carburant. A terme, un habitant de Tournai pourra consommé le biométhane produit et injecté dans le sud de la province du Luxembourg. au Biométhane

8 ... En passant par le Digestat Les deux caractéris ques principales: Perte d env. 25% de carbone (conver e en CH4). Minéralisa on d env % de l azote. Les inconvénients : Vola lisa on de l ammoniac Précau on à l épandage (matériel adapté) Les avantages : Augmenta on du poten el de fer lisa on Réduc on de l applica on d engrais Protec on de l environnement Diminu on de la dissémina on des adven ces et des pathogènes Réduc on des nuisances olfac ves... Volatilisation NH3 % pertes accumulées Heures après épandage 7

9 Les avantages/inconvénients + Produc on d énergie à par r de ma ères organiques (cultures énergé ques, déchets ou sous-produits fermentescibles) - Inves ssement important - Saisonnalité des intrants veiller à pouvoir alimenter le digesteur en con nu + Valorisa on des déchets organiques + Créa on d emplois + Réduc on de la pollu on due au lessivage de l azote. + Diversifica on du revenu des agriculteurs grâce à l augmenta on des rentrées financières - Idéalement, les intrants doivent provenir des environs (10-15 km) + Le biogaz peut être stocké, contrairement à l électricité (photovoltaïque) + Grâce à la modifica on de la viscosité, le digestat est épandu plus uniformément sur le sol. + Contribue à la diminu on des gaz à effet de serre - Manque d informa on des riverains qui explique une certaine ré cence de leur part (effet NIMBY). + U lisa on du digestat comme amendement. Suite à la biométhanisa on, l azote se présente sous une forme minéralisée, plus assimilable par les plantes. économie d engrais

10 de la biométhanisation + Diminu on des nuisances olfac ves + Réduc on des germes pathogènes présents dans les effluents d élevage + Solu on économique de traitement des déchets organiques + Image posi ve de l entreprise vis-à-vis de l extérieur + Possibilités mul ples de valorisa on du biogaz: produc on d eau chaude, d air chaud, d électricité, de carburant ou injec on du biogaz traité (biométhane) dans le réseau de gaz naturel. En Belgique, il n est pas encore valorisé sous toutes ses formes possibles Les avantages du biométhane + Standardisa on du produit (biométhane) - grâce aux spécifica ons techniques + Meilleurs efficience d u lisa on de l énergie que la cogénéra on (sans intégra on de la chaleur) + Accès à de nouveaux marchés (réseau gaz) + U lisa on possible dans le secteur automobile (carburant CNG) 9

11 Comment démarrer un Pour lancer un projet de biométhanisa on, le porteur de projet doit se poser toute une série de ques on. Voici deux arbres décisionnels qui perme ront au futur porteur de projet de démarrer ce e réflexion. Avez-vous un terrain pour le l unité de biométhanisa on muni d un accès facile pour les véhicules? Vous n êtes pas dans les condi ons pour que votre projet soit viable. Ce terrain est situé à l écart de site résiden el ou d autres voisins sensibles? Êtes-vous en mesure de fournir un confort suffisant aux voisins et aux organismes de réglementa on prouvant que le site ne causera pas de nuisance (bruit, odeur)? Est-ce que l'unité de biométhanisa on proposée aura une produc on de biogaz qui dépasser un million de m³ de méthane par an? (cfr Biogaz calculateur*) Est-ce qu'un branchement sur le réseau électrique (triphasé) est envisageable à proximité? Y a t-il un point de raccordement dans le réseau de gaz naturel à proximité du site? Si oui, la capacité est-elle suffisante? Des bâ ments ou autres process pouvant u liser de façon efficace la chaleur provenant d'un moteur de cogénéra on sont présents sur site? Vous pouvez être en mesure de prendre en considera on l injec on de biométhane sur le réseau de Gaz Naturel, la produc on de biocarburant ou la cogénéra on Pouvez vous trouver un autre moyen ou d autre u lisateur pouvant valoriser la chaleur du moteur de cogenera- on? Vous n êtes pas dans les condi ons pour que votre projet soit viable. Vous êtes dans les condi ons pour que votre projet soit viable.

