METHANISATION Éléments de réflexion

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1 METHANISATION Éléments de réflexion Anne-Sophie BOILEAU

2 LA METHANISATION Le principe Les substrats Les techniques La typologie des projets Méthanisation éléments de réflexion 2

3 La méthanisation : le principe Procédé biologique de transformation de la matière organique par l action de bactéries Fermentation anaérobie dans un digesteur qui fonctionne comme un rumen de vache Obtention de deux produits : Une énergie renouvelable : le biogaz Un effluent épendable : le digestat La méthanisation 3

4 La méthanisation : le principe Une digestion anaérobie en plusieurs étapes Source : Méthafrance La méthanisation 4

5 La méthanisation : les substrats Le choix des matières organiques détermine le rendement en biogaz => potentiel méthanogène Pour une production maximale, il faut des substrats riches en graisses Sucres Hydrates de carbone La méthanisation 5

6 La méthanisation : les substrats Les déjections animales => faible pouvoir méthanogène Lisier - Faible teneur en matière organique - Fort pouvoir tampon => stabilise le ph - Dilue les autres substrats Fumier - Taux de matière organique plus élevé - Fort pouvoir tampon => stabilise le ph - Support pour les bactéries - Manutention contraignante La méthanisation 6

7 La méthanisation : les substrats Les matières végétales => haut potentiel méthanogène - Résidus de récolte, déchets de céréales, de fruits et légumes - Hautes teneurs en carbone - Facilement assimilables par les bactéries Les co substrats => haut potentiel méthanogène - Déchets d industries agro-alimentaires - Déchets de collectivités - Certains sont soumis réglementairement à des prétraitements (hygiénisation) La méthanisation 7

8 La méthanisation : les substrats Attention! - Déchets ligneux - Matières inorganiques - Métaux lourds - Antibiotiques La méthanisation 8

9 Pouvoir méthanogène des substrats La méthanisation Source : Méthasim

10 La méthanisation : les techniques Les conditions de températures dans le digesteur définissent le type de fermentation Fermentation thermophile autour de 55 C Fermentation mésophile autour de 38 C La méthanisation 10

11 La méthanisation : les techniques Le taux de matière sèche de la ration détermine la technologie Voie liquide ou «infiniment mélangée» : - Ration digesteur < 12 % de MS Voie sèche : ration digesteur de 20 à 30 % de MS - Continue - Discontinue => Méthanisation en voie liquide mésophile = la plus courante La méthanisation 11

12 La méthanisation en voie liquide La méthanisation 12

13 La méthanisation en voie liquide La méthanisation 13

14 La méthanisation en voie liquide La méthanisation 14

15 La méthanisation en voie sèche continue La méthanisation 15

16 La méthanisation en voie sèche continue La méthanisation 16

17 La méthanisation en voie sèche discontinue La méthanisation 17

18 La méthanisation en voie sèche discontinue La méthanisation 18

19 La méthanisation : typologie des projets Catégorie de projet Puissance électrique installée Méthanisation à la ferme Dont la petite méthanisation 30 à 500 kwé < 75 kwé Méthanisation collective territoriale 200 kwé à 1,5 MWé Méthanisation industrielle 1,5 à 2 MWé La méthanisation 19

20 LA VALORISATION DU BIOGAZ Composition du biogaz Les différentes solutions La cogénération L injection de biogaz dans le réseau Méthanisation éléments de réflexion 20

21 La valorisation du biogaz : sa composition Composé Taux de présence NH4 Méthane CO2 Dioxyde de carbone H2S Hydrogène sulfuré Eau % % 1 % Traces Siloxane Traces Valorisation du biogaz 21

22 La valorisation du biogaz : les solutions Valorisation du biogaz 22

23 La valorisation du biogaz : la cogénération La cogénération - Un moteur entraîne un alternateur qui produit de l électricité - Chaleur récupérée au niveau du système de refroidissement du moteur et des gaz d échappement - Production d eau chaude à 90 C => La plus courante mais valorisation de la chaleur indispensable Valorisation du biogaz 23

24 La valorisation du biogaz : la cogénération Valorisation du biogaz 24

25 La valorisation du biogaz : l injection dans le réseau gaz naturel Obligations du producteur de biogaz - Épurer le biogaz pour arriver à 97 % de CH4 (enlever le CO2, H2S, eau ) - Le compresser - Contrôler sa composition - Assurer la provenance du biogaz : exclusion des boues de STEP - Odorisation (possible par GrDF) Valorisation du biogaz 25

