Du biogaz au biométhane

Biogaz ou biométhane ?

Le biogaz et le biométhane, issus des déchets organiques sont des alternatives renouvelables au gaz naturel. Le biogaz est notamment le premier produit dérivé d’une unité de méthanisation. Constitué majoritairement de méthane, il peut être utilisé pour la production de chaleur ou d’électricité.

Une fois traité et épuré des autres composés comme le dioxyde d’azote (CO₂), le dioxyde d’oxygène (O₂), le sulfure d’hydrogène (H₂S) ou la vapeur d’eau (H₂O), ce même biogaz devient un biométhane. Ce carburant nouvellement formé possède les mêmes propriétés que le gaz naturel avec un avantage supplémentaire : favoriser l’utilisation d’énergie verte tout en réduisant les niveaux d’émissions de gaz à effet de serre, protégeant ainsi l’environnement via les efforts de transition énergétique dans le monde entier.

Comment le biogaz est-il produit naturellement ?

La méthanisation est un processus étonnant qui utilise le pouvoir naturel des bactéries pour décomposer et transformer les matières fermentescibles en biogaz. On retrouve ce phénomène par exemple dans les marécages. Ce gaz généré est riche en méthane, composant également présent dans les combustibles fossiles.
Ce processus écologique convertit aussi en biogaz diverses matières organiques comme le papier et le carton, les restes de nourriture, les sous-produits végétaux, les déchets animaux, lisier, fumier et les boues de station d’épuration.

Qu’est-ce que la digestion anaérobie ?

Une unité de digestion anaérobie des déchets produit du biogaz à partir de matières organiques. Ce processus se déroule dans des réservoirs appelés réacteurs, fermenteurs ou digesteurs, qui fonctionnent à une température de 35 °C. Les versions les plus récentes peuvent transformer les déchets en énergie renouvelable en quelques jours, avec un rendement estimé entre 1 et 10 mètres cube par jour pour chaque mètre cube de déchets traités.

Des fermes rurales aux énormes complexes industriels, les unités de production de biogaz sont de toutes formes et de toutes tailles. Par exemple, le rendement d’un petit digesteur agricole peut n’être que de 100 mètres cube, alors que les usines les plus importantes produisent des dizaines de mégawatts.

Comment les décharges produisent-elles du biogaz ?

Les décharges, ou ISDND (Installations de Stockage de Déchets Non Dangereux) constituent en effet également une source de biogaz. Au fur et à mesure que les matières organiques se décomposent, du méthane est produit.

Les déchets sont compactés, puis déposés dans des fosses appelées casiers. Pour garantir des résultats optimaux, la zone peut également être étanchéifiée. Ces espaces sont remplis de plusieurs mètres de terre et traversés par un réseau de drains horizontaux qui recueillent le biogaz produit tandis que les verticaux lui permettent d’atteindre la surface afin qu’une fermentation régulière se produise pendant environ vingt-cinq ans.

Empêcher le méthane (CH₄), puissant gaz à effet de serre, de pénétrer dans l’atmosphère est essentiel pour lutter contre le changement climatique. Lorsqu’il ne peut pas être récupéré, brûler le méthane avec une torchère est une meilleure alternative que de le libérer. Cela libère du dioxyde de carbone (CO₂), un gaz à effet de serre qui, selon le GIEC, a un impact 28 fois moins important que le méthane sur notre environnement.

Quels sont les autres procédés pour produire du biogaz ?

Il existe d’autres procédés de production du biogaz, moins répandus à ce jour, car issus de technologies plus récentes et pour certains pas encore tout à fait matures.
Citons par exemple, la génération de biométhane par méthanation du dioxyde de carbone (CO₂) en réaction avec l’hydrogène (H₂). Le dioxyde de carbone et l’hydrogène étant produits, soit par gazéification de la biomasse provenant de ressources lignocellulosiques, soit par électrolyse de l’eau (power-to-gas).

