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BIOGAZ ET GAZ CARBONIQUE

 

Publicité Valorisation du biogaz

Pourquoi est-il vert d'éliminer le CO2 du biogaz ?

Le biogaz est le résultat de la méthanisation ou digestion anaérobie de déchets fermentescibles.
Chaque m3 de biogaz issu de la méthanisation a participé à éviter le rejet dans l’atmosphère de 2,3 kg de dioxyde de carbone (CO2) responsable du réchauffement climatique.
Cependant, il faut avoir présent à l’esprit que la méthanisation produit toujours avec le méthane entre 20 et 40% de CO2 soit entre 3 kg et 6 kg par m3 qui sont finalement rejetés à l’atmosphère, soit lors de la purification en biométhane par les techniques concurrentes, soit dans l'utilisation du biogaz sans purification.

Ainsi une unité de méthanisation de 2 MW électrique, par le principe de la méthanisation, permet ainsi d’éviter l’émission d’environ 9 000 t de CO2 dans l’atmosphère. Mais cette même unité de méthanisation de 2 MW et qui a consommé environ 4 Mm3 de biogaz a malgré tout émis entre 800 et 1 600 t de CO2 dans l’atmosphère selon la nature des substances méthanisées.

Le chiffre d'affaire de la valorisation énergétique du biogaz a été de 600 M€ en 2016.
Le marché français du biogaz devrait atteindre 920 millions d'euros en 2020, contre 390 M€ en 2015, estime une étude réalisée par Xerfi.

Il n’existe pas un biogaz mais différents biogaz dont la composition va dépendre de la matière à partir de laquelle ils ont été produits et des conditions de la méthanisation (débit d’alimentation, agitation, temps de séjour, température,…).
Dans tous les cas, le biogaz est constitué en grande majorité de deux gaz: le méthane CH4 (gaz très énergétique) et le dioxyde de carbone CO2 (gaz inerte qui appauvrit le contenu énergétique du biogaz mais qui n’empêche pas sa combustion).

Le potentiel énergétique d’un biogaz ou d'un autre combustible est donné par son PCI (Pouvoir calorifique inférieur) qui représente l’énergie que peut fournir une quantité donnée de combustible.

    • 1 000 m3 de méthane = 9 900 kWh = 0,85 Tep (Tonne équivalent pétrole)
    • 1m3 de biogaz ( 60% méthane ) = 6 kWh
    • Pour comparaison : 1 litre de fioul = 10 kWh

Pour mémoire, le kgW est une unité de puissance qui désigne la capacité de production électrique. Le kgWh permet de mesurer une quantité d’énergie.

Afin d'améliorer le pouvoir calorifique il est nécessaire d'en éliminer le CO2 dont les taux varient entre 20 et 40% selon la nature du biogaz.

La valorisation du biogaz en cogénération est la plus répandue actuellement.
Elle permet la production conjointe d’électricité et de chaleur. Il existe plusieurs types de cogénération :

    • des moteurs à combustion externe (turbine à vapeur);
    • des moteurs à combustion interne (turbine à gaz et moteurs thermiques).
Actuellement, le choix entre les différents procédés de purification dépend principalement de la puissance de l’installation.
Une purification poussée du biogaz est nécessaire pour les applications à plus forte valeur ajoutée, comme son utilisation dans les véhicules ou pour l’injection dans le réseau de distribution .

Les objectifs de qualité sont différents selon l’utilisation du biométhane:

    • Pureté minimum pour un carburant : 86% de CH4 (conformité à la norme ISO 15 403)
    • Pureté minimum pour injection : équivalente minimum à 97% de CH4

La purification d'un biogaz représente une option plus durable et respectueuse de l'environnement que la conversion de l'énergie en électricité. Les pertes d'énergie provenant de la production d'électricité ainsi que les pertes de transport de l'électricité sont en général plus élevées que pour l'utilisation directe du gaz comme carburant.

La technologie pour la mise à  niveau du biogaz est relativement nouvelle et des améliorations constantes sont apportées aux processus de mise à niveau des biogaz, notamment pour réduire les pertes de méthane et améliorer l'efficacité énergétique.

Comment éliminer le CO2 du biogaz ?

Le biogaz doit donc être amélioré pour la qualité du gaz naturel pour l'utilisation comme gaz naturel renouvelable, mais dans le cadre du processus de mise à niveau, il faudra éliminer le dioxyde de carbone (CO2) du biogaz.
Ce gaz amélioré peut également être utilisé pour le chauffage résidentiel et comme carburant pour le véhicule, de sorte qu'il existe de nombreuses bonnes raisons pour éliminer le CO2.

