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Saint Gonlay Libre Expression
5 décembre 2009

Pré-rapport sur la méthanisation agricole

Veuillez trouver si-après le dossier transmis par Pierre à la municipalité de Saint Gonlay et en préfecture concernant la Méthanisation :"Une solution pour sortir du conflit occasionné par l’installation d’une station de retraitement de lisier à Saint Gonlay"

Aucune suite n'a été donnée à ce jour à cette initiative de Pierre :


"(Mr le maire...) Trouves-ci joint mon pré-rapport sur la méthanisation agricole.

Je propose d’essayer de sortir comme cela du conflit entre les éleveurs et l’association, même si rien n’est sûr, mais je crois que c’est une occasion de créer de l’emploi à la commune. Comme la Préfecture est partie prenante j’en ai adressé une copie au préfet : je pense en effet que l’Etat doit financièrement soutenir ce projet s’il voyait le jour.

Pour moi, qui essaye de développer une économie environnementale créatrice d’emploi, c’est juste un sujet qui m’intéresse, sachant que je n’ai plus l’intention de me présenter comme conseiller et encore moins comme Maire.

Bien à toi, Pierre"


 

Pré-rapport sur la méthanisation agricole

Une solution pour sortir du conflit occasionné par l’installation
d’une station de retraitement de lisier à Saint-Gonlay ?


Le biogaz est un gaz composé essentiellement de méthane et de gaz carbonique, produit par digestion anaérobie de la biomasse. Il regroupe les gaz de décharge, résultant de la digestion des déchets stockés dans les décharges (centres de stockage de déchets) et les gaz issus d’unités de méthanisation des boues des eaux usées (stations d’épuration urbaines), des boues et déchets des industries agroalimentaires (brasserie, amidonnerie, caves et coopératives vinicoles) ou de l’agriculture (déjections d’élevage) ou encore de déchets municipaux.

La combustion du biogaz fabriqué naturellement lors du processus de dégradation des matières organiques transforme le méthane en dioxyde de carbone.

La méthanisation produit également un compost naturel totalement inodore, excellent fertilisant et pesticide naturel qui peut être utilisé pour l’agriculture, s’il n’est pas saturé en métaux lourds et molécules médicamenteuses.

Brûlé en chaudière, le biogaz fournit de l’eau chaude ou de la vapeur qui sont auto-consommées ou vendues à des réseaux de proximité.

Il peut être également converti en électricité ou utilisé en tant que carburant.

Le biogaz constitue un gisement d’énergie important et renouvelable. Il pourrait couvrir environ 10 % de la consommation nationale de gaz naturel si les trois sources que sont les centres d’enfouissement techniques de déchets ménagers, la méthanisation des boues de stations d’épuration et la méthanisation des déchets fermentescibles agricoles, industriels et ménagers, étaient totalement exploitées.

En évitant la libération de méthane dans l’atmosphère, la combustion du biogaz a un effet favorable sur l’effet de serre. En outre, l’utilisation de l’énergie contenue dans le biogaz permet des économies d’énergie fossile et a donc un second effet favorable sur l’effet de serre. Le méthane, s’il n’est pas récupéré, est 21 fois plus nuisible en tant que gaz à effet de serre que le CO2.

La France : un retard catastrophique dans la valorisation du méthane

Le jeudi 9 février 2006 vers 20h, les informations d’Arte diffusaient un superbe reportage sur une installation de production de méthane (chauffage et électricité) dans le village de Jühnde en Allemagne, à partir du fumier des élevages de la commune.

Avec près de 3 000 installations de méthanisation à la ferme en fonctionnement, l’Allemagne est le premier pays européen en termes de nombre d’exploitations équipées. Conséquence d’une loi ambitieuse de développement des énergies renouvelables (la loi EEG – 2000) et de tarifs d’achat de l’électricité 2 à 3 fois supérieurs à ceux pratiqués en France dès les années 2000, le nombre d’installations a triplé en moins de 5 ans outre-Rhin. Depuis 2004, ce développement s’accélère fortement. Principale raison ? L’adoption de tarifs encore plus avantageux pour les éleveurs, notamment.

Cependant quelques innovateurs avaient développé une production rurale en France, de manière précoce.