12 projet de biométhanisation? Avez vous des intrants disponibles dont vous êtes propriétaire? Êtes-vous en mesure d'obtenir un contrat pour des ma ères premières pendant au moins 2 ans avec une chance raisonnable de pouvoir le renouveler? Est-ce que le Biogaz Calculateur* suggère un rendement en méthane d au moins m³ par an avec ces ma ères? Vous n êtes pas dans les condi ons pour que votre projet soit viable. Êtes-vous en mesure d'obtenir d autre(s) ma ère (s) première(s)? Les intrants sont-ils uniformément répar sur toute l'année? Est-ce que l apport de ces ma ères peuvent être contractualisé pour au moins 2 ans? Les intrants con ennent ils beaucoup d azote (comme les fientes de volaille par ex.)? Êtes-vous en mesure de localiser d autres ma ères premières méthanisables afin d alimenter le digesteur tout au long de l année? Êtes-vous capable d'assurer un approvisionnement avec d autre ma ère première à haut taux de carbone pour que le ra o C/N soit +/- à 30? Vous n êtes pas dans les condi ons pour que votre projet soit viable. Moins de 10% Est-ce que l'ensemble des intrants a une teneur en ma ère sèche comprise entre 10 et 40 %? Plus de 40% Vous devriez envisager un système spécialisé pour les ma ères liquide avec un temps de réten on faible. Vous devriez envisager un système de biométhanisa on en phase sèche. Vous devriez envisager un système de biométhanisa on 11 en phase humide. * Ou l d aide à la décision disponible sur h p://biomethaneregions.cra.wallonie.be

13 Quelles technologies Les membranes pour épurer le biogaz sont réalisées avec des matériaux perméable au CO 2, à l eau et à l ammoniaque. Le méthane passe que très rarement au travers de ce e membrane. L adsorp on est un phénomène de surface par lequel des atomes de gaz (CO 2 dans notre cas) se fixent sur une surface solide lorsque la pression est élevée. L adsorbant est régénéré en diminuant la pression. A l échelle industriel, plusieurs colonnes fonc onnent en parallèle à des stades d épura on différents afin d obtenir un process con nu. Il s agit toujours d une technologie d absorp on mais une réac on chimique a lieu entre le solvant et le gaz absorbé en phase liquide. La solu on chargé est chauffé à plus de 160 C. C est à ce e température que la plupart du CO 2 est désorbé et qui e la colonne de régénéra on en tant que offgas. Le CO 2 est soluble dans l eau. Le biogaz est donc injecté dans une colonne d eau. Ce e eau va se saturer en CO 2 puis transféré dans une seconde colonne ou la pression est beaucoup plus faible. De ce fait, le CO 2 va se séparer de l eau. Deux gaz sont produit, le biométhane (qui devra être séché) et le «offgas» (gaz contenant principalement le CO 2 épuré). Il s agit d une variante à la technique «Lavage à l eau». En effet, l eau est remplacé par un solvant organique (ex: polyéthylène glycol) où le CO 2 est plus soluble que dans l eau. Par conséquent, une plus pe te quan té de solvant et de plus pe ts appareils sont nécessaires pour traiter une même quan té de biogaz.

14 pour épurer le biogaz? Schéma d'une unité utilisant la technologie membranaire; image de l'usine de valorisation Kisslegg, Allemagne avec une capacité brute de biogaz de 500 m³ / h (Source: AXIOM Angewandte Prozesstechnik) Schéma d'une unité utilisant la technique adsorption module par pression; image de l'usine de valorisation Mühlacker, Allemagne avec une capacité brute de biogaz de 1000m ³ / h (Source: Schmack CARBOTECH) Schéma d'une unité utilisant la technologie de lavage aux amines ; image de l'usine de valorisation de Göteborg, en Suède avec une capacité brute de biogaz de 1600m ³ / h (Source: Cirmac) Schéma d une unité utilisant la techno- logie de lavage à l'eau sous pression; image de l'usine de valorisation Könnern, Allemagne avec une capacité 13 brute de biogaz de 1250m ³ / h (Source: Malmberg)

