PÔLE POLITIQUE ENERGETIQUE ET INDUSTRIELLE FICHE

N°14

LL A M E T H A N I S A T I O NA M E T H A N I S A T I O N ************************

Définition La méthanisation (encore appelée « digestion anaérobie ») est une technologie basée sur la dégradation par des micro-organismes de la matière organique, en conditions contrôlées et en l’absence d’oxygène (réaction en milieu anaérobie, contrairement au compostage qui est une réaction aérobie). Cette dégradation aboutit à la production :

• d’un produit humide riche en matière organique partiellement stabilisée appelé « digestat». Il est généralement envisagé le retour au sol du digestat après éventuellement une phase de maturation par compostage.

• de biogaz, mélange gazeux saturé en eau à la sortie du digesteur et composé d’environ 50 % à 70 % de méthane (CH4), de 20 % à 50 % de gaz carbonique (CO2) et de quelques gaz traces (NH3, N2, H2S).

Le biogaz a un pouvoir calorifique inférieur de 5 à 7 kWh/Nm3. Cette énergie renouvelable peut être utilisée sous différentes formes : combustion pour la production d’électricité et de chaleur, production d’un carburant. Il existe 4 secteurs favorables au développement de la méthanisation :

(1) agricole, (2) industriel, (3) déchets ménagers, (4) boues urbaines.

Comme autres sources de production du biogaz, on peut citer le biogaz issu des installations de stockage des déchets non dangereux, siège de la dégradation anaérobie. Avantages La méthanisation de déchets organiques présente de nombreux avantages, notamment :

• Une double valorisation de la matière organique et de l’énergie ; c’est l’intérêt spécifique à la méthanisation par rapport aux autres filières,

• Une diminution de la quantité de déchets organiques à traiter par d’autres filières, • Une diminution des émissions de gaz à effet de serre par substitution à l’usage d’énergies fossiles ou

d’engrais chimiques, • Un traitement possible des déchets organiques graisseux ou très humides, non compostables en l'état, • Une faible emprise au sol des unités de traitement et l’existence d’une offre d’installations compactes, • Une limitation des émissions d’odeurs a priori du fait de digesteurs hermétiques et de bâtiments clos

équipés de traitement d’air performant. Contraintes La méthanisation présente malgré tout des inconvénients à ne pas négliger : Le traitement de la seule matière organique nécessite d’associer la méthanisation à l’incinération et aux centres de stockages de déchets non dangereux pour les autres fractions de déchets.

• Il faut prévoir une phase de compostage pour traiter les déchets ligneux plus difficilement dégradables et pour finaliser la maturation de la matière organique.

• Besoin éventuel de mettre en place un traitement des excédents hydriques du process. • Intégration dans le montage du projet d’une recherche de débouchés pour écouler au mieux aussi bien le

produit organique que l’énergie produite. • Selon la valorisation biogaz, besoin de mettre en place des traitements adaptés des

biogaz (déshumidification, …) … C’est un procédé émergent encore peu connu en France, principalement dans les secteurs agricoles et celui du traitement des déchets ménagers : la phase d’acquisition n’est pas à négliger. La technicité est d’un niveau industriel spécifique différent par exemple de celle du compostage. Il est à privilégier les montages juridiques où construction et exploitation sont étroitement liées.

Déchets concernés Toute la matière organique est susceptible d’être ainsi décomposée (excepté des composés très stables comme la lignine) et de produire du biogaz, avec un potentiel méthanogène toutefois très variable. La méthanisation convient particulièrement aux substrats riches en eau, contenant de la matière organique facilement dégradable, et facilement pompable pour permettre un fonctionnement en continu. Les déchets méthanisés peuvent être d’origine :

• agro-industrielle : abattoirs, caves vinicoles, laiteries, fromageries, ou autres industries agro-alimentaires, industries chimiques et pharmaceutiques, etc.

• agricole : déjections animales, résidus de récolte (pailles, spathes de maïs…), eaux de salles de traite, etc.

• municipale : tontes de gazon, fraction fermentescible des ordures ménagères, boues et graisses de station d’épuration, matières de vidange, etc.

