MÉTHANISATION TERRITORIALE Intérêts et grandes étapes d un projet

Crédits photos : Région Alsace, Stadler/Région Alsace MÉTHANISATION TERRITORIALE Intérêts et grandes étapes d un projet Contact : Région Alsace Virginie WOLFF virginie.wolff@region-alsace.eu ADEME Alsace Jonathan MULLER jonathan.muller@ademe.fr Programme energivie.info

Table des matières Page 1. Introduction 2 2. Etat de la filière et enjeux pour l'alsace 2 3. Présentation de la filière 6 3.1 Déchets traités 6 3.2 Technologies 7 4. Intérêt de la filière 8 4.1 Valorisation du digestat 8 4.2 Valorisation du biogaz 8 5. Les facteurs de succès d'un projet 9 5.1 L'inscription dans une logique territoriale 9 5.1.1 L animation d un projet 9 5.2 La qualification du gisement 10 5.3 La garantie des débouchés 10 5.4 La faisabilité technique 10 6. Les étapes d'un projet 11 6.1 Démarches administratives 11 6.2 Contexte réglementaire 12 7. Les éléments économiques 13 7.1 Coûts 13 7.2 Revenus liés aux produits 13 7.2.1 Les tarifs d achat d électricité 13 7.2.2 Les tarifs d achat du biométhane injecté sur le réseau 14 7.3 Aides 15

2 1. Introduction La présente fiche a pour vocation de renseigner les porteurs de projets de type collectifs traitement de déchets de collectivités par une entité publique ou déléguée) ou territoriaux (traitement de déchets dans une zone géographique par une entité privée) dans le cadre de la mise en œuvre d'une unité de méthanisation. 2. Etat de la filière et enjeux pour l'alsace La méthanisation des déchets ne concerne en Alsace à ce jour qu'un faible nombre de sites (cf. carte suivante).

Carte des installations en fonctionnement (Etat au 01/07/2012) 3

Pourtant, l'enjeu énergétique régional lié à cette filière méthanisation est important : 86 millions Nm 3 /an de méthane, soit plus de 74'400 TEP/an, dont : 70 millions Nm 3 /an de méthane pour l'agriculture, 8.3 millions Nm 3 /an de méthane pour les collectivités, 8 millions Nm 3 /an de méthane pour les industriels. La carte suivante présente la répartition des gisements localisés géographiquement. L'ensemble des gisements est présenté dans le tableau suivant (localisés et non localisés). 4 Carte de répartition des gisements

5 Les gisements des collectivités sont détaillés dans les tableaux suivants. Taux de mobilisation - gisement Taux de mobilisation - collecte Taux de mobilisation global Tonnage mobilisable Biodéchets 93 % 45 % 42 % 63'111 Déchets verts 50 % 1 70 % 35 % 46'504 Total 114'615 Synthèse de la mobilisation possible pour les biodéchets et déchets verts Département Tonnage de Boues déjà Boues méthanisables Potentialité glo- boues urbaines traitées par économibale supplémen- pro- méthanisation quement STEP > taire de méthani- duites (tms /an) 20 000 EH (t sation si regroupement (tms/an) MS/an) des boues de STEP de 2000 à 20 000 EH (t MS/an 2 ) 3 67 29'241 4 Environ 14'000 5 soit 47,9 % 4'529 soit 15,5 % 10'712 soit 36,6 % 68 14'898 1'364 soit 9,1 % 11'980 soit 80,4 1'554 soit 10,5 % % Total 44'139 15'364 16'509 12'266 Taux de mobilisation 57 % 42 % Synthèse de la mobilisation possible pour les boues d'épuration urbaines 1 Ce taux inclut le fait de ne pas considérer le 50% de ligneux qui composent les déchets verts 2 Sous réserve de conditions d acceptation : contraintes réglementaires et économiques fortes 3 Ce gisement n'a pas été considéré dans le calcul du gisement mobilisable 4 Chiffre CG 67 - le chiffre Agence de l eau est de 26'942 tms/an 5 Comprend les boues de la STEP de la CUS mais la totalité est considérée comme méthanisée - les tonnages complémentaires correspondent aux boues des STEP de Haguenau et Meistratzheim