Ainsi de ce témoignage, publié dans une petite revue de l’écologie (Passerelle Eco n°9), qui a l’avantage de montrer que ces techniques sont à la portée de bons mécaniciens, sans formation particulière :

« Je suis agriculteur bio, j’ai un élevage, une centaine de vaches. On a toujours été en Bio. Elles produisent beaucoup de fumier ! En 1980, après le deuxième choc pétrolier, l’État m’a proposé des subventions pour méthaniser ce fumier : 45 % du coût de l’installation...Alors j’ai lancé le chantier. J’ai construit 5 cuves pour méthaniser le fumier. Chacune est en béton armé, et a un volume de 20 m3. J’ai conçu moi-même un système d’étanchéïté intégrale sans un seul joint en caoutchouc. En plus des cuves, il y a le gazomètre : une cloche de métal de 25 m3, ouverte en bas, qui flotte dans de l’eau en emprisonnant le gaz produit et qui régule ainsi la pression. J’ai aussi acheté un compresseur pour mettre le gaz sous pression et m’en servir dans mon véhicule, que j’ai fait adapter. Tout cela a coûté 150 000 francs qui devaient être financés à 45 % par la subvention. »

 

Il est à déplorer cependant qu’en dépit des aides publiques cet innovateur a voulu s’affranchir de la réglementation :

« Puis j’ai voulu rouler avec. Il y avait largement assez de gaz produit. J’aurais même pu faire tourner la voiture avec. Mais l’État m’a dit qu’il fallait payer

la TIPP : taxe intérieure sur les produits pétroliers. Comme je voulais pas, ils m’ont retiré la subvention pour l’installation !

Depuis, l’installation fonctionne au ralenti Je me sers juste du gaz pour la cuisinière et pour le chauffage. ça marche très bien.

Une fois par an, ou plus si je veux, je vide toutes les cuves au tracteur, et je vais épandre le fumier vieux d’un an sur les champs. Comme il a méthanisé, il a une teneur bien plus importante en azote et il a augmenté en vertus fertilisantes ! Je remplis les cuves de nouveau fumier. 100 m3, soit un dixième de la production du troupeau seulement. Comme je suis en agriculture biologique, je nourris pas mes animaux à la pénicilline ou aux antibiotiques, et ya pas de fongicides dans la paille.

La vie microbienne est donc respectée et ya une très bonne méthanisation. En dehors du déchargement-chargement, il n’y a pas d’entretien. C’est bien mieux que le système de méthanisation du lisier dans lequel il se forme une croûte qu’il faut casser en permanence. Si le broyeur de croûte tombe en panne, la pression monte, et ça explose ; fatalement ça arrive un jour ou l’autre dans ces installations, alors qu’avec le fumier, pas de problème !

A l’usage, rien de particulier. Le gazomètre fournit du gaz à 18 g de pression, comme le gaz de ville. La différence, c’est que c’est un gaz complet, qui comprend l’oxygène nécessaire à sa combustion. Donc faut fermer les trappes d’air pour que ça brûle bien. J’en ai largement assez, j’en jette même, surtout l’été. Si je faisais un roulement entre les cuves et si j’y mettais tout le fumier du troupeau, je pourrais largement faire rouler les véhicules avec. »

Un peu de technique

Dans la fosse à lisier se produit une fermentation dite anaérobie (sans air). Le processus anaérobie conduit à une dégradation des molécules carbonées en petites molécules à un seul carbone, du méthane CH4 et du gaz carbonique C02, lequel méthane constitue un gaz énergétique de choix.

Le principe de la transformation d’une fosse à lisier en digesteur est simple mais coûteux.

La fosse peut être simplement recouverte d’une bâche étanche au biogaz pour collecter les gaz. Il faut y adapter un agitateur et un chauffage à 35- 45 °C – l’idéal pour les fosses à lisier – pour activer la fermentation et pour dégazer. Le volume des fosses peut aller de 300 à 1000 m3. Les mélangeurs modernes plus efficaces peuvent brasser jusqu’à 1 700 m3 d’un lisier contenant jusqu’à 15 % de matières sèches. Le temps de rétention théorique du lisier est d’environ 28 jours. Il faut en général compter 50 jours pour optimiser les performances. Cela suppose d’installer une nouvelle fosse pour la rétention des digestats et une pré-fosse, toutes étant recouvertes pour collecter les gaz.