Le CO2 se trouvera toujours dans le biogaz du fait que pendant la digestion anaérobie (c'est-à-dire la dégradation en l'absence d'oxygéne), la matiére organique est décomposée par des bactéries formant un mélange de CO2 et de CH4 avec des traces de H2S et de la vapeur d'eau à  la pression de saturation.

Quel que soit le procédé, chaque traitement comprend au moins les trois étapes suivantes :

    • La déshydratation, qui enlève l’eau.
    • La désulfuration, qui enlève le H2S,
    • La décarbonatation qui enlève le CO2.

Les méthodes communes utilisées pour éliminer le CO2 des biogaz sont:

  • Perméation par séparation membranaire
    La séparation du CO2 du biogaz est due à la différence de perméabilité des membranes vis-à-vis des composés du biogaz : le dioxyde de carbone traverse plus vite la membrane que le méthane, ce qui permet de concentrer le méthane d’un côté du module.
  • Adsorption:
    • Le Pressure Swing Adsorption ou PSA (adsorption par variation de pression)
      PSA permet d’épurer le biogaz en fixant les molécules qui le composent sur des supports (l’adsorbant étant des filtres moléculaires ou zéolithes).
      Selon la pression de traitement (variant généralement entre 4 et 7 bar), différents composés sont séparés du gaz (le CO2, l’eau, l’H2S et l’oxygène)
    • Le Temperature Swing Adsorption ou TSA (adsorption par variation de température)
      VeloxoTherm comporte une architecture brevetée de sorbant structuré et de conception pour capturer économiquement le CO2 des flux de gaz de fumée industriels ou d'autres sources.
  • Adsorption physique (lavage à l’eau sous pression)
    L’épuration est assurée dans ce cas par le contact à contre courant du biogaz avec l'eau qui absorbe le CO2 et les autres gaz solubles.
  • Absorption physico-chimique (lavage aux solvants, aux amines…)
    Selon la nature du solvant utilisé, le CO2 sera séquestré

Ces systémes réduisent également généralement le contenu H2S et H2O. Les systémes de traitement du biogaz doivent également inclure la compression du biogaz brut non pressurisé.

Procédé GASWASH et Biogaz / Biométhane

Le procédé GASWASH participe à la lutte contre les émissions de CO2.

Le Procédé GASWASH, une toute nouvelle technologie issue de PTC System, est actuellement en développement pour la purification des biogaz.

Ce procédé repose sur le lavage physico-chimique du biogaz avec une solution aqueuse d'une molécule organique
qui agit sur le polluant en le transformant en composé organique bio-disponible
.

    • Les polluants sont des Composés Inorganiques Volatils (CIV)
    • Les polluants sont des Composés Organiques Volatils fonctionnels (COV)

Dont les effluents liquides sont par la suite digérés par le processus de bio-épuration aérobie en station d'épuration.

Cette toute nouvelle technique

est très prometteuse pour la simplification du processus de purification des biogaz qui s'effectue dès lors en une seule opération. Dans sa conception, elle répond pleinement au concept d'une économie circulaire.

 

 

Le cycle d'élimination durable des polluants

La boucle P.T.C. system

 

 

Ce système est actuellement le seul connu pour éliminer durablement le CO2 et qui peut être recyclé en filière industrielle.
Dans une période particulièrement propice au développement des énergies alternatives aux ressources fossiles, la perspective d'intégration des biogaz dans le paysage énergétique français est d'un intérêt certain d'un point de vue politique, économique et environnemental.
En effet, la valorisation des résidus organiques domestiques, industriels et agricoles ou le traitement des eaux usées satisfont aux notions de développement durable et d'énergie renouvelable, clairement explicitées dans les récents engagements et accords internationaux.
L'impact environnemental de la mise en oeuvre de filières de valorisation de biogaz résulte en une diminution conséquente des gaz à effet de serre rejetés.

Les récentes fluctuations des coûts liés à l'importation d'énergies fossiles ont également influencé favorablement le regain d'intérêt économique pour la production d'énergie à partir de biogaz, qu'elle soit directement sous la forme de gaz à haute pureté en méthane ou sous forme d'électricité.

Le prix de revient du biométhane complètement épuré par le procédé GASWASH est de 0,054€ / kWh. quand le prix de revient dans les systèmes concurrents se situe vers 0,15€ / kWh.

Le procédé GASWASH. permet un coût de production de biométhane 3 fois moins cher que la concurrence et permet donc de réduire l'écart de coût entre le méthane d'origine fossile et le biométhane pour l'incorporer dans le réseau.
D'autre part, la technologie GASWASH permet un équipement de purification des biogaz extrêmement simple dont le coût d'investissement est sans commune mesure avec les procédés actuellement existants.

 

 


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