6 3. Présentation de la filière La méthanisation collective ou territoriale rassemble différents acteurs d un territoire : maîtres d'ouvrage, collectivités, agriculteurs, industriels, fournisseurs de matières, utilisateurs de chaleur, utilisateurs de digestat, investisseurs, autour d un projet de méthanisation. Ceci dans le but de mutualiser les coûts et les risques, d obtenir un projet de taille économiquement viable et de permettre le traitement par méthanisation des déchets d'une zone géographique déterminée. 3.1 Déchets traités Les déchets traités par les projets de méthanisation collective / territoriale peuvent être très variés : Fumiers, lisiers, Pailles, Menues pailles, Fanes de betteraves, Résidus de coopératives, CIVE, Biodéchets, restes de repas, Huiles alimentaires usagées, graisses, Déchets verts, Boues urbaines, Déchets d'iaa animales et végétales, Lies, marcs, Boues industrielles, Déchets de grandes surfaces, boulangeries, Etc.

3.2 Technologies On peut distinguer deux grandes familles de technologies de méthanisation : en "milieu liquide", avec des technologies de transfert et d agitation classiques (pompes de type liquides, agitateurs mécaniques ou bullage), en "solide" ou plus exactement en milieu pâteux à forte teneur en matières sèches, avec des technologies de transfert et d agitation plus spécifiques. Les premières ont l avantage de la simplicité technique (alimentation, agitation, déshydratation en sortie digesteur) au prix de plusieurs inconvénients : un besoin de volume de digesteur plus important à flux organique identique à traiter, de plus grandes consommations énergétiques de chauffage, un traitement seulement possible des déchets fins (tontes principalement et sans produits flottants). Les secondes permettent le traitement de l ensemble des déchets verts associés à une collecte de déchets de cuisine et de repas, un volume de digesteur moins important, une économie de consommation d énergie de chauffage, etc. Toutefois la conduite de ces installations est plus technique. Dans le cas d'une unité de méthanisation collective ou territoriale, la plupart des projets d'une certaine taille sont réalisés par voie solide. Une analyse des technologies par type de gisement est présentée dans le tableau suivant. Les valeurs données concernant les capacités sont à titre indicatif des valeurs minimales d'installations pour la catégorie concernée. 7 Type de technologie Type de substrat Digesteurs step urbaine ou industrielle 15'000 EH Méthanisation OMr 30'000 tmb OMr entrantes Infiniment mélangé Méthanisation sèche en continu OMr Avec traitement mécanobiologique Déchets verts Limite 10 % MS dans le digesteur produit pompable Biodéchets Limite 10 % MS dans le digesteur produit pompable Boues step urbaines ou in- Si déshydratées dustrielles IAA déchets solides Limite 10 % MS dans le digesteur produit pompable IAA effluents Ex. vinasses distillerie Limite 25-30 % MS dans digesteur Litières volailles accumulées copeaux

Nm3 méthane / t matière brute Type de technologie Type de substrat Digesteurs step urbaine ou industrielle 15'000 EH Méthanisation OMr 30'000 tmb OMr entrantes 8 Lisier Fumier Infiniment mélangé Méthanisation sèche en continu Limite 25-30 % dans digesteur Synthèse des technologies envisageables en fonction du type de gisement 4. Intérêt de la filière La méthanisation présente de nombreux avantages : une réduction des coûts de traitement, une valorisation de l énergie produite à partir de biogaz, une réduction des émissions de gaz à effet de serre. En effet, la méthanisation permet une double valorisation : 4.1 Valorisation du digestat En fonction du type de déchets traités et du mode de traitement, le digestat peut être destiné à différents modes de valorisation : Valorisation agronomique, après différents traitements possibles : déshydratation, séchage, compostage, etc. (à privilégier du fait du retour à la terre de la matière organique), Combustion (en cas de pollution du digestat ou d'impossibilité d'épandage). 4.2 Valorisation du biogaz La production de biogaz sera directement dépendante du type de déchet traité. Une moyenne est proposée par type de déchet dans le graphique suivant. Potentiel méthanogène moyen 600 500 400 300 200 100 - Fumier bovin Fumier porcin Fumier volailles Fumier caprin/ovin Lisier porcin Lisier volailles Lisier bovin Pailles de céréales Pailles de maïs Pailles de colza / tournesol Menues pailles Rafles de maïs Fanes de betteraves Résidus de coopératives CIVE Cultures énergétiques Substrats Biodéchets Déchets verts Potentiel méthanogène de différents déchets méthanisables Boues urbaines Déchets d'iaa animales Déchets d'iaa végétales Lies Marcs Restes de repas Huiles alimentaires usagées Graisses Boues industrielles

