Biogaz - definition avantages et inconvenients

Created vendredi 17 mai 2024

Le biogaz se positionne comme une solution d'avenir dans la transition énergétique mondiale. Cette source d'énergie renouvelable, issue de la dégradation des matières organiques, s'inscrit dans une démarche de valorisation des déchets et de production d'énergie propre. À fin juin 2023 en France, 1 046 installations transforment des déchets et de la biomasse en électricité, avec 585 MW de puissance. Parallèlement, 591 installations injectent 10,5 TWh/an de biométhane dans les réseaux de gaz naturel.

Qu'est-ce que le biogaz ?

Le biogaz, également connu sous le nom de gaz méthanique, résulte principalement de la méthanisation, ce processus naturel de digestion anaérobie, où des micro-organismes dissolvent les matières organiques en absence d'oxygène. Cette réaction transforme les déchets agricoles, alimentaires, les boues d'épuration et la biomasse en un mélange gazeux riche en méthane (CH4) et dioxyde de carbone (CO2).

Ces gaz, une fois purifiés en biométhane, offrent une alternative durable au gaz naturel. Au-delà de la méthanisation, des recherches explorent de nouvelles voies de production telles que la gazéification de biomasse ou la méthanation, promettant d'élargir le spectre de valorisation des déchets tout en contribuant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.

Quelle est la composition du biogaz ?

Le biogaz est principalement composé de méthane (CH₄) et de dioxyde de carbone (CO₂), avec de petites quantités de vapeur d'eau, d'azote et d'autres gaz. Le méthane est le composant principal, généralement représentant entre 50 et 70% du biogaz produit. Le CO₂ constitue la majorité du reste, généralement entre 30 et 50%.
Les autres gaz présents sont souvent présents en traces, mais peuvent inclure de l'azote, de l'oxygène, du sulfure d’hydrogène (H₂S), de l’ammoniac (NH₃), des siloxanes et des composés organiques volatils (COV).

Quelle est la différence entre le biogaz et le biométhane ?

Le biogaz est produit par la fermentation anaérobie de matières organiques telles que les déchets agricoles, les déchets alimentaires, les boues d'épuration, etc. Le biogaz n'est pas purifié à un niveau élevé et peut contenir diverses impuretés. Le biométhane est une forme purifiée et enrichie de biogaz. Il subit un processus de purification pour éliminer les impuretés, en particulier le CO₂ et le H₂S, afin de produire un gaz de qualité similaire à celui du gaz naturel mais moins polluant.

Quel est le processus de fabrication du biogaz ?

La méthanisation, processus central de production du biogaz, implique la digestion anaérobie des matières organiques, transformant les déchets et la biomasse en gaz de fermentation. Cette conversion, se déroulant dans des installations spécifiques équipées de digesteurs, optimise la production énergétique renouvelable.

Grâce à la biodégradation des déchets agricoles, verts, issus de l'industrie agroalimentaire et des boues de stations d'épuration, ce procédé joue un rôle essentiel dans la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Le biogaz résultant contient majoritairement du méthane et du CO₂, avec des traces d'autres gaz tels que de l’H₂S, des siloxanes, des COV et du NH₃, nécessitant une épuration pour valoriser le biométhane.

La diversité des installations de biogaz, allant d'unités agricoles modestes aux installations collectives traitant des déchets urbains ou industriels, illustre la flexibilité de ce procédé de conversion. Une étude de 2018 par SOLAGRO pour l'ADEME révèle un potentiel théorique de 140 TWh en biogaz, issu de sources agricoles et de biodéchets. La carte ODRé illustre le développement national de la méthanisation.

Ce circuit de valorisation des déchets souligne l'importance de la méthanisation dans l'atteinte d'une économie plus verte, faisant du biogaz un pilier de la transition énergétique.
La directive 2018/2001 vise un mix énergétique renouvelable. En 2023, l'objectif était de 14 TWh de biogaz, dont 6 TWh injectés dans les réseaux. En 2028, l'ambition monte à 32 TWh, avec un objectif d'injection de 22 TWh. La production d'électricité par méthanisation vise 270 MW en 2023 et jusqu'à 410 MW en 2028 (source : Ministère de la transition écologique et de la cohésion des territoires – La filière Biogaz).

Quels sont les différents types de biogaz ?

