La méthanisation à la ferme

La méthanisation à la ferme Un exemple de diversification des activités agricoles Marie PIERREVELCIN 2008

Introduction La méthanisation : un procédé de traitement des déchets organiques et de production d énergie renouvelable En France : 120 stations pour le traitement des effluents industriels des IAA 2 (+4) pour la fraction fermentescible des déchets organiques 83 digesteurs pour les boues de STEP 4 unités de méthanisation à la ferme La méthanisation à la ferme : Développé en Allemagne depuis 1990 4000 installations aujourd hui. Développement en France depuis 2002 (avec la première installation en 54)

(Source : www.agricomethane.eu) Jusqu à 0,21 en Allemagne

(Source : www.agricomethane.eu)

Sommaire 1. Le processus de méthanisation 1. Définition 2. La réaction 3. Les produits et leur valorisation 2. Fonctionnement d une unité de méthanisation à la ferme Présentation des 4 étapes à partir d un exemple 3. Bilan d une installation de méthanisation 1. Bilan environnemental 2. Bilan socio-économique 3. Difficultés à la mise en place Conclusion : intérêts et limites de la méthanisation à la ferme.

I. Le processus de méthanisation 1. Généralités

Un processus biologique M.O. La méthanisation est une digestion partielle anaérobie de la matière organique par l action combinée de plusieurs types de micro-organismes. Digestion anaérobie Biogaz Digestat Elle conduit à la formation de biogaz et d un résidu solide appelé digestat. Énergie renouvelable. Fertilisant

Un processus naturel La méthanisation intervient naturellement dans les milieux humides, chauds et sans 02. Exemple : Gaz des marais, feux follets (+ PH3), coup de grisou, gaz intestinaux La panse des ruminants = un générateur de gaz (60 à 200 L/jour/vache) => Domestification de la méthanisation = reconstitution du milieu de vie des bactéries méthanogènes

I. Le processus de méthanisation 2. La réaction

La réaction de méthanisation BIOMASSE MATIÈRE ORGANIQUE FRAÎCHE (cellulose, protéines, lipides ) Hydrogénèse et acidogénèse MATIÈRE ORGANIQUE SOLUBLE (Acides gras ) DIGESTAT BIOGAZ Acétogénèse ACÉTATE et HYDROGÈNE (et CO2) Méthanogénèse MÉTHANE Digesteur : Milieu humide, sans O2, Topt = 38 C, ph opt = 7

Les conditions requises Respect des conditions de vie des différentes familles de bactéries : Température ph Nutriments (C,N,P,S) Éléments toxiques (métaux lourds, détergents ) Maintien dans le temps : bactéries méthanogènes sensibles aux variations brusques du milieu

(Source : www.trame.org) Le pouvoir méthanogène

Le pouvoir méthanogène Matériaux NON biométhanisables Déchets ligneux (bois, branchage) Déchets inorganiques (verre, plastique, sable) Matières contenant des substances dangereuses (métaux lourds, polluants organiques, antibiotiques)

I. Le processus de méthanisation 3. Les produits de la réaction

Le biogaz Et aussi : CO, NH3, CnH2n (Source : www.trame.org)

Pouvoir calorifique du biogaz 1 m3 de biogaz (60% CH4 en moyenne - 6 000 kcal) Essence Mazout et gas oil Charbon de bois Bois Energie électrique Méthane (gaz naturel) Propane Butane 0,8 L 0,7 L (0,6L) 1,4 kg 2,7 kg 7 kwh (6 kwh) 0,7 m3 0,3 m3 0,2 m3 (Source : B. Lagrange, Biométhane, Tome 2, EDISUD, 1979)

Valorisation du biogaz La chaleur L électricité 1m3 biogaz 6 kwh L énergie mécanique Le biocarburant Combustion directe et système d échangeurs thermiques 1 moteur thermique entraîne une génératrice Actionner une turbine pour le pompage de l eau Mise en œuvre de moyens industriels (épuration du gaz + compression) Non envisageable à la ferme

Le digestat Matière organique non biodégradable (lignine ) Matière minérale (N, P, K ) Eau (Source : Solagro, www.trame.org)

II. Fonctionnement d une unité de méthanisation à la ferme «L EARL LES BRIMBELLES»

La méthanisation à la ferme 4 grandes étapes 4 1 2 3 (Source : www.agricomethane.eu)