9 Le biogaz produit lors de la phase de fermentation active est entièrement capté et stocké. Après stockage et traitement éventuel, plusieurs voies de valorisation peuvent être envisagées : La valorisation thermique : brûlage du biogaz en chaudière avec valorisation de la chaleur dégagée, La valorisation électrique : transformation en électricité grâce à un groupe électrogène, La valorisation énergétique mixte ou «co-génération» : la production d électricité peut être couplée avec celle de la chaleur, La production de méthane carburant, L injection du méthane épuré dans le réseau de gaz naturel. 5. Les facteurs de succès d'un projet Afin de garantir le succès d'un tel projet, plusieurs facteurs sont à considérer : 5.1 L'inscription dans une logique territoriale La méthanisation, surtout au niveau d'une unité collective ou territoriale, s'inscrit dans une démarche d'aménagement du territoire. Aussi, elle doit s'inscrire dans un schéma régional, départemental ou local de gestion des déchets et de l'énergie, afin de conserver la cohérence souhaitée à l'échelle supérieure. De cette manière, le traitement des déchets devra s'effectuer dans le périmètre économique des déchets produits, afin d'éviter des déséquilibres (épandage du digestat), de garantir une pérennité économique (coûts) et environnementale (nuisances liées au transport, bilan des émissions de gaz à effet de serre). 5.1.1 L animation d un projet Un projet de méthanisation territoriale regroupe un ensemble d acteurs qu il convient de rassembler et d impliquer tout au long du projet. Il est important que l ensemble des acteurs s approprie le projet et que quelques leaders le portent au nom de tous afin de faire avancer le projet. Ce portage de l animation du projet peut se faire par différents acteurs : agriculteurs, collectivités, industriels, coopératives, etc Il peut aussi être délégué en partie à une société de développement de projet. L animation d un projet passe par plusieurs étapes de définition du portage du projet : Apporter les connaissances techniques communes au groupe par des formations, des voyages d études. Cela permet de mettre tout le monde à niveau, mais également de renforcer les liens entre les acteurs, Définir les objectifs du projet : que tous les acteurs y trouvent leur intérêt, savoir qui souhaite investir, comment gérer les conflits d intérêts Déterminer le type de portage du projet : quelle forme de structure porteuse? quels types de partenaires techniques? quel mode de financement? Etc.

10 La communication autour du projet doit également se faire rapidement et ce pour éviter les fausses idées dues au manque d information. Il faut mieux expliquer, informer, préciser dès le début pour être le plus transparent possible. 5.2 La qualification du gisement Avant toute chose, une bonne définition du gisement est nécessaire afin de s'assurer : De réunir une quantité de matière apportant un potentiel méthanogène suffisant, D'avoir un gisement pérenne (attention aux gisements non captifs, pouvant être attirés par d'autres filières), D'avoir un gisement dont la logistique (yc collecte) est maîtrisée, afin d'avoir des distances de transport des matières réduites, D'avoir un gisement bien caractérisé (impacts sur la technique et le bilan financier du projet), D'anticiper des évolutions de ce gisement (quantité et qualité), De s'assurer de la qualité des déchets entrants (besoins de prétraitement, impossibilité d'épandage du digestat), Etc. 5.3 La garantie des débouchés Une analyse approfondie des débouchés est nécessaire afin de s'assurer : D'avoir un débouché énergétique permettant une bonne valorisation du biogaz (notamment la chaleur dans le cas d une cogénération et le biométhane dans le cas de l injection sur le réseau), D'avoir des débouchés pour l utilisation du digestat (surfaces agricoles, contraintes spécifiques), De trouver un terrain d implantation à proximité du ou des débouchés énergétiques et des débouchés matière, afin d'avoir des distances de transport des matières réduites, De disposer d'une solution alternative à mettre en place en cas de contamination passagère du digestat. 5.4 La faisabilité technique Une analyse technique du projet est nécessaire afin de s'assurer : de la technologie à mettre en œuvre, des pré-traitements éventuels : éliminer les matériaux indésirables (inertes, plastiques, métaux ), homogénéiser le substrat avant son introduction en digesteur (broyage par exemple), éventuellement l'humidifier (procédés en voie liquide). des post-traitements éventuels : déshydrater le digestat, compléter sa fermentation et son hygiénisation (maturation), conditionner le digestat en vue de son écoulement final.