Le méthane collecté doit d’abord être épuré de ses composés soufrés, type H2S, réputés corrosifs, ceci en injectant 3 à 6 % d’air. Le gaz peut enfin alimenter un moteur couplé à une génératrice d’électricité. Une partie de l’énergie servira à chauffer le lisier et la porcherie.

Pour produire un méthane de qualité, il faut associer plusieurs techniques d’épuration, de manière croissante (le méthane le plus pur est celui réinjecté dans les réseaux de gaz… Pour l’électricité, la chaleur, voire le carburant, on peut se contenter d’un produit moins pur).

Mais, quel que soit l’usage final du biogaz, il est quasiment impossible de l’utiliser tel qu’il est produit ou récupéré. La seule fraction valorisable est le méthane qu’il contient en proportion plus ou moins grande et les autres composants sont inutiles, gênants, voire nuisibles. Une ou plusieurs étapes d’épuration sont donc nécessaires, comme indiqué ci-dessous.

Composants à enlever selon le mode de valorisation

 

 

Valorisation     chaleur   : enlever eau, soufre (H2S, éventuellement).

 

Valorisation      électricité : enlever eau, soufre (H2S), organo-halogénés     (éventuellement)

 

Valorisation      carburant : enlever eau, soufre (H2S), organo-halogénés     (éventuellement), carbone (CO2), métaux (éventuellement).

 

Valorisation   réseau    gaz : enlever eau, soufre (H2S), organo-halogénés     (éventuellement),   carbone (CO2), métaux (éventuellement),   oxygène   (éventuellement).

 


Par exemple, il existe de nombreux moyens d’éliminer la vapeur d’eau.

Si les contraintes de point de rosée ne sont pas trop strictes, un dévésiculateur suivi d’un séparateur diphasique suffira. Pour l’injection dans le réseau, la teneur en eau doit être inférieure à 30 mg/(n)m3 et l’on fera appel à des techniques comme la cryogénie, l’absorption sur glycols ou encore, la solution la plus courante, comme les tamis moléculaires. Pour l’usage carburant, la concentration en eau doit encore être divisée par deux (point de rosée -25°C) et il faudra se tourner vers le système PSA (Pressure System Adsorption).

Le soufre, présent sous forme de sulfure d’hydrogène (H2S), s’enlève assez facilement par passage sur de l’oxyde de fer ou du charbon actif, ce dernier étant plus facile à régénérer. Mais on peut également effectuer un lavage à l’eau sous pression, qui élimine aussi le C02. Une petite partie du méthane (de l’ordre de 8 %) se dissout dans l’eau, mais le pouvoir séparateur est néanmoins important car les solubilités du H2S et du C02 sont respectivement 85 et 30 fois supérieures à celle du méthane.

On se débarrasse des composés organo-halogénés, ainsi que des métaux lourds, par passage sur du charbon actif qui, le plus souvent, est ensuite incinéré. La décarbonatation se réalise, on l’a vu, par absorption dans l’eau sous pression, mais le tamis moléculaire peut également être utilisé. Quant à l’oxygène, s’il faut vraiment l’éliminer (par exemple pour l’injection en réseau), on le fait par traitement thermique catalytique, qui a l’inconvénient de consommer aussi une partie du méthane.

Ces opérations d’épuration, si elles doivent être couplées, ne se font pas dans n’importe quel ordre. L’hydrogène sulfuré étant un poison pour les catalyseurs, la désulfuration devra précéder le traitement thermique catalytique, qui lui-même précédera la décarbonatation et la déshydratation, puisque la combustion libère du C02 et de la vapeur d’eau. Il faudra alors désulfurer sur charbon actif, car le traitement à l’hydroxyde de fer s’effectue après décarbonatation. La compression est également une opération critique du conditionnement du biogaz avant son utilisation, notamment pour l’injection dans le réseau et la transformation en carburant. Il s’opère en une ou deux étapes qui s’intercalent elles-mêmes entre les étapes d’épuration. Le bon choix des matériaux constitutifs des compresseurs, ainsi que des canalisations, vannes,..., est évidemment primordial au regard des risques de corrosion.

