METHANISATION Éléments de réflexion

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Martin Coutu
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1 METHANISATION Éléments de réflexion 13 décembre 2011 Anne-Sophie Roy

2 LA METHANISATION Le principe Les substrats Les techniques 13 décembre

3 La méthanisation : 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 : 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 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 Lisier - Bon milieu de culture pour les bactéries anaérobies - Fort pouvoir tampon => stabilise le ph - Dilue les autres substrats Fumier - Taux de matière sèche plus élevé - Support pour les bactéries - Manutention contraignante La méthanisation 6

7 La méthanisation : les substrats Les résidus de culture - Hautes teneurs en carbone - Facilement assimilables dans le digesteur Les co substrats - Déchets d industries agro-alimentaires - Déchets de collectivités La méthanisation 7

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

Pouvoir méthanogène des substrats Déjections animales Lisier de porc Lisier de bovin Fumier de bovin Fumier de porc Fientes de volailles 0 50 100 150 200 250 300 350 400 m³ de CH 4 par tonne de

9 Pouvoir méthanogène des substrats Déjections animales Lisier de porc Lisier de bovin Fumier de bovin Fumier de porc Fientes de volailles m³ de CH 4 par tonne de matière brute Résid dus de cul ture Déchets d IAA Pulpes de PdTerre Fines et spathes Résidus de maïs Résidus de céréales Tourteau de colza Contenu d'intestin Déchets de brasserie Boues de flottation Graisse d'abattoir Mélasse Déchets collectivité Graisse usagée Boues de STEP Bio déchets ménagers Pelouse Graisse de STEP La méthanisation Source : Association AILE 9

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 La méthanisation «infiniment mélangée» - Rations de 18 % de MS maximum dans le digesteur - Apport continu de matière et extraction d une quantité équivalente - Digesteur étanche au gaz, chauffé, isolé et brassé - Possibilité post digesteur qui termine la digestion - Biogaz stocké sous une géomembrane - Réduction de 10 % du volume total à épandre Méthanisation «infiniment mélangée» en mésophile = la plus courante La méthanisation 11

12 La méthanisation : les techniques Effluents d élevage et co substrats Fermentation anaérobie Digesteur chauffé à 38 C Brassage et homogénéisation Stockage gaz Épandage agricole Préfosse Digesteur Post-digesteur Stockage brassage mixage Transfert par pompe ou par trappe Présence des déjections dans le digesteur 3 à 6 semaines Transfert du digestat par «surverse» Dans la fosse le digestat continu sa production de CH4 La méthanisation 12

13 La méthanisation : les techniques La méthanisation 13

14 La méthanisation : les techniques La méthanisation 14

15 La méthanisation : les techniques La méthanisation en «voie sèche» - Ration de 20 à 30 % de MS dans le digesteur (de 20 à 50 % en entrée) - Matière incorporée chargée avec un télescopique - Réduction de 20 % du volume total à épandre - 2 procédés : continu et discontinu La méthanisation 15

16 La méthanisation : les techniques Système «voie sèche» continu - Charge de la matière fraîche quotidiennement pour une production continue de biogaz - Digesteurs horizontaux ou verticaux - Avancée de la matière par pompe à vide, gravité ou piston La méthanisation 16

17 La méthanisation : les techniques Système «voie sèche» discontinu - Un volume donné de matière chargé en container hermétique - Matière en digestion aspergée en continue avec du percolât (jus de la digestion) - Une part de la matière digérée est réincorporée avec la matière fraîche - Durée de digestion environ 40 jours - Constance de la production de biogaz assurée par le fonctionnement en parallèle de plusieurs digesteurs La méthanisation 17

18 LA VALORISATION DU BIOGAZ Composition du biogaz Les différentes solutions La cogénération L injection de biogaz dans le réseau 13 décembre

19 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 19

20 La valorisation du biogaz : les solutions La cogénération Électricité + chaleur L injection de biogaz dans le réseau Si réseau gaz naturel proche de l unité L utilisation dans une chaudière Valorisation thermique Le biométhane carburant Exemple Lille Séquedin Valorisation du biogaz 20

21 La valorisation du biogaz : la cogénération La cogénération - Un moteur entraîne un alternateur qui produit de l électricité - Rendement électrique de 38 à 42 % - Chaleur récupérée au niveau du système de refroidissement du moteur et des gaz d échappement - Rendement thermique de 40 à 47 % - La plus courante mais valorisation de la chaleur indispensable Valorisation du biogaz 21

22 Unité de méthanisation avec valorisation du biogaz par cogénération 4 Bâtiments agricoles Habitations Bâtiments publics Entreprises Chaleur cogénération Électricité Vente électricité Déjections animales Stockage chaleur Chauffage digesteur Biogaz Déchets agro alimentaires ou de collectivités 1 Pré fosse 2 Digesteur 3 Post digesteur Co substrats (maïs, tonte, ) Trémie d incorporation Stockage Epandage 22

23 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 23

24 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 24

25 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 - Quel consommateurs en aval? Valorisation du biogaz 25

26 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) - 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 26

27 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 13 décembre

28 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 Produits plus homogène et plus fluide => épandage facilité Valorisation agronomique 28

29 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 29

30 Évolution de la matière organique Matière organique fraîche MO après méthanisation «phase thermophile du compostage» Maturation (aération) «compost mûr» Devenir à long terme dans les sols MO biodégradable Gaz (CO2,CH4) Biogaz (CH4 + CO2) Gaz carbonique MO résistante MO résistante MO humifiée Humus du sol Valorisation agronomique 30

31 Évolution de l azote Valorisation agronomique 31

32 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 32

33 LA VALORISATION ECONOMIQUE La vente d électricité La vente de biogaz pour injection 13 décembre

34 La vente d électricité Arrêté du 21 mai 2011 Puissance électrique < 150 kw < 300 kw < 500 kw < 1000 kw < 2000 kw Tarif de base (c /kwh) 13,37 12,67 12,18 11,68 11,19 Tarif maximal (c /kwh) ,81 17,71 15,68 15,19 Prime Efficacité 35 % 70 % Progressive 0 c /kwh 4 c /kwh Prime Effluents 20 % 0 c /kwh Progressive 60 % 2,6 c /kwh (150 kw) Tarifs en hausse, dégressivité faible selon la puissance Autoconsommation de chaleur exclue de l efficacité énergétique Quid des subventions régionales? Valorisation économique 34

35 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 35

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