La co-digestion d’un mélange de déchets organiques est à préconiser pour permettre des économies d’échelle et optimiser la production de biogaz. Cinq modes de valorisation du biogaz Production de chaleur : l’efficacité énergétique est intéressante si le besoin en chaleur des débouchés est assez important pour permettre de valoriser le maximum de l’énergie disponible. Cela nécessite également des débouchés à proximité pour limiter le transport coûteux de la chaleur ou du biogaz. Production d’électricité : l’efficacité énergétique est plus faible (- 37 %) du fait du rendement énergétique de l’électricité se limitant, pour des moteurs, au environ de 33 %. L’électricité produite fait l’objet de conditions d’achat définies par arrêté (juillet 2006). Production combinée d’électricité et chaleur : la chaleur issue des gaz chauds de la production d’électricité peut être récupérée pour produire de la chaleur. L’efficacité énergétique est intéressante car cette technique permet de valoriser l’excédent d’énergie éventuel. Toutefois cela nécessite pour la chaleur un débouché à proximité. Ce cas est encouragé par une prime à l’efficacité énergétique présente dans le tarif d’achat d’électricité. Carburant Véhicule : pour être utilisé en tant que carburant de véhicule, le biogaz suit une série d’étapes d’épuration/compression. Cette valorisation s’est principalement développée en Suède et en Suisse. En France, l’opération pionnière de Lille Sequedin permettra de mieux évaluer les aspects environnementaux de cette filière et les difficultés de mise en œuvre qu’ils soient d’ordre technique, économique et juridique. Elle peut être envisagée dans le cadre d’une flotte captive de véhicules (bus, bennes déchets,...). Injection du biogaz épuré dans le réseau de gaz naturel : En France, l’injection du biogaz épuré dans le réseau n’est pas pratiquée. Il convient d’assurer que « cette injection ne présente pas de risque pour la santé publique, la protection de l’environnement et la sécurité des installations » [décret 15/06/04]. Des travaux sont en cours avec l’AFSSET. Dans d’autres pays européens, l’injection du bio méthane dans des réseaux dédiés ou non est plus usuelle: Suède, Suisse, Pays Bas, … Valorisation du digestat Après une phase de maturation par compostage, les caractéristiques agronomiques et les paramètres d’innocuité du digestat sont généralement proches de celles d’un compost (ayant suivi uniquement un compostage aérobie). La qualité du digestat conditionnant sa valorisation agronomique dépend de plusieurs facteurs :

• La nature des déchets traités, notamment lorsqu’il s’agit de déchets ménagers. • L’efficacité des collectes sélectives : soit pour sélectionner les déchets fermentescibles, soit celle visant à

écarter les « indésirables » pour la méthanisation : emballages à destiner au recyclage, et déchets spéciaux à un traitement dédié.

• L’efficacité des tris complémentaires en usine : l’affinage du digestat humide étant particulièrement délicat, il est préférable d’introduire un déchet sans indésirable dans le digesteur (risque de colmatage).

La méthanisation

C'est une fermentation anaérobie (en absence d’air) de matières organiques. Cette fermentation dégage du biogaz combustible (méthane). De plus ce traitement permet une dépollution des matières traitées et une désodorisation qui est un atout important dans le cas de traitement des effluents venants des élevages.

Principe de la méthanisation Le principe est simple, mais sa mise en pratique est plus compliquée si l'on veut une installation performante et rentable. Le cœur du dispositif est le digesteur : C'est une cuve étanche, chauffée (37 à 40°C) et brassée qui constitue le «réacteur» dans laquelle la matière à traiter est introduite (lisier, fumier, tonte de pelouse, sous produits agro-alimentaires,…). En plus de la cuve de fermentation, l'installation comprend un dispositif de stockage du gaz. Schéma de l’installation

La valorisation du biogaz A Mignéville, l’exploitant a fait le choix de la cogénération pour valoriser son biogaz. Toute la production d’électricité est vendue à EDF (7,5c €/kWh) et injectée sur le réseau basse tension. La chaleur dégagée par le moteur est utilisée sur l’exploitation pour entretenir la bonne température dans le digesteur, chauffer la maison d’habitation et pour l’eau chaude sanitaire. La chaleur est également utilisée en été pour faire sécher le foin en grange.

§ Puissance électrique : 22 kW § Puissance thermique : 44 kW § Production annuelle : 160 000 kWh § (Environ 4 fois la consommation de l’exploitation et de la maison d’habitation) § Rendement global : 87 %

Bilan économique : étude d’un cas concret Pour l’installation de Mignéville, l’investissement relativement important a été subventionné par l’ADEME et la région. Le temps de retour « sur le papier » très court (3,5 ans) est en réalité d’environ 7 ans (Production d’environ 80.000 kWh seulement, mise en route assez longue, coûts de maintenance non compris).

Investissement

Etude préalable 4 700 €

Réalisation 120 320 €

TOTAL 125 020 €

Subventions

ADEME 17 200 €

Conseil Régional Lorraine 17 200 €

TOTAL 34 400 €

Recettes annuelles prévisionnelles Réelles

Production annuelle d'électricité prévisible 160 000 kWh 80 000 kWh

Revente énergie électrique (7.77 c€/kWh) 12 432 € 6 216 €

Autoconsommation de chaleur (4 c€/kWh) 13 440 € 7 000 €

TOTAL 25 872 € 13 216 €

Les avantages environnementaux

§ Production d’une énergie renouvelable à partir de sous produits agricoles § Traitement des effluents de l’élevage et « dépollution » de sous produits agro-alimentaires § Meilleurs amendements organiques Azote plus facilement assimilable par les plantes >> moins de

lessivages vers les nappes phréatiques § Faibles rejets de méthane dans l’atmosphère : la combustion rejette seulement de l’eau et du CO2 issu de

la biomasse Autre exemple : Le projet incinérateur et méthanisation d’IVRY, effectif pour l’exploitation : 140 salariés Juillet 2011