Rentabilité des installations rurales de bio-gaz

Il est évident que, pour tenter de convertir, par exemple, une installation de traitement de lisier classique, il est nécessaire de se poser la question de la rentabilité économique du système, avec ses plus et ses moins.

1 t de lisier permet la production de 20 à 35 m3de biogaz par an. Si le lisier porcin se situe au bas de l’échelle en matière de production de biogaz, le fumier porcin permet lui de meilleurs rendements : environ 100 m3 de méthane, les tontes de gazon se situant par exemple à 200 m3. Il faut savoir que 1 m3de biogaz est l’équivalent de 0,6 l de fioul (1 l selon une source).

Pour qu’une unité de biométhanisation en porcherie avec sa cogénératrice électrique soit rentable, il faut donc étudier de près les rendements fermentaires en production de méthane, un rendement notamment conditionné par le taux de matière sèche du liquide à fermenter.

Il faut ensuite installer un module générateur d’électricité adapté au volume d’émission de gaz de l’unité de biogaz.

Selon cette étude, un peu ancienne, au tarif européen de l’électricité payée au producteur à 0,10€/kWh, une cogénératrice sur biogaz de lisier d’une unité de 350 truies et engraissement est rentable. Mais au tarif français d’achat à 0,059 €/kW, soit à peu près la moitié, cela était beaucoup plus difficile… jusqu’à 2002.

En 2002 ont été imposé en effet à EDF ou aux entreprises locales de distribution (ELD) l’achat de l’électricité à un tarif préférentiel fixé par l’Etat. Un contrat dit « d’obligation d’achat » est alors conclu avec chaque producteur qui en fait la demande.

Ce dispositif d’achat de l’électricité produite par les énergies renouvelables est financé par contribution au service public de l’électricité (CSPE), acquittée par les consommateurs d’électricité.

Mais comment est calculé le tarif d’achat méthanisation ? Il est la somme de trois termes :

1) le tarif de base, qui varie entre 7,5 et 9 c€/kWh selon la puissance de l’installation (de 2 000 à 150 kW) ;

2) la prime à l’efficacité énergétique comprise entre 0 et 3 c€/kWh ( de 40 à 75%) ;

3) la prime à la méthanisation de 2 c€/kWh.

Exemple : une unité de méthanisation d’une puissance de 500 kWh valorisant l’énergie produite avec une efficacité de 78 %. Le tarif d’achat de l’électricité dont elle pourra bénéficier se décompose comme suit :

1) le tarif de base de 8,7 c€/kWh calculé par interpolation linéaire ;

2) la prime à l’efficacité énergétique de 3 c€/kWh ;

3) la prime à la méthanisation (prime « digesteur ») de 2 c€/kWh.

Au total, l’électricité pourra être vendue 13,7 c€/kWh ou 137 €/MWh (hors actualisation). Par exemple, pour une installation de 100 kWh traitant un mélange de lisier et fumier bovin, les recettes sont les suivantes pour la seule électricité vendue :

– 760 MWh x 110 euros = 84 000 euros ;

– À cela s’ajoute la prime à l’efficacité énergétique : 760 Mwh x 30 euros = 23 000 euros.

Soit : 107 000 euros/an

L’investissement est de 528 000 euros, les charges d’exploitations annuelles sont d’environ 50 000 euros. Selon ce cas, la rentabilité serait donc de près de 10 %. Cela nous paraît un peu fort néanmoins.

À cela peut s’ajouter l’utilisation de la chaleur dans la porcherie voisine.

(source : René Moletta, directeur de recherche à l’INRA, directeur du laboratoire de biotechnologies à Narbonne, in La méthanisation, Lavoisier éditeur – 120 euros).

Il faut souligner que, contrairement à leurs voisins luxembourgeois, allemands, belges et suisses, les agriculteurs-éleveurs porcins français se sont longtemps vus opposer un blocage lorsqu’ils proposaient des projets d’installation de biogaz à partir du lisier.