Présentation de l exploitation Activité principale Élevage bovin laitier AB Troupeau de 70 vaches laitières (147 bovins au total). Production de lait pour la production de Munster (AOC) Activité secondaire (depuis 2003) Production d électricité et de chaleur à partir du biogaz Localisation Plateau lorrain, Mignéville (54) Un projet d agrandissement

II. Fonctionnement d une unité de méthanisation à la ferme 1. Entrée de la matière

Quelles matières utiliser? LES DEJECTIONS ANIMALES Intérêt : Produites en quantités importantes et régulières Le lisier Rôle de diluant Faible potentiel méthanogène Apport des bactéries fraîches Fort pouvoir tampon Les fumiers Taux de matière sèche plus élevé Rôle de support pour les bactéries Solides et plus difficiles à manipuler LES CULTURES Maïs ensilage, herbe ensilage, betterave, LES RESIDUS DE CULTURES Pailles, tourteaux, pulpes, fanes, LES CO-SUBSTRATS d industries agro-alimentaires : déchets de légumes ou de fruits, petit lait, huiles, graisses, de collectivités : tontes, feuilles, biodéchets des ménages, boues de station d épuration, de restaurateurs privés ou collectifs

Quelles matières utiliser? LES DEJECTIONS ANIMALES LES CULTURES Maïs ensilage, herbe ensilage, betterave, Potentiels méthanogènes intéressants Pas forcément rentable LES RESIDUS DE CULTURES Pailles, tourteaux, pulpes, fanes, Hautes teneurs en Carbone Facilement manipulables Bons substrats pour la méthanisation. LES CO-SUBSTRATS Complément nécessaire aux substrats de la ferme (augmentation des quantités et du potentiel méthanogène) Source de rémunération (prises en charge de déchets)

Introduction de la matière Stockage de la matière liquide (et solide) dans une préfosse. Homogéinisation du mélange Introduction dans le digesteur par pompage Stockage de la matière solide dans une fosse Introduction dans le digesteur par un introducteur de matière solide

La pré-fosse EARL des Brimbelles

II. Fonctionnement d une unité de méthanisation à la ferme 2. La digestion anaérobie

Schéma technique d un digesteur Fermé Chauffé Brassé Sans entrée d air A l abri de la lumière. (Source : www.trame.org)

Le digesteur EARL des Brimbelles

II. Fonctionnement d une unité de méthanisation à la ferme 3. Sortie de la matière et valorisation

Le postdigesteur EARL des Brimbelles Par pompage ou par déverse. Couvert Conserver l azote : éviter les émissions NH3, améliorer la qualité agro du digestat Maximiser la récupération du CH4 : augmenter la production d énergie, éviter les émissions de CH4

Sortie du digestat

L épandage

II. Fonctionnement d une unité de méthanisation à la ferme 4. Valorisation du biogaz par cogénération

Biogaz Qu est ce que la cogénération? Principe : Valoriser l énergie mécanique et l énergie thermique fournie par le moteur Moteur Chaleur Alternateur Electricité (15% de pertes) 50% 35%

Le moteur Cas de l EARL des Brimbelles Actuel (21 kw) En projet (250 kw)

L échangeur thermique Vers le réseau de chaleur Echange Arrivée eau chaude moteur Système de refroidissement du bloc-moteur Vers le moteur Arrivée eau froide réseau

Valorisation de l énergie thermique

Valorisation de la chaleur 50% pour le digesteur 35% pour la ferme et de la maison 15% pour le séchage du fourrage

La valorisation de l énergie électrique Vente Achat Obligation d achat par EDF à un tarif préférentiel : contrat de 15ans.

III. Bilan d une installation de méthanisation 1. Bilan environnemental

Bilan énergétique Énergie consommée Fuel - Transport des matières importées - Culture - Manutention -Épandage du digestat Électricité - Cogénération (2% énergie produite) - Mélangeurs - Pompes - (Racleur) Énergie produite et effectivement valorisée Électricité Chaleur (dont 30% utilisée pour le processus)

Bilan énergétique Bilan énergétique positif : 5 à 8 Exemple d autres filières : Biocarburant : 1 à 3; Bois : 3 (source : www.agricomethane.eu) Varie en fonction de : Nature des substrats utilisés : Riches en graisses,protéines et hydrates de carbone formation importante d AGV = principaux précurseurs du CH4 Provenance des substrats