Biogaz agricole : issu de la fermentation de déchets agricoles tels que les fumiers, les lisiers, les résidus de cultures et les effluents agroalimentaires.
Biogaz des boues de STEP : produit par la méthanisation des boues d'épuration des stations d'épuration des eaux usées.
Biogaz des déchets ménagers et assimilés : provient de la fermentation des déchets ménagers et assimilés (ordures ménagères, déchets verts, etc.).
Biogaz industriel : issu de la fermentation de déchets organiques provenant d'industries agroalimentaires, papetières, etc.
Biopropane : un biogaz liquide issu de la transformation d'huiles végétales ou de graisses animales. Il est utilisé comme combustible pour le chauffage, le transport et l'industrie.
Syngaz : Un mélange de gaz combustibles (CO, H2, CH4) issu de la gazéification de biomasse. Il peut être utilisé pour la production de chaleur, d'électricité ou de biocarburants.

Le biogaz, pour quels usages ?

Entre 1965 et 2000, la consommation mondiale de biogaz, principalement sous forme de biométhane, a augmenté de 3,5% par an. Cette croissance dépasse celle de la demande globale en énergie primaire. Le biogaz trouve une application courante dans le chauffage domestique, surtout en Asie et au Mali où il améliore la vie quotidienne et réduit la dépendance aux combustibles ligneux. En Inde, l'utilisation de digesteurs simples pour convertir les déchets alimentaires en biogaz illustre son potentiel en tant que source d'énergie renouvelable du XXIe siècle.

Production et exploitation du biogaz

Chauffage domestique

Le biogaz, transformé en chaleur via des chaudières, offre une solution écologique pour le chauffage domestique. Cette valorisation des déchets en énergie renouvelable réduit les pertes thermiques et favorise l'utilisation locale.

Électricité

Grâce à la cogénération, le biogaz devient une source d'électricité et de chaleur. Cette double production optimise l'énergie issue de la biomasse, alimentant les réseaux électriques tout en exploitant la chaleur pour des besoins locaux.

Carburant pour véhicules

Le biométhane, issu de l'épuration du biogaz, sert de carburant propre pour les véhicules. Cette technologie, bien que naissante, promet de réduire significativement l'empreinte carbone relatives aux transports.
Ces applications du biogaz illustrent son rôle central dans la transition énergétique, montrant comment chaque processus contribue à un futur plus durable et moins dépendant des combustibles fossiles.

Le biogaz, une solution pour remplacer les énergies fossiles ? (Jamy – Epicurieux)

Avantages du biogaz

Faible empreinte carbone

Le biogaz, comparé au gaz naturel fossile, se distingue par sa bien moindre empreinte carbone, émettant jusqu'à dix fois moins de CO₂. Il est également utilisable de manière similaire pour le chauffage ou la cuisson. Cette alternative écologique, transformée en biométhane, vient compléter la distribution de réseaux de gaz, enrichissant l'offre énergétique nationale, offrant ainsi plus de choix aux consommateurs.

Le processus de méthanisation valorise une variété de déchets. Il prend en charge les détritus domestiques, les résidus agricoles, en passant par les boues d'épuration. Cela permet de générer une source d'énergie renouvelable en réduisant significativement les émissions de gaz à effet de serre.

Cette méthode de transformation offre un double avantage : elle empêche le méthane, un gaz à effet de serre puissant, de se libérer dans l'atmosphère et transforme les déchets en compost. Cette alternative écologique aux engrais chimiques, stimule par ailleurs l'emploi local grâce à l'installation de digesteurs et à la maintenance des systèmes de méthanisation.

Usages diversifiés

En outre, le biogaz offre une flexibilité d'usage remarquable, allant de la production directe d'électricité et de chaleur via la cogénération à son raffinement en biométhane injecté dans le réseau de gaz naturel, augmentant ainsi la part des énergies vertes consommées sur le territoire. Ce spectre d'applications et d'avantages illustre pourquoi le biogaz est considéré comme un pilier de la transition énergétique et du développement durable.

Inconvénients du biogaz

Emission de méthane à maîtriser

Les inconvénients du biogaz ne doivent pas être négligés malgré ses nombreux avantages environnementaux et économiques. Parmi ces défis, l'émission de méthane, un gaz à effet de serre bien plus puissant que le CO2, se pose lors de fuites ou de gestion inadéquate. Ce risque nécessite des technologies et des pratiques rigoureuses pour capturer efficacement le biogaz produit.