15 Illustration des possibilités de Cas de la Suède La Suède a réussi à construire une poli que biométhane. Ce succès suédois est largement basée sur le sou en du gouvernement. Diverses mesures incita ves ont été adoptées, telles que la réduc on de 40 % de l impôt sur le revenu payé pour l u lisa on de voiture de société roulant au CNG (biométhane) ou électrique/hybride. Certaines ac ons passées ont également bien dynamiser la filière (par ex. ; sou en lors de l installa on de sta ons services -jusqu à 30% d aide sur l inves ssement total). De plus, des aides locales perme ent aussi de favoriser le développement du biométhane. Certains parkings municipaux sont par exemple gratuit pour les véhicules CNG. Aujourd hui, les flo es d autobus de plus d une douzaine de ville fonc onnent en èrement au biométhane. Quelques chiffres. La biométhanisation en Suède : 230 unités de biométhanisation 38 unités d épuration du biogaz (transformation biogaz en biométhane) 1363 GWh en 2009 ; estimation de la production à 3 TWh en 2013 selon l agence de l énergie suédoise Le biométhane disponible en Suède : 7 points d injection dans le réseau (point rouge de la figure de gauche) 127 stations public (figure de droite) 45 stations privées pour les bus, camions, (figure de droite) Nombres de véhicule roulant au biométhane en Suède en 2010 :

16 valorisation du biométhane. Cas de Bruck an der Leitha (Autriche) L unité de biométhanisa on de Bruck an der Leitha a commencé en mai Dans un premier temps, le biogaz était valorisé via une cogénéra on. L électricité produite était en par e u lisée sur site, l excédent était injectée sur le réseau électrique. Quant à la chaleur, elle était u lisée pour le chauffage via notamment un réseau de chaleur. Le digestat est res tué aux terres agricoles en tant que fer lisant. Depuis 2007, le biogaz est épuré et injecté sur le réseau à 100 m³/h (soit m³/an -ce qui correspond à 50% de la consomma on CNG de l Autriche). Le site de Bruck/ Leitha dispose d une nouvelle technologie développé par l université de Vienne (partenaire du projet Bio-Methane Regions). Il s agit d un système a double membrane. L épuration du biogaz est réalisé dans un container standard (30 pieds). A gauche: Extérieur du container A droite: Intérieur du container - compresseur, échangeur de chaleur, module de membranes. Le biométhane est injecté dans un réseau local (~3 bars). En hivers, le gaz est totalement consommé par ce réseau. En été, la consomma on locale étant plus faible, l excès de biométhane est alors compressé à 60 bars et injecté sur le réseau gaz régional. Grâce à ce e arrangement, l unité de traitement du biogaz peut fonc onner toute l année. Quan té (tonnes) Types d'intrant Sous-produits agricoles 134 Cultures énergé ques 680 lisier (porcin, bovin) Huiles et graisses végétales (et co-produit) Reste de cuisine et denrées alimentaires 841 Déchets des produits lai ers Déchets d'aba oir Sous-produit de l'iaa TOTAL 15

17 Quels acteurs concernés? Quelles Subventions octroyées? Étude de per nence: réalisée gratuitement par le facilitateur biométhanisa on Étude de (pré-) faisabilité: subven on possible Aide à l inves ssement : - protec on de l environnement - u lisa on durable de l énergie Aide pour les Inves ssements dans le Secteur Agricole (ISA) Déduc on fiscale Exonéra on du précompte immobilier NB: Un document a spécialement été rédigé à ce sujet par ValBiom. Il est disponible sur le site ou sur simple demande.

18 Quelle biomasse utilisée? Toutes les ma ères dites «organiques», du grain de maïs aux boues urbaines en passant par les effluents d élevage ou les sous-produits de culture, peuvent être digérées. Il n existe qu une excep on: le bois Cependant, toutes les ma ères ne sont pas égales vis-à-vis de leur produc on de biogaz car leur poten el méthanogène sont différents. Le graphe ci-dessous le démontre parfaitement. En effet, les effluents d élevage bovin produisent un peu moins de 50 m³ de biogaz par tonne de ma ère fraiche alors que la mélasse (déchets de l industrie agro-alimentaire - IAA) produit 5x plus de biogaz. Pour plus d information, contactez: Facilitateur Biométhanisation Monsieur Ph. Hermand; Bureau d étude IRCO info@irco.be ou 081/ ValBiom / Centre wallon de Recherches agronomiques Madame Ch. Mignon c.mignon@cra.wallonie.be ou 081/

19 Ce document a été réalisé dans le cadre du projet «Bio-Methane Regions». Nos partenaires : Le contenu de cette publication n'engage que la responsabilité de son auteur et ne représente pas l opinion de la Communauté européenne. La Commission européenne n'est pas responsable de l'usage qui pourrait être fait des informations qui y figurent. FEVRIER 2012

20 The sole responsibility for the content of this publication lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Union.