Dernièrement, un groupe d’agriculteurs, éleveurs porcins en Lorraine, se sont réunis dans un projet d’étude de rentabilité des unités de méthanisation et de cogénération.

L’étude de faisabilité portait sur une ferme de 170 ha comprenant une porcherie, naissance et engraissement de 350 truies : l’EARL de la Carrièreà Cléry (55).

La porcherie étudiée en Meuse, de 350 truies et engraissement, soit 415 UGB, produit quotidiennement 16,4 m3 de lisier (6 000 m3/an). Selon différentes études, l’optimum de rendement fermentaire en gaz de 0,925 m3 de biogaz/UGB/jour, est obtenu avec un lisier a environ 9 % de MS (matière sèche). Ce taux de MS dépend notamment du type de nourriture des porcs, sous forme solide ou de soupe.

La soupe conduit à des lisiers moins chargés de 4 à 5 % de MS. Dans ce cas, pour optimiser le rendement de fermentation, il est nécessaire de complémenter le lisier en MS – à partir de jachères, de déchets verts de collectivités ou d’industries agroalimentaires, etc.

Le taux de MS étant un facteur limitant la rentabilité de production de biogaz.

Au Luxembourg, les installations de biogaz fonctionnent avec de l’ensilage de jachères et d’intercultures. La réglementation européenne en vigueur (Nr : 1251/1999) permet d’utiliser les jachères dans cet objectif énergétique. La paille de maïs grains, actuellement enfouie au labour, pourrait aussi être valorisée.

Une fois le volume optimum de production de biogaz atteint (0,925 m3 de biogaz/UGB/jour) se pose la question du choix du module producteur d’électricité. C’est aussi de ce choix que découlera la rentabilité de l’investissement. Dans le cas de la ferme de La Carrière à Cléry, deux cas ont été étudié : une installation fonctionnant avec un module de 65 kW avec des lisiers à 6 % de MS et une autre avec un module de 100 kW et un lisier porté à 9 % de MS, grâce notamment aux cultures de la ferme.

Un module de 65 kW produit annuellement 465 000 kWh.

Le besoin annuel de la porcherie et de la chauffe du lisier de 390 000 kWh exclut d’emblée toute rentabilité.

Dans le second cas, celui du module de 100 kWh avec un lisier à 9 % de MS, la production annuelle atteint 840 000 kWh et assure un surplus effectif de 450 000 kWh.

Dans le cas de cette ferme, le coût de l’investissement à partir des installations existantes, auquel il faut ajouter une cuve de 800 m3 pour le gaz, la transformation de la fosse en digesteur, la pré-fosse et la fosse à digestats (2 500 m3), un module de cogénération de 100 kW, et enfin l’équipement électrique et les conduites de lisier, se monterait à environ 280 000 €.

Quand l’étude a été réalisée, le prix de vente européen appliqué en Allemagne, Belgique et Luxembourg est de 0,10 €/kWh. En France, l’arrêté tarifaire relatif aux matières non fossiles d’origine végétale ou animale dans le cadre de l’obligation d’achat de l’électricité d’origine renouvelable (parution le 16 avril 2002) renseignait un prix d’achat de 0,059 €/kWh, soit près de la moitié.

Selon cette étude de faisabilité, l’installation sur cette ferme pouvait cependant être rentabilisé à partir d’un prix d’achat à 0,09 €/kWh.

Mais même effectué au prix proposé alors par les opérateurs français de l’électricité, l’étude concluait qu’il fallait doubler la porcherie, soit 800 truies (plus l’engraissement) pour rentabiliser l’installation…

Une dimension plus qu’atteinte par le GIE des 3-Vallées

Un autre calcul pourrait être fait, mais qui concernerait une installation reliée à 700 foyers :

5 millions d’€ d’investissement pour alimenter 1 moteur (turbine à gaz ) de 1 000 cv (700 kW) monté en cogénération (chauffage de 700 foyers) en valorisant le fumier et déchets vert locaux. Un petit calcul rapide de rentabilisation ( en supposant que l’installation bien optimisé/dimensionnée et tournant à 80 % de la puissance en moyenne 24 h/24) :

1) production électrique anuelle : 700*24*365 = 6 132 Mwhe, d’où l’on enlève 20 % pour maintenance, soit 4 905 Mwhe par an produit.Supposons un kwh vert racheté à 10 c€, soit 500 000 € sur l’electricité par an ;

2) production chaleur. Prenons une consommation de fuel de 1 500 l par foyer par an et un fuel à 0,5 € soit 700*1500*0.5 = 525 000 € par an.