26 La valorisation du biogaz : l injection dans le réseau gaz naturel Freins techniques - Un unique sens de circulation dans le réseau - Difficulté principale = saisonnalité des besoins en gaz - Cas délicat = un seul gros consommateur en aval Valorisation du biogaz 26

27 La valorisation du biogaz : l injection dans le réseau gaz naturel Faisabilité - Situation du point d injection par rapport au réseau - Débit horaire injecté < débit horaire consommé en été - Pression d injection adaptée à la pression du réseau - Quels consommateurs en aval? Valorisation du biogaz 27

28 La valorisation du biogaz : l injection dans le réseau gaz naturel Coût à la charge du producteur Coût de raccordement - Études de faisabilité (2 à 3 k ) et détaillée (6 à 9 k ) - Extension du réseau (70 à 300 /m linéaire) - Branchement (3 à 4 K ) Redevance injection (environ 100 k /an) - Investissement poste d injection (en location) - Exploitation, maintenance - Renouvellement - Contrôles qualité - Surcoûts d exploitation du réseau Valorisation du biogaz 28

29 LA VALORISATION AGRONOMIQUE Qu est ce que le digestat? Valeur fertilisante du digestat Évolution de la matière organique Évolution de l azote Épandage du digestat Méthanisation éléments de réflexion 29

30 Qu est ce que le digestat? Conservation de la totalité des éléments fertilisants Préservation de la fraction organique résistante donc préservation du potentiel humifère Minéralisation de l azote organique sous forme ammoniacale rapidement assimilable Dégradation des composés volatils (odeurs) Amélioration de la qualité sanitaire Produit plus homogène et plus fluide => épandage facilité Valorisation agronomique 30

31 Valeur fertilisante du digestat Variable selon la nature et la qualité des intrants Influencée par les éventuels post-traitements des digestats - Séparation de phase - Compostage - séchage Similaire à celle des lisiers et fumiers mais avec une teneur en ammonium et un ph plus élevés Valorisation agronomique 31

32 Évolution de la matière organique Matière organique fraîche Matière organique après méthanisation Devenir à long terme dans les sols MO biodégradable G a z ( CO 2, C H 4 ) Biogaz (CH4 + CO2) Biogaz (CH4 + CO2) MO résistante MO encore biodégradable MO résistante MO pouvant être humifiée Humus du sol Valorisation agronomique 32

33 Évolution de l azote Valorisation agronomique 33

34 Épandage du digestat Digestat = effluent organique Plan d épandage Minéralisation de l azote Efficacité comparable à un engrais minéral => économies d engrais Risque de volatilisation de l ammoniac lors du stockage et de l épandage => Couverture des fosses de stockage et brassage limité => Épandage avec une rampe pendillard ou enfouisseur Valorisation agronomique 34

35 LA VALORISATION ECONOMIQUE La vente d électricité La vente de biogaz pour injection Méthanisation éléments de réflexion 35

36 La vente d électricité Arrêté du 21 mai 2011 actualisation 01/01/2013 Puissance électrique < 150 kw < 300 kw < 500 kw < 1000 kw < 2000 kw Tarif de base (c /kwh) 14,125 13,385 12,868 12,339 11,822 Tarif maximal (c /kwh) 21,492 20,112 18,948 16,804 16,287 Prime Efficacité 35 % 0 c /kwh Progressive 70 % 4,465 c /kwh Prime Effluents 20 % 0 c /kwh Progressive 60 % 2,902 c /kwh (150 kw) 0 c /kwh ( 1000 kw) Tarif de base : dégressivité selon la puissance Autoconsommation de chaleur exclue de l efficacité énergétique Des aides financières possibles dans le cadre du Plan Biogaz Valorisation économique 36

37 La vente de biogaz pour injection Arrêté du 24 novembre 2011 La durée du contrat de rachat est de 15 ans à partir de la mise en service Indexation annuelle prévue Le tarif de rachat est fonction de la capacité injectée et de la nature des intrants Capacité maximale de production 50 m 3 / heure Entre 50 et 350 m 3 / heure 350 m3 / heure Tarif de base (c / kwh PCS) 9,5 Interpolation linéaire entre 9,5 et 6,4 6,4 Prime d intrants (c / kwh PCS) 3 Interpolation linéaire entre 3 et 2 2 TOTAL 12,5 Interpolation linéaire entre 12,5 et 8,4 8,4 Valorisation économique 37