Enfin, il est possible d’utiliser des microalgues comme intrant principal ou complémentaire pour la réaction de méthanisation. Cultivées dans des bioréacteurs, les microalgues présentent l’avantage de ne pas consommer de terres agricoles, ne faisant ainsi pas de concurrence à la production de denrées alimentaires animales ou humaines.

• Le biogaz est plus exactement une source d’énergie renouvelable, contrairement aux énergies fossiles comme le gaz naturel. Il est parfois qualifié de vierge. Ce dernier nécessite en effet plusieurs millions d’années pour se former sous terre et les quantités disponibles sont logiquement limitées à l’échelle de l’humanité.
• Le biogaz est aussi qualifié de renouvelable, car son cycle de production et de mise en œuvre est continu. Dès sa génération, la biomasse peut être récoltée, transformée et exploitée. Elle est ensuite renouvelée, continuellement, en cycles dont l’échelle de temps est à échelle humaine, voire saisonnière.
• En outre, le biogaz est une énergie renouvelable, parce que les volumes de gaz à effet de serre, dont principalement le dioxyde de carbone (CO₂), émit lors de la conversion du biogaz en énergie (combustion essentiellement), sont équivalents aux quantités de CO₂ présentes dans l’atmosphère et absorbées par la biomasse lors de sa croissance.
• Enfin, le biogaz est une énergie renouvelable, car il est et restera en particulier issu de la méthanisation ou de la gazéification de nos déchets alimentaires, agroalimentaires, agricoles et animaliers. Humains et animaux produiront en effet continuellement ces déchets

Le biogaz permet de produire de la chaleur et de l’électricité.

Le biogaz peut être valorisé sous forme de chaleur uniquement en l’utilisant comme combustible dans une chaudière. Mais on utilise le plus souvent le biogaz pour produire à la fois de la chaleur et de l’électricité. D’où le terme de cogénération.

L’électricité produite grâce à la turbine de cogénération est utilisée pour la consommation propre de l’unité de biogaz, et le surplus, soit la majorité de la puissance générée, est revendue.

La chaleur produite grâce à la combustion du biogaz est souvent utilisée pour justement chauffer le digesteur de l’installation de biogaz, et pour améliorer d’une manière plus générale le bilan énergétique de l’unité. Mais cette chaleur est également utilisée pour :

• Chauffer les bâtiments industriels, publics, ou d’habitations
• Chauffer des serres horticoles
• La production de microalgues
• Chauffer les bâtiments d’élevages
• Sécher le bois ou les fourrages

Le biogaz est traité et épuré afin d’être injecté en tant que biométhane dans les réseaux de gaz naturel.

Plusieurs étapes d’épuration sont requises avant de pouvoir injecter le biométhane dans le réseau.

Les principaux procédés sont :

• Désulfuration (élimination ou forte réduction de la quantité de sulfure d’hydrogène H₂S)
• Séchage (forte réduction de la quantité d’humidité H₂O)
• Décarbonation (séparation du dioxyde de carbone CO₂)

Une fois épuré et acheminé au poste d’injection, le biométhane doit encore être :

• Odorisé tout comme le gaz naturel
• Une molécule à forte odeur de soufre, le tétrahydrothiophène (THT), est adjointe au biométhane afin de sécuriser les installations et les usagers.
• Contrôlé comme étant conforme aux réglementations en vigueur en termes de spécifications physico-chimiques
• Régulé en pression
• Quantifié dans le but de connaître le ratio d’injection du biométhane dans le gaz naturel

Le biogaz est composé de différents gaz dont les proportions varient selon les matières premières et la méthode dont il est issu.

Les gaz sont essentiellement :

• le méthane (CH₄)
• le dioxyde de carbone (CO₂)
• l’oxygène (O₂)
• la vapeur d’eau (H₂O)
• le sulfure d’hydrogène (H₂S)
• les siloxanes

Quelle est la quantité de méthane (CH4) dans le biogaz ?

Le méthane est le principal composant du biogaz. C’est le combustible qui sera exploité pour créer de l’énergie.

Le biogaz contient 50% à 75% de CH₄.

Quelle est la quantité de dioxyde de carbone (CO2) dans le biogaz ?

Le dioxyde de carbone est un sous-produit du biogaz présent en très fortes quantités, mais sans aucune valeur énergétique. Le CO2 doit être éliminé du biogaz par diverses méthodes pour générer un biométhane exploitable. Il peut en revanche être conservé si le biogaz est valorisé sous forme de chaleur (chaudière) et/ou d’électricité (cogénération).

Le biogaz contient 20% à 50% de CO₂.

Quelle est la quantité d’oxygène (O2) dans le biogaz ?

L’oxygène est présent en quantités relativement faibles mais non-négligeables dans le biogaz. Le biogaz contient de l’oxygène qui permet de précipiter une partie du sulfure d’hydrogène (H²S) dans le digesteur.
En outre, car difficile à éliminer, une certaine quantité d’oxygène est tolérée dans le biogaz épuré (biométhane) avant son injection dans le réseau de gaz naturel.

Le biogaz contient moins de 1% d’O₂.

Quelle est la quantité de vapeur d’eau (H2O) dans le biogaz ?

Le biogaz brut est un gaz fortement humide. Il est nécessaire de sécher le biogaz, le plus souvent par refroidissement, avant valorisation pour protéger les équipements de la corrosion.

Le biogaz brut est saturé en humidité.

Quelle est la quantité de sulfure d’hydrogène (H2S) dans le biogaz ?

Le sulfure d’hydrogène est un gaz très dangereux et néfaste. Il s’agit d’une part d’un gaz corrosif, qui génère de l’acide sulfurique en présence d’humidité et lors de sa combustion en chaudière ou cogénération.
Par ailleurs, le H₂S présente à faible teneur une forte odeur caractéristique d’œuf pourri. Cela le rend facilement détectable. Mais à plus forte concentration, il affecte l’odorat de manière plus ou moins réversible. Il devient alors inodore, et d’autant plus dangereux qu’il n’est plus détecté naturellement par l’homme.

Le H2S présent dans le biogaz à 1500 ppm devient mortel si inhalé plus d’une minute.

Le H2S peut être présent dans le biogaz en très grande quantité. Il est donc indispensable d’en réduire fortement la teneur quelle que soit la méthode de valorisation du biogaz.

Le biogaz contient généralement plus de 100 ppm de H₂S et cette teneur peut dépasser les 10 000 ppm lors de la fermentation de certains types de déchets de l’industrie agroalimentaire.

Quelle est la quantité de siloxanes dans le biogaz ?

Les siloxanes présents dans le biogaz sont des molécules dérivées du silicium. Le biogaz contient des siloxanes lorsqu’il est extrait des décharges (ISDND). Ce sont des composés susceptibles de dégrader les installations, car ils sont vitrifiés (transformés en sable) une fois injectés dans les moteurs de cogénération ou dans les chaudières biogaz, causant des dommages mécaniques importants.

Le biogaz peut contenir jusqu’à 50 mg/m³ de siloxanes.

La composition du biogaz peut être mesurée en utilisant un analyseur de biogaz multigaz afin de quantifier en continu et avec précision le taux exact des différents gaz présents dans le biogaz ou le biométhane.

Il est important de mesurer la composition du biogaz avec un analyseur pour garantir une utilisation optimale et efficace du biogaz. L’analyse de la composition chimique du biogaz permet, en quantifiant les différents composants du biogaz, de contrôler et optimiser la production de biogaz. L’analyse du biogaz permet aussi de garantir la sécurité des personnes et des procédés en vérifiant si des gaz potentiellement nocifs sont présents dans le mélange.