Bilan GES Bilan émission GES : Émission GES nette/émission GES évitée * 100 = (GES émis GES évité)/co2 évité*100 Les émission de GES par l installation Liées à la consommation d énergie fossile Lors du pré stockage et de l épandage du digestat Les émissions de GES évitées par l installation Liées à la consommation d énergie verte en substitution aux énergies fossiles Lors du traitement conventionnel des fumiers et lisiers de l exploitation

Bilan GES Bilan : réduction de 50% des émissions de GES par rapport à un élevage classique (source : www.agricomethane.eu) Grâce à la couverture des fosses et la substitution de l énergie fossile.. et aussi. la réduction de l utilisation d engrais la réduction des transport par la gestion locale des déchets

Bilan Azote (Source : SOLAGRO) Forme azotée plus assimilable mais aussi plus volatile! Compensation : Couverture des fosses de stockage Épandage avec enfouissement (au printemps) ou utilisation d une rampe à pendillards.

(Source : www.agricomethane.eu)

III. Bilan d une installation de méthanisation 2. Bilan socio-économique

Dépenses/recettes Source : www.trame.org, août 2006

Tarif d achat de l électricité Source : www.trame.org, août 2006 Taux de valorisation énergétique = (énergie thermique et électrique valorisée) / (énergie primaire biogaz x 0.97) (Arrêté du 10 juillet 2006)

Bilan économique Retour sur investissement : 8 à 10 ans (source : www.trame.org) Varie en fonction de : Tarif de rachat de l électricité L approvisionnement en co-substrat (filière à organiser) La valorisation de la chaleur Des subventions à l investissement

Investissement Coût de mise en place : Installation de 21 kw Investissement total : 160.000 Financement Subventions : 25% Etat (dans le cadre de la mise aux normes des bâtiments d élevage) 10% ADEME 10% Conseil Régional de Lorraine Apport personnel : 5% Prêt bancaire : 50%

(Source : www.agricomethane.eu) Bilan économique

III. Bilan d une installation de méthanisation 4. Les difficultés à la mise en place

La démarche

La démarche 2000 2001 EARL Les Brimbelles 2003

CONCLUSION La méthanisation à la ferme : un procédé à encourager?

Pour l agriculteur Intérêt économique Revenus diversifiés et supplémentaires pour l agriculteur Autonomie en chaleur dans un contexte d accroissement du coût des énergies fossiles Diversification des débouchés pour les cultures (maïs, pomme de terre, colza, ) Valorisation des investissements réalisés dans le cadre de la mise aux normes de l élevage Réduction de l achat en engrais minéraux

Pour l agriculteur Intérêt agronomique Transformation de lisiers et fumiers en un produit plus assimilable par les plantes, avec une diminution des odeurs, des pathogènes et des adventices Valorisation des jachères à usage énergétique (mise en culture et épandage) Intérêt social Meilleure acceptation par le voisinage (diminution des odeurs, des insectes de la fosse de stockage ) Meilleure image de l agriculture (production d énergie renouvelable, traitement de déchets) en adéquation avec les préoccupations actuelles

Pour l industriel Intérêt social et économique Traitement des déchets organiques à un prix compétitif Interlocuteur de proximité Meilleure image de l entreprise

Pour l environnement et le territoire Réduction des émissions de gaz à effet de serre : Au niveau de la gestion et de l épandage des lisiers Au travers de la substitution d énergie fossile Production d énergie renouvelable Réduction de la pollution due au lessivage de l azote Gestion durable et de proximité des déchets organiques d un territoire Synergie entre les différents acteurs (agri, collectivités, industriels) Création d emplois éventuelle sur le territoire

Des limites Des dérives possibles vers la production de biogaz à partir de cultures énergétiques uniquement : concurrence avec les productions alimentaires, généralisation de la monoculture. Instabilité dans l approvisionnement des déchets bilan financier instable (disponibilité et prix du marché variable) proximité des déchets? ( réduction du bilan énergétique) Une réglementation complexe et inadaptée aux projets de méthanisation à la ferme

Conclusion La méthanisation = Une opportunité réelle pour le monde agricole français. Une filière est entrain de s organiser autour de cette activité. Grenelle de l'environnement Les propositions des Clubs Biogaz et Cogénération : 1 - Adapter l'encadrement réglementaire, trop complexe, aux installations de biogaz ex : révision de la réglementation ICPE 2 - Faciliter l'accès aux réseaux de distribution d'énergie (électrique et gaz) 3 - Mieux intégrer les digestats dans les normes agricoles obligatoires

Merci de votre attention. (Source : www.trame.org). des questions?