Des sous-produits à éliminer : Les refus de tri sont les matériaux retirés soit avant, soit après la méthanisation, par différents moyens (tri manuel, granulométrique, gravimétrique, magnétique, etc ) : déchets ligneux, déchets de grande taille, métaux ferreux, inertes, etc, à traiter par d autres techniques (compostage, incinération, stockage en centre d enfouissement, etc ), La fraction liquide excédentaire est celle qui n est pas recyclée par le process lui-même. Lorsqu elle ne peut être valorisée telle quelle comme fertilisant liquide, elle est traitée en station d épuration ou sur site. Ce dernier point montre l'intérêt d'une synergie avec les STEP existantes pour ce type de traitement. 11 6. Les étapes d'un projet Le déroulé d un projet de méthanisation se découpe en deux grandes phases : la phase décisionnelle ou phase d étude qui va permettre de montrer ou non la faisabilité technico-économique du projet, la phase opérationnelle où se déroulent en parallèle les démarches administratives, le choix des entreprises puis la construction et la mise en service. 6.1 Démarches administratives Que ce soit au stade de l'étude ou de l'investissement, il est important de solliciter les financeurs potentiels qui sauront vous orienter vers des contacts techniques pertinents et vous informer sur les solutions existantes. Ce type de projet peut être le fruit d une démarche collective entre plusieurs agriculteurs. Dans ce cas, il faut définir une nouvelle structure, les apports, les parts, les modalités de gouvernance, les limites de la structure par rapport aux autres activités et les transactions effectuées. Débuter les démarches relatives aux ICPE (Installations Classées pour la Protection de l Environnement) en lien avec la Direction Régionale de l Environnement, de l Aménagement et du Logement ou la Direction Départementale de la Cohésion Sociale et de la Protection des Populations.

12 Déposer une demande de permis de construire qui devra prendre en compte le Plan Local d Urbanisme (ou POS ou Carte Communale) : l unité de méthanisation peut être considérée soit comme un équipement industriel soit comme un équipement agricole si la proportion d effluents agricoles méthanisés est supérieure à 50 %. Pour la valorisation de l électricité produite, il faut obtenir deux contrats : un contrat de raccordement qui règle les détails de l acheminement sur le réseau de l électricité produite, un contrat de vente d électricité qui concerne la vente de l électricité produite. Les deux démarches sont interdépendantes et s accompagnent de trois démarches complémentaires : la déclaration d exploiter, le certificat ouvrant droit à l obligation d achat et l identification de l installation par l ADEME. Pour l'injection, il faut obtenir trois contrats : contrat de raccordement entre le producteur et le gestionnaire de réseau, contrat d'injection entre le producteur et le gestionnaire de réseau, contrat d'achat entre le producteur et le fournisseur de gaz naturel. La procédure comprend deux étapes principales : Etude de faisabilité. Cette étude permet de s assurer de la proximité du réseau et de valider que les consommations de gaz naturel sur la zone d injection sont bien en adéquation avec les quantités de biométhane que le producteur prévoit d injecter pour que le réseau ne soit pas soumis à surpression, Etude de raccordement. 6.2 Contexte réglementaire La réglementation applicable à une démarche méthanisation a été éclaircie fin 2009 avec la parution du Décret no 2010-875 du 26 juillet 2010 modifiant la nomenclature des installations classées pour la protection de l'environnement. L installation peut être soumise à déclaration (<30t/j), enregistrement >30t/j et >50t/j) ou autorisation (>50t/j) selon le tonnage de déchets traités. Dans le cas, d une installation soumise à autorisation, une enquête publique devra être menée. Il faut également tenir compte des substrats entrants, de leur classe (végétaux ou non) et de leur type (sous-produits animaux (SPA) ou non) et de la proportion d'effluents agricoles. Critère Choix Implication Classe déchets Agricoles et végétaux Si < 30 t/j : déclaration contrôlée Si > 30 t/j et < 50t/j : enregistrement Si > 50 t/j : autorisation Hors liste Autorisation