Emissions de polluants nocifs à neutraliser :

Les process de production du biogaz génèrent des polluants gazeux (Sulfure d’hydrogène, Siloxanes, Composés Organiques Volatils, Ammoniac…) qu’il est nécessaire de capter.

En fonction de la matière première et de l’origine du biogaz, ces gaz peuvent en effet être présents en concentration élevée ou présenter des pics de concentration et avoir des conséquences délétères sur les installations.

Sulfure d'hydrogène (H2S) - Si de fortes concentrations de sulfure d'hydrogène peuvent atteindre le moteur à gaz où le méthane est brûlé pour produire de l'énergie, le moteur peut subir une corrosion interne due à la combinaison de gaz acides et de températures élevées.
Composés organiques volatils (COV) tels que les siloxanes - Un autre risque pour les moteurs à biogaz provient des siloxanes et autres composés organiques volatils (COV). Ces composés sont largement utilisés dans les produits de consommation qui atteignent les sites de mise en décharge.
Ammoniac (NH3) - La concentration d'ammoniac varie considérablement au cours du process, mais elle a un effet inhibiteur sur les principaux microbes impliqués dans la formation de biogaz.

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Défis logistiques et techniques

Par ailleurs, le traitement et la gestion des substrats pour la production de biogaz impliquent des défis logistiques et techniques. Les déchets doivent être collectés, triés et traités dans des conditions spécifiques pour optimiser la production de biogaz tout en minimisant les impacts environnementaux négatifs.

Investissements importants nécessaires

Un autre aspect concerne l'infrastructure nécessaire pour la production et l'utilisation du biogaz. La construction et la maintenance d'installations de méthanisation et de systèmes de purification du biogaz en biométhane pour son injection dans le réseau de gaz naturel requièrent des investissements significatifs.

Ces obstacles impliquent le besoin de solutions innovantes pour minimiser l'impact environnemental de la production de biogaz et maximiser son potentiel en tant qu'énergie renouvelable. La recherche continue et le développement de nouvelles technologies sont cruciaux pour surmonter ces défis et exploiter pleinement les avantages du biogaz.

Production de biogaz : la filtration nécessaire

La filtration est un maillon essentiel dans la chaîne de production du biogaz. Elle garantit une qualité d'air optimale, protège la santé des opérateurs et les installations. Les technologies avancées de filtration comme les médias moléculaires tels que le Campure 32, jouent un rôle majeur. Elles éliminent les impuretés du biogaz, assurant ainsi l'efficacité et la sécurité des installations.

Camfil, leader dans les solutions de filtration, contribue activement à cette étape. La société fournit des équipements capables de traiter les contaminants spécifiques au biogaz. Ces systèmes sont indispensables pour maintenir les performances des installations de biogaz et pour minimiser les risques environnementaux.

La solution est à définir en fonction de la nature du polluant à capter et du taux d’humidité relative (HR) au point de traitement du biogaz généré. Camfil propose différents types de médias moléculaires pour neutraliser ces polluants gazeux.

Choix du média moléculaire en fonction de la nature du contaminant

TABLE BIOGAS APPLICATION - MOLECULAR MEDIA FILTRATION - ILLUSTRATION OF CONTAMINANT REMOVAL - MOLECULES- H2S - COV - VOC- SILOXANES- NH3 - AMONIAC

Le traitement des sulfures d'hydrogène présents dans le biogaz, est un exemple de défi spécifique. Une filtration efficace empêche la corrosion des équipements et assure une conversion énergétique sûre et durable.

Autres articles à lire : Protection des équipements à biogaz par l’élimination de H2S

L’offre Camfil comprend également la fourniture de la cuve accueillant le lit profond de média moléculaire, l’inertage, la vidange, le déchargement et le remplissage ainsi que la gestion des déchets. Un logiciel expert MCCLD spécialement développé par Camfil permet de modéliser l’efficacité et la durée de vie des média moléculaires Camfil.

En intégrant des solutions de filtration moléculaire avancées, on améliore la durabilité et la rentabilité des projets de biogaz.
Ainsi, la filtration est non seulement nécessaire pour la protection de l'environnement et des travailleurs mais aussi pour la viabilité économique de la production de biogaz.