Total = 1 millions d’€ de gagné ou économisé par an.

Selon ces calcul l’installation serait rentabilisé en moins de 5 ans ! (à noter toutefois que les coûts de maintenance n’ont pas été pris en compte).

Pour sa part, le Club bio-gaz a rassemblé les retours d’expériences suivantes.

« La production d’électricité seule ou en cogénération peut s’effectuer avec une chaudière au biogaz, suivie d’une turbine à vapeur. Cette voie très classique pose peu de problèmes techniques et les contraintes d’épuration du biogaz sont celles que réclament les chaudières. L’autre voie, explorée depuis quelques années, consiste à installer des moteurs à gaz, soit à étincelles, soit dual-fuel. Ces derniers sont plus lents, plus souples, plus durables, mais ils sont aussi environ deux fois plus chers. Les moteurs exigent un biogaz contenant au moins 40 % de méthane.

Les premières expériences ont connu quelques déboires, c’est vrai (comme à Soignolles-en-Brie), ce qui conduit encore aujourd’hui certains exploitants à préférer la voie traditionnelle, plus éprouvée et qui évite de traiter le biogaz. C’est le choix qu’a fait par exemple REP Energie pour ses décharges de Plessis Gassot et de Claye-Souilly.

Cependant, l’expérience aidant, d’un côté les motoristes ont su adapter leurs engins au nouveau carburant, de l’autre on connaît désormais les spécifications à respecter pour éviter les problèmes, essentiellement liés à la corrosion. Les principales concernent le H2S (teneur inférieure à 100 mg/(n)m3) et l’eau (point de rosée inférieur à 5°C). La teneur en oxygène doit également être inférieure à 4 % et les poussières d’une taille inférieure à 5 microns. Enfin, des valeurs limites de 50 mg de chlore, 25 mg de fluor et 30 mg d’ammoniac (par m3 normal) sont à respecter. Les deux premières spécifications impliquent généralement un traitement préalable du biogaz ; les autres peuvent être atteintes en contrôlant les conditions de production ou de captage.

* Conditions économiques

On considère que la production d’électricité n’est rentabilisable qu’au-delà d’un débit consommé de 400 m3/h. Les économies d’échelle font que la rentabilité s’améliore avec la puissance installée. Le coût d’investissement tombe ainsi de 10 à 6,6 kF/kWe installé lorsque la puissance passe de 150 à 1 000 kWe. Si l’on compare deux moteurs, l’un de 500 kWe, l’autre de 1 000 kWe, tournant tous deux 4 760 heures par an et consommant respectivement 350 et 700 m3/h de biogaz, on aboutit à des temps de retour sur investissement respectifs de 6 ans et 4,5 ans, en tenant compte des frais exploitation. Ces évaluations, tirées de la brochure publiée par l’ADEME et GDF, sont à considérer pour l’avenir avec précautions puisque la plus grande incertitude règne actuellement sur la nature des contrats d’achat et la rémunération que pourra proposer EDF (ou un autre acheteur, d’ailleurs) d’ici quelques mois.

* Exemples de réalisations

Nous avons déjà donné plusieurs exemples de cogénération ou de production d’électricité à partir de biogaz de diverses origines (station d’épuration de Cholet, usine de Révico, décharges de Plessis- Gassot, de Claye-Souilly et de Soignolles-enBrie) et nous n’y reviendrons pas ici. Trois exemples supplémentaires cependant :

– L’entreprise Cégélec a installé deux modules de cogénération au biogaz, l’une à la station d’épuration de Port-Douvot (Besançon) en 1994, l’autre à la décharge de Corcelles-Ferrières (Saint-Vit, Doubs) en 1997. A 37°C 3 500 m3 Port-Douvot, les boues séjournent pendant 25 jours dans le digesteur à et produisent environ par jour de biogaz à 65 % de méthane.