13 Type SPA cat 3 Autorisation (dès le premier kg introduit) Prétraitement par hygiénisation SPA cat 2 Autorisation (dès le premier kg introduit) Prétraitement par stérilisation SPA cat 1 Pas de méthanisation possible Non SPA Pas de prétraitement exigé Proportion < 50% Unité pouvant être implantée en zone agricole d effluents agricoles > 50% Unité ne pouvant être implantée en zone agricole Exigences réglementaires vis-à-vis des substrats A noter que les installations de méthanisation d eaux usées ou de boues d épuration urbaines lorsqu elles sont méthanisées sur leur site de production ne sont pas concernées par cette législation mais sont régies par la Loi sur l'eau. Enfin, le digestat n étant ni homologué ni normé à ce jour, il est considéré comme un déchet, produit par une installation classée encadrée par une réglementation ICPE qui oblige à réaliser un plan d épandage pour son retour au sol. 7. Les éléments économiques 7.1 Coûts Les coûts d'investissements sont variables. A titre d'exemple, la mise en œuvre d'une unité de méthanisation de 10 à 30'000 t/an correspond à un investissement d'environ 300 à 700 euros/t, pour un coût de traitement complet de 100 à 170 euros/t. 7.2 Revenus liés aux produits 7.2.1 Les tarifs d achat d électricité Le texte de référence du tarif applicable aux installations de méthanisation est l arrêté du 19 mai 2011 fixant les conditions d achat de l électricité produite par les installations qui valorisent le biogaz. Le tarif comprend 3 éléments : Un tarif de base fonction de la puissance électrique installée, Une prime à la valorisation de l énergie primaire produite, Une prime pour le traitement d effluent.

Tarif (ct /kwh) 14 25 20 15 10 Tarif de base Base+ prime énergétique Base + Pe + Prime Ef 5 0 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 Puissance électrique maximum (kwe) Puissance électrique installée Tarif de base [c /kwh] Prime à l efficacité énergétique [c /kwh] Prime aux effluents d élevages [c /kwh] Pmax 150 kw 13,5 0 à 4 2,6 (fonction du taux de valorisation énergétique de Pmax = 300 kw 12,8 1,5 Pmax = 500 kw 12,3 0,9 40% à 75%) Pmax = 1 000 kw 11,8 0 Pmax 2 000 kw 11,3 Les valeurs intermédiaires sont déterminées par interpolation linéaire. 7.2.2 Les tarifs d achat du biométhane injecté sur le réseau Le tarif d achat du biométhane injecté est calculé sur la base des prix indiqués dans l arrêté du 23 novembre 2011 (Arrêté du 23 novembre 2011 fixant les conditions d'achat du biométhane injecté dans les réseaux de gaz naturel). Le tarif se compose de deux éléments : Un tarif de base, qui dépend du débit maximum de biométhane injecté, Une prime aux intrants, dépendant du type d intrants introduits dans le digesteur.

7.3 Aides Plusieurs sources d'aides sont envisageables pour le montage d'un tel projet : Programme energivie.info de l ADEME et la Région Alsace : appel à projets en cours, voir www.energivie.info Europe (aides FEDER, ) Agence de l'eau Rhin Meuse : L'Agence de l'eau est un acteur incontournable pour la gestion de l'assainissement et des sous-produits générés, dont les boues d'épuration font partie Conseil Général : financement au cas par cas EPCI : certains EPCI ont des fonds pour ce type de projets de développement d activité économique locale et de production d énergies renouvelables OSEO : Entreprise publique, OSEO exerce trois métiers : l'aide à l'innovation, la garantie des concours bancaires et des investisseurs en fonds propres, et le financement en partenariat. OSEO peut ainsi aider les porteurs de projets d'unités de méthanisation Caisse des Dépôts : potentiel actionnaire minoritaire dans des projets territoriaux de production d électricité ou de chaleur d origine renouvelable 15