Procédé de biométhanisation

Résumé du document

La biométhanisation consiste en la dégradation de matière organique en absence d'oxygène (digestion anaérobie) et à l'abri de la lumière par l'action combinée de plusieurs communautés de micro-organismes. Cette fermentation va produire un gaz appelé biogaz.

Ce processus se produit naturellement dans les rizières, le rumen des bovins, les décharges,… Cette fermentation peut être accélérée en augmentant la température (jusqu'à une température maximum de 55°C). Bien que, théoriquement, toute matière organique biodégradable est susceptible de pouvoir être biométhanisée, cette technique est plus particulièrement adaptée au traitement des déchets fermentescibles à forte teneur en eau (fraction organique des déchets ménagers, gadoues des fosses septiques, déchets organiques d'élevage tels que lisier, fumier, boues de station d'épuration, effluent industriels,…)

Le biométhane, gaz issu de la décomposition, a été découvert par Shirley en 1667; il est alors connu sous le nom de gaz des marais, en raison de sa présence en abondance dans le fond des eaux stagnantes.
En 1884, Ulysse Gayon, élève de Louis Pasteur présente ses travaux sur la fermentation, et conclut déjà, que le gaz issu de la fermentation serait une source utilisable d'énergie pour le chauffage et l'éclairage.
Ce n'est que dans la première moitié du XXième siècle que sont mises au point différentes techniques de fermentation. L'influence sur les fermentations des composants de la matière organique, de la faune microbienne, de la température ... est étudiée. Elle connut des développements divers au cours du vingtième siècle avec un regain particulier au moment des chocs pétroliers de 1973 et, surtout, de 1979. A cette époque, la plupart des pays européens cherchent à développer le biogaz '' à la ferme ''. Environ 300 installations sont construites dans l'Europe. A partir de 1986, la chute des cours de l'énergie annule toute perspective de rentabilité de ces installations, encore expérimentales et dont beaucoup furent abandonnées.
A l'heure actuelle, la biométhanisation fait l'objet d'une reconnaissance générale des acteurs de la gestion des déchets et du monde de l'énergie. Filière validée de traitement des déchets organiques, assurant une production nationale et décentralisée d'énergie renouvelable, contribuant à la démarche européenne de l'appauvrissement des sols agricoles et à la lutte contre le changement climatique, la filière biogaz est devenue incontournable.

Extraits

[...] - Combustion : On utilise des brûleurs spéciaux adaptés à la combustion du biogaz, alimentés avec une surpression supérieure ou égale à 300 mbar. Ces brûleurs ont des injecteurs de plus grand diamètre que les brûleurs à gaz habituels et leur fonctionnement est moins souple. Mais le problème le plus délicat est celui que posent les risques éventuels de corrosion dus à la présence conjointe de vapeur d'eau, d'hydrogène sulfuré et de composés organo-halogènes. Dans ce cas, il est indispensable de protéger le surpresseur (aubages en inox, corps revêtu de matériau inerte), ainsi que les purges, les compteurs et les brûleurs. [...]

[...] Il faut en outre compenser les pertes de charge des canalisations et des équipements de traitement du gaz. épurer le biogaz. Les différentes techniques d'épuration fonctionnent à des pressions de plusieurs bars ou dizaines de bars. stocker le biogaz sous pression, ou l'injecter sur le réseau de transport du gaz naturel (de 4 à 60 bars). réinjecter le biogaz sous pression dans le digesteur, pour le brassage (quelques dizaines de millibars à quelques bars) Il existe différentes techniques de compression, selon le débit et la pression souhaités. [...]

[...] Elles génèrent néanmoins 70% du méthane produit, les 30% restants proviennent d'autres bactéries non mentionnées ci-dessus. Figure 1 : schéma simplifié des différentes étapes du processus de biométhanisation 3 Conditions optimales pour la digestion anaérobie La production de biogaz suppose des conditions particulières de température, d'anaérobiose, de potentiel d'oxydoréduction, de pH, d'absence d'inhibiteurs, de concentration en ammoniac (NH3) et de rapport de temps de séjour. La température affecte beaucoup la croissance et l'activité des micro- organismes, donc la vitesse de dégradation des substrats et la production de méthane. [...]

[...] En conséquence, la biométhanisation permet de désodoriser partiellement les substrats. De plus dans ce type d'installation, les déjections restent en permanence confinées à l'abri de l'air ce qui limite les émissions d'odeurs. d)Hygiénisation En terme d'hygiénisation, la biométhanisation permet de réduire en partie la teneur en germes pathogènes, ainsi que de détruire les graines d'adventices qui peuvent être présentes dans les déjections, les fumiers ou les plantes énergétiques. Valorisation agronomique La biométhanisation produit un résidu qui peut être valorisé comme amendement agricole. [...]

[...] Perte de carbone La production de CH4 engendre une consommation de carbone et une perte de 5 à en carbone. Toutefois, ce carbone est constitué du carbone facilement dégradable et ne constitue pas la charge structurante du sol. Haute inflammabilité Le biogaz est un gaz hautement inflammable. Cela nécessitera de prendre un certain nombre de sécurités. Problème d'épandage Dans les faits, les biomasses digérées ne peuvent que rarement être épandues comme amendement, tels que les métaux lourds, particules plastiques et divers éléments toxiques ; c'est le cas en particulier des boues de station d'épuration et des ordures ménagères. [...]