38 LA REGLEMENTATION Régime ICPE Traitement de sous produits animaux Epandage du digestat Méthanisation éléments de réflexion 38

39 Régime ICPE Type de matière traitée Matières végétales, effluents d élevage, matières stercoraires, effluents bruts IAA déchets végétaux d IAA Autres déchets non dangereux Tonnage traité Déclaration Enregistrement Autorisation < 30 t/j 30 t/j X < 50 t/j 50t/j / / Dans tous les cas Contenu dossier à déposer en préfecture Dossier sommaire Dossier technique + Consultation commune +Information public Etude de dangers + étude d impact +enquête publique La réglementation 39

40 Traitement de sous produits animaux Agrément sanitaire obligatoire Pour toute unité de méthanisation Pré traitement des sous produits animaux Pas de traitement spécifique pour les effluents d élevage, matières stercoraires, lait et colostrum Autres déchets animaux : hygiénisation, pasteurisation ou stérilisation La réglementation 40

41 Épandage du digestat Plan d épandage obligatoire Ou obtention du statut de produit Compostage norme AFNOR Homologation : dossier long et coûteux La réglementation 41

42 Les étapes d un projet de méthanisation Méthanisation éléments de réflexion 42

43 EMERGENCE - Gisements - Besoins chaleur - Saisonnalité PRE FAISABILITE - Pertinence technico-économique FAISABILITE - Etude de faisabilité - Dimensionnement de l unité - Consultation des entreprises - Business plan Montage administratif - ICPE, agrément sanitaire, PE - Contrats d approvisionnement - Structuration juridique Construction et mise en service Etapes d un projet de méthanisation 43

44 Economie d un projet de méthanisation Méthanisation éléments de réflexion 44

45 Investissement Puissance électrique installée 35 kwé 170 kwé 500 kwé Exemple de tonnage entrant t dont 68 % effluents d élevage t dont 86 % d effluents d élevage t dont 79 % d effluents d élevage Investissement total 0,3 à 0,5 M Soit 10 à /kwé 1,3 à 1,5 M Soit /kwé 2,5 à 3,2 M Soit /kwé Economie d un projet de méthanisation 45

46 Dépenses et recettes Dépenses Main d œuvre : de 1 h (30 kwé) à 3h30 (500 kwé) Entretien et réparation Consommables Approvisionnement en substrat et épandage digestat Assurances, frais financiers, analyses, etc Economie d un projet de méthanisation 46

47 Dépenses et recettes Recettes Vente électricité Vente de la chaleur Redevance pour le traitement des déchets Autres gains : économie d engrais minéraux, diminution odeurs, etc. Economie d un projet de méthanisation 47

48 LE PLAN EMAA Energie Méthanisation Autonomie Azote Méthanisation éléments de réflexion 48

49 Objectifs Gestion globale de l azote dans une logique de territoire Valorisation de l azote organique Diminution de la dépendance à l azote minéral Développement de la méthanisation collective de taille intermédiaire dans les EA pour valoriser l azote Perspective de transition énergétique et écologique 1000 méthaniseurs à la ferme en 2020 Le plan EMAA 49

50 Points clés à retenir Révision des tarifs d achat dès 2013 Prise en compte de la substitution à l électricité et de l hygiénisation des intrants pour la prime à l efficacité Révision de la dégressivité de la prime effluents d élevage avec l augmentation de la puissance des projets agricoles Prise en compte de nouveaux débouchés chaleur créés après la mise en service de l installation Revalorisation tarif achat électricité en cas d augmentation de la puissance installée Le plan EMAA 50

51 Points clés à retenir Evolution de la réglementation ICPE Déclaration <70 t/j Enregistrement 70 t/j x < 100 t/j Autorisation 100 t/j Injection biogaz Autorisation des boues de STEP Création d un dispositif tarifaire pour la double valorisation injection/cogénération Le plan EMAA 51

52 Points clés à retenir Encourager la valorisation des digestats Dépôt d un premier dossier d homologation (mars 2013) Publication guide de mise sur le marché des digestats Création d un guichet unique pour toutes les démarches administratives Amélioration des conditions de raccordement Augmentation des fonds d aide aux investissements Le plan EMAA 52

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