Ce dernier alimente un moteur de 450 kWe qui produit environ 6 500 kWh par jour. L’électricité est en partie auto-consommée par la station d’épuration qui couvre ainsi 40 % de ses besoins, le solde étant vendu à EDF. La chaleur récupérée sur le moteur sert à maintenir le digesteur en température (9 000 kWh thermiques par jour environ) et à chauffer des locaux techniques pendant l’hiver. À la décharge de Corcelles-Ferrières, le moteur installé a une puissance de 601 kWe. L’exploitant du site, la société Nicollin, consomme toute l’électricité produite sur place et utilise la chaleur récupérée pour chauffer ses locaux.

Dans les deux opérations, les moteurs sont des Jenbacher type 312 qui peuvent brûler le biogaz brut avec un débit variable de 140 à 250 m3/h et avec une teneur en méthane variable de 30 à 60 %. Dans le cas d’un faible pourcentage en méthane, la puissance électrique du moteur varie avec la teneur du biogaz en hydrogène, dont la présence peut compenser le manque de méthane.

- Aux portes de Paris, la gigantesque station d’épuration d’Achères, exploitée par le Siaap, traite plus de 2 millions de m3 d’eau ‘‘ grise ’’ par jour. Les boues activées à l’air libre sont ensuite méthanisées en digesteurs qui produisent 150 000 m3 par jour de biogaz à 65 % de méthane, soit l’équivalent de 211 millions de kWh. Ici, les valorisations sont multiples. La station comporte sept moteurs Diesel de 1 200 kW, dont quatre sont reliés à une turbine à air qui assure l’oxygénation de certains bassins d’aération. Les trois autres produisent de l’électricité et cette production est renforcée par une turbine à gaz de 4 MW alimentée elle aussi au biogaz. L’électricité fournie est consommée sur le site pour l’entraînement des machines tournantes et des équipements. Les gaz d’échappement de la turbine sont récupérés pour maintenir les digesteurs à bonne température. Trois chaudières au biogaz sont prévues en secours pour cette même fonction. Enfin, quatre chaudières à biogaz, consommant 4 000 m3/h, alimentent en chaleur le poste où les résidus de boues méthanisées sont déshydratés. Globalement, le biogaz assure 60 % des besoins énergétiques de la station, en tenant même compte du carburant pour les véhicules.

– À Montréal (Québec), la société MEG International, filiale de Gaz de France et d’Hydroquébec, exploite depuis 1996 une centrale de production d’électricité de 25 MW alimentée par le biogaz capté sur la décharge de la ville. Pour éviter la phase d’épuration, le maître d’ouvrage a opté pour la voie classique : chaudière à haute pression et turbine à vapeur. La production électrique (190 GWh/an) est entièrement vendue au réseau, mais l’opération n’est rentable, vu les prix de l’électricité au Québec, que parce que c’est la municipalité qui a investi les 50 millions de dollars qu’a coûté le réseau de captation du biogaz. […]

Produire du carburant

* Conditions opératoires

Pour cette application, les spécifications de pureté du gaz sont beaucoup plus sévères que pour les précédentes, puisque le biogaz utilisable comme carburant doit contenir un minimum de 96 % de méthane. Il faut en outre que le point de rosée soit inférieur à -  20°C, ce qui correspond à une teneur en eau inférieure à 15 mg/(n)m3.

D’autres exigences sont à respecter : teneur en H2S inférieure à 100 mg/(n)m3, en huile inférieure à 70-200 ppm, en hydrocarbures liquides inférieure à 1 %, avec une taille de poussières limitée à 40 microns.

La séquence typique de préparation est la suivante : compression à 15- 20 bars, désulfuration et décarbonatation par lavage à l’eau sous pression (perte de 8 % du méthane environ) ; déshydratation par procédé PSA (Pressure System Adsorption) ; déshalogénation par passage sur charbon actif, généralement perdu (incinéré) ; enfin, compression à 250-350 bars.

* Conditions économiques

Dans l’analyse économique de cette application, la ‘‘ recette ’’ est constituée des économies réalisées en comparaison d’une consommation équivalente de gazole, sachant que 1 m3 de biogaz rend les mêmes services énergétiques qu’un litre de gazole.

