Journée industrielle méthanisation Evaluation des performances et optimisation d un microméthaniseur psychrophile 5 Octobre 2011, Chambery
PLAN S3d (Solutions pour les déchets et le développement durable) Présentation du projet Résultats Conclusions et perspectives
S3d Métiers Bureau d études Centre de R&D Commercialisation de licences Pôles Carburants alternatifs Méthanisation Gazéification Traitement des gaz Applications Coproduits animaux Déchets fermentescibles Déchets lignocellulosiques Biogaz Syngaz
Présentation du projet Contexte S3d : élargir sa connaissance de procédés de valorisation énergétique
Présentation du projet Objectifs Juger de la pertinence d un méthaniseur de petite capacité à faible coût: caractérisation du procédé de méthanisation Puxin, adaptation de cette technologie au marché français
Présentation du projet Méthodologies Cette étude comprend 3 étapes : phase laboratoire, phase de test en condition réelle sur un digesteur pilote de 10 m 3, phase d étude pour optimiser ce type de digesteur pour le marché Français
Phase 1: potentiel méthanogène Chaudins cuits Chaudins crus Matière sèche (MS) 42% 44 % 40% 28 % Mat. Organiques (MO) DCO (sur sec) Potentiel méthane (NL CH4/ Kg de MO) Potentiel méthane (m 3 CH4/ T MB) 39 % 41 % 2 091 500 mg/kg O2 3 425 287 mg/kg O2 647 834 254 345 37% 25 % 1 786 200 mg/kg O2 2 580 645 mg/kg O2 624 830 227 206 En condition mésophile
Phase 1: potentiel méthanogène Résultats: Potentiel des co-produits de la charcuterie de Maillard la Bainaise les sous-produits de la charcuteries industrielle ont un potentiel méthanogène intéressant Chaudin cru chaudin cuit Graisse usagé Caractéristique: Produit à forte teneur en MS et riche en graisse Produit intéressant en co-digestion Problème : pas la possibilité de rajouter des lisiers
Phase 2: pilote de 10 m 3
Phase 2: Tests 1 ère année de test : démarrage en mode batch : fin mars à août 2010 fonctionnement en continu : alimentation de août à décembre 2011 retour en mode batch 2 ième année de test: fonctionnement en continu: reprise de l alimentation fin mars 2011
Volume (m3) Volume journalier (m3/jour) Résultats Phase 2: Tests Démarrage en mode batch : très lent avec temps de latence de 80 jours (jusqu à mi-juin) Evolution du volume et de la composition du biogaz en fonction du temps 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Temps (jours) Volume cumulé Volume journalier
Température ( C) Résultats Phase 2: Tests Démarrage en mode batch lent: Pourquoi? température initiale trop faible Evolution de la température en fonction du temps et de la profondeur 35 30 T C amb 1,25 - T = 10 C à T 0 25 20 15 10 5 0 0 30 60 90 120 150 180 210 0 m 0,5 m 1 m 1,5 m 2 m 2,5 m - T m = 16,1 C à T 80 (13,4 à 18.8 C) - T m = 18,8 C à T 125 (17,7 et 20,3 C Temps (jours)
Phase 2: Tests Démarrage en mode batch lent: Pourquoi? inoculum pas adapté Lisier de bovin très dilué Digestat mesophile Redémarrage en 2011 : inoculum interne adapté depuis 2010 modification de la température Démarrage plus rapide??
Phase 2: Tests Fonctionnement en mode semi-continu : aout à mi-oct : mélange chaudin cuit/eau 85 kg de chaudin cuit traité Depuis fin oct : mélange chaudin cru/eau 204 kg de chaudin cru traité Charge organique fixé sur la production de biogaz Éviter la surcharge Automne période délicate car baisse de la température
Température ( C) Résultats Phase 2: Tests Fonctionnement en mode semi-continu : Température 35 30 25 20 15 Evolution de la température en fonction du temps et de la profondeur y = -0,0888x + 33,758 T ext 0 0,5 1 1,5 2 - Début septembre : Tm=18,9 C - De septembre à fin décembre : Baisse d environ 0.1 C/jours 10 5 2,5 Tmoy -Début janvier : 0-5 Linéaire (Tmoy) 0 50 100 150 200 250 300 350 Stabilisation autour de 9 C Temps (jours) Etude thermique du digesteur
m3 Résultats Phase 2: Tests Fonctionnement en mode semi-continu : Production de biogaz 1,000 0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 Production journalière de biogaz 90 140 190 240 290 340 temps (jours) - Aout-septembre : période de transition - De fin septembre à mi-novembre : production ± stable entre 0,8 et 0,9 m 3 par jours à 70% de CH 4 -Depuis fin novembre : baisse de la production Période stable pendant 1 mois et demi : bilan du suivi Baisse température : ralentissement du système, arrêt??
Phase 2: bilan du suivi Objectifs: Établir un bilan du fonctionnement de l installation en calculant des indicateurs à partir des mesures faites pendant le suivi Comparaison autres installations Limites: Période de fonctionnement stabilisé très courtes (7 semaines) par rapport au temps de séjours ( 55 semaines) Prises en compte uniquement des entrées et sorties
Phase 2: bilan du suivi Bilan technique: indicateurs biologiques Rendement matière: Pas calculable Estimation : 100% Taux de dégradation de la matière organique 37 à 40% Rendement biologique 866 à 1190 m 3 de biogaz/t de MO Rendement biologique = potentiel méthanogène des substrat Charge organique est fixé sur la production de biogaz
Phase 2: bilan du suivi Bilan technique: indicateurs biologiques Taux de minéralisation de l azote: 50% : modification qualité agronomique Rendement technologique ou rendement volumique Faible : 0,083-0,085 m 3 de biogaz/m 3 de digesteur/jour Alimentation non optimisé Process non agité Température psychrophile (Tm = 16,8 à 14 C) Volume digesteur de 10m 3 > volume utile
Phase 2: bilan du suivi Bilan technique: indicateurs techniques Temps de rétention hydraulique: 389 à 403 jours (en moyenne 55 semaines) Très long Charge organique Charge organique fixée sur la production de biogaz Charge organique < 0.1 kg de MO/m3/jr
Phase 2: bilan du suivi Bilan technique: indicateurs techniques Temps de travail humain: Préparation des matières premières, suivi, maintenance, entretien et chargement 2 h par semaine : raisonnable 151 h/t MB traité : disproportionné
Phase 2: bilan du suivi Bilan énergétique: indicateurs énergétiques Production d énergie primaire jour: 5,74 6 kwh/jr Consommation énergétique d une famille de 5 personnes au niveau de vie correct Éclairage : 500 kwh/an ( 1,5kWh/jr) Eau chaude : 3400 kwh/an Électroménager: 2600 kwh/an ( 7,2kWh/jr) Chauffage : 6000kwh/an http://www.comenius-baudelaire-fosses.ac-versailles.fr/pagelibre000101b6.htm
Phase 2: bilan du suivi Bilan énergétique: indicateurs énergétiques Production d énergie utile: Production électrique Production thermique Rendement de l installation Pas de valorisation régulière du biogaz Essais ponctuels avec matériel Puxin Bruleur à biogaz Génératrice à biogaz
Phase 3: améliorations Etude thermique du digesteur: Construction d un modèle sur Comsol Simulation de la température dans le digesteur au cours de l année en fonction de la température extérieur Validation avec mesure du suivi expérimentale
Phase 3: améliorations Validation du modèle
Phase 3: améliorations Etude thermique du digesteur: Etude de solution de chauffage Effet de l ajout de solution de chauffage sur la température dans le digesteur
Conclusions et perspectives Conclusions Test pilote 10m 3 Difficile à caractériser Peu instrumenté lenteur Limite des tests : mono-digestion Facteur limitant : température
Conclusion et perspectives Perspectives Poursuivre les tests Travailler sur la température Effet de serre Chauffage Limitation des pertes