Pour en savoir plus sur le biométhane

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Chiffres clefs

 Le Biogaz, le Biométhane et le BioGNV

  • Un digesteur d’une capacité de 15 000 tonnes/an de déchets permet d’assurer par cogénération l’électricité spécifique de 1 300 logements, plus l’eau chaude pour 2 000 autres
  • Le BioGNV, biométhane utilisé comme carburant, émet 80% de CO2en moins par rapport à un véhicule diesel de même génération

En France

  • 133 points d’injection de biométhane sont en service à fin février 2020
  • 1 142 MWh de biométhane ont été injectés dans le réseau de gaz en 2019
  • 12% des bus urbains roulent au GNV (Gaz Naturel Véhicule)

 

Qu’est-ce que le biogaz ?

Le biogaz est un mélange de gaz obtenu par un procédé de fermentation de déchets organiques dans un environnement privé d’oxygène. Ce procédé est appelé la méthanisation.
Il s’agit d’un procédé de valorisation des déchets (agricoles, urbains, et issu de l’industrie de l’agro-alimentaire) et des résidus de traitement des eaux usées. Ce procédé naturel et biologique conduit à la dégradation des matières organiques grâce à l’action de micro-organismes. C’est cette dégradation naturelle qui va permettre la formation de deux produits :

  1. Le biogaz, mélange gazeux composé majoritairement de méthane
  2. Le digestat, un produit contenant de la matière organique non dégradée, de la matière minérale et de l’eau

Objectif : réduire nos émissions de gaz à effet de serre, valoriser nos déchets et remplacer certaines énergies fossiles.

Biogaz et biométhane, quelle différence ?

Le biogaz est le résultat de la méthanisation. C’est un mélange de gaz, d’eau et de résidus. Le biométhane est issu du biogaz après épuration de celui-ci, afin d’atteindre les mêmes caractéristiques chimiques que le gaz naturel. En fonction des intrants utilisés lors de la méthanisation, la teneur en biométhane du biogaz varie entre 50 et 70%.

Composition et caractéristiques

Comment est produit le biogaz ?

Le biogaz est produit par méthanisation. La méthanisation est réalisée dans une installation confinée (digesteur). Elle requiert certaines conditions précises pour que la réaction biologique soit optimisée. La méthanisation a lieu en l’absence d’oxygène, dans des conditions de température et pH contrôlées (de 30°C à 60°C, pH de 6 et 8).

Après avoir alimenté le digesteur en déchets, on distingue trois grandes étapes dans la méthanisation :

  • L’hydrolyse et l’acidogénèse : les chaînes organiques complexes (protéines, lipides, polysaccharides) sont transformées en composés plus simples (acides gras, peptides, acides aminés)
  • L’acétogénèse : les produits de l’acidogénèse sont convertis en acide acétique. Cette phase consiste en la production d’acétate, un des précurseurs directs du méthane, à partir d’alcools (éthanol), d’acides organiques (acide lactique, acide pyruvique) et d’acides gras (acide butyrique)
  • La méthanogénèse : l’acide acétique est transformé en méthane et en gaz carbonique

Deux produits sont ensuite récupérés : le biogaz et le digestat.

Le biogaz, et ensuite ?

Une fois produit, le biogaz peut avoir différents usages :

  • Utilisé directement (c’est-à-dire brûlé) pour faire fonctionner une centrale de cogénération, produisant à la fois de l’électricité et de la chaleur
  • Traité et épuré pour devenir du biométhane, qui sera odorisé avant d’être injecté dans le réseau de gaz naturel et servir de carburant ou encore être utilisé comme du gaz naturel pour le chauffage ou la cuisson

Avant d’être injecté dans le réseau de gaz, le biogaz doit être épuré. Cela consiste en l’élimination et le filtrage des composés indésirables dans la composition du biométhane. Pour ce faire, différents types d’installations sont utilisées :

Tableau des caractéristiques des procédés de purification du biogaz (Astrade Méthanisation, 2014), (Vienna University of Technology, 2012).

Dans le cas d’une utilisation en tant que carburant, le biométhane doit subir une dernière opération de « conditionnement », où il est comprimé entre 200 et 250 bars pour être mis en bombonnes. On parle alors de Gaz Naturel Comprimé (GNC). En équivalence énergétique 1L de gazole est égale à 5L de GNC.

Le biométhane peut également être refroidi à -163°C et atteindre l’état liquide. On parle alors de Gaz Naturel Liquéfié (GNL). Le GNL présente l’avantage de diviser le volume initial par 600 facilitant ainsi le transport et le stockage du gaz.

En France près de 75% des installations de biogaz s’orientent vers la cogénération, nécessitant une installation moins couteuse que celles permettant l’injection de biométhane dans le réseau de gaz en France.La cogénération consiste en la production simultanée d’électricité et de chaleur à partir d’une même source d’énergie en se basant sur le fait que la production d’électricité dégage une énorme quantité de chaleur, souvent non valorisée et donc perdue. En utilisant cette chaleur pour chauffer un circuit d’eau au travers d’un échangeur, la cogénération permet de limiter la perte d’énergie. L’eau est utilisable pour chauffer des bâtiments, des procédés industriels ou peut être utilisée en eau chaude sanitaire. L’électricité produite peut être utilisée sur place ou revendue au réseau électrique.

L’impact carbone du biogaz étant quasi neutre, la cogénération fonctionnant au biogaz permet donc de réduire les rejets de gaz à effet de serre de façon drastique. La cogénération peut être envisagée à différentes échelles, industrielles comme résidentiel.

La France, l’Allemagne et le Royaume-Uni :

Même si la majorité des pays européen se sont lancés ou se lancent dans le biogaz, le nombre d’unités de production, la capacité de production et la provenance des intrants utilisés varient d’un pays à l’autre. Par exemple, l’Allemagne compte 10 846 unités de production de biogaz, l’Italie 1 800, la France 592 et le Royaume Unis 557. Cependant, on observe que le rendement global de la production de biogaz à l’échelle d’un pays est plus impacté par la provenance des intrants que par le nombre d’unités de production.

Parmi les exemples européens, la France et l’Italie ont fait le choix de revaloriser des déchets de différentes origines en produisant du biogaz, tandis que l’Allemagne et le Royaume-Uni ont mis en place des cultures de plantes énergétiques, parfois au détriment des cultures alimentaires.

 

Conclusion :

Le biogaz, permettant une valorisation énergétique des déchets, se présente comme une source d’énergie prometteuse dans un monde qui s’oriente vers des énergies plus vertes. Utilisé directement dans un procédé de cogénération, il permet de générer chaleur et électricité. Epuré, il donne du biométhane, qui s’utilise comme du gaz naturel. Cependant la question de la provenance des entrants se pose. Quel modèle doit-on adopter ? Faut-il mettre en place des cultures de plantes énergétiques au détriment de cultures alimentaires pour optimiser le rendement des unités de production du biogaz ? Ou doit-on privilégier la valorisation des déchets bien que ceux-ci proposent un rendement inférieur ?

Consulter l'article "10% de biométhane en 2030 : un objectif atteignable en France ?"

Sources :