Les économies d’échelle sont ici aussi très importantes. Avec une chaîne de traitement d’une capacité de 50 m3/h, capable d’alimenter 8 bus ou 32 voitures, l’investissement s’élève à un peu plus de 3 MF et les frais d’exploitation à 370 kF/an, ce qui aboutit à un prix de revient du biogaz carburant de 2,11 F/m3, compétitif avec celui du gazole et permettant d’amortir l’investissement en 10 ans. A 15 m3/h, le prix de revient grimpe à plus de 5 F/m3 et l’opération ne peut pas être rentabilisée ; mais à 100 m3/h, le prix de revient s’établit à 1,50 le m3 et le temps de retour chute à 6 ans.

Ces calculs ne valent que dans l’état actuel de la fiscalité.

Or, le biogaz est un carburant particulièrement propre dont la combustion émet beaucoup moins de polluants atmosphériques que celle du gazole ou de l’essence : pas de fumées noires ni de particules, imbrûlés sans danger, réduction des émissions de CO (- 65%) et de NOx (- 30%), quasi absence d’hydrocarbures aromatiques et d’aldéhydes, C02 qui ne participe pas à l’accroissement de l’effet de serre puisque issu de la biomasse. On peut donc espérer que la future ‘‘ fiscalité écologique ’’ annoncée par le gouvernement sera de plus en plus favorable au biogaz, ce qui le rendra beaucoup plus attractif.

Une des limites de cette valorisation restera néanmoins la distance à parcourir pour que les véhicules viennent s’approvisionner ; une autre le surcoût d’adaptation des véhicules : relativement faible pour les véhicules à essence, il est encore élevé pour les Diesel (on parle de 150 kF pour un bus, avec un objectif de 90 kF à moyen terme).

* Exemples de réalisations

– À la station d’épuration de Chambéry, 14 % du biogaz produit par le digesteur de boues de 1 100 m3 sont transformés en carburant. Les 50 000 m3/an alimentent 12-15 voitures municipales équipées en bi-carburation essence/biogaz. La petite taille de cette opération pilote financée par Sinerg n’atteint pas encore le seuil de rentabilité, mais il est prévu d’augmenter à l’avenir sa capacité.

– À Lille, le projet pilote européen lancé par la Communauté urbaine (CUDL) avec la DG 17 visait à expé-rimenter un bus fonctionnant au bio-gaz produit à la station d’épuration de Marquette, en banlieue lilloise. Le procédé de préparation permet d’obtenir un biogaz à 98 % de méthane, soit un taux supérieur à celui du GNV classique (gaz naturel véhicules). L’expérience a été menée avec un bus Agora de Renault Véhicules Industriels et a démontré la viabilité économique et technique du projet. Le rapport des essais a été remis l’an dernier à la Commission européenne et l’opération pilote va désormais se transformer en exploitation industrielle.

Après appel d’offres, ce sont encore les bus Agora de RVI qui ont été choisis et il est prévu de mettre en service plusieurs dizaines de ces bus d’ici 2002.

La CUDL ne veut pas d’un projet clé en main et souhaite tout maîtriser avant l’exploitation. Elle veut ‘‘ un bus parfait avec une sécurité garantie ’’. Jusqu’à fin 1998, le travail de fiabilisation et de réduction de consommation des bus se poursuit. ‘‘ Le biogaz a un pouvoir calorifique important, souligne M. Duruy de

la CUDL; il faudrait diminuer la puissance de 250 à 200 CV, sinon les chauffeurs se croient dans des Ferrari et la consommation des bus augmente ’’.

En travaillant de pair avec l’exploitant (Transpole) et RVI,

la CUDL devrait parvenir à un projet écono-miquement intéressant. ‘‘ La première vocation de ce projet n’était pas écologique, mais économique, rappelle M. Deruy ; il faudrait encore baisser la consommation de 11 à 12 % pour qu’il soit vraiment rentable ’’.

La CUDL prépare également un cahier des charges pour la transformation du dépôt Faidherbe (bus Diesel) afin de l’adopter aux bus à biogaz en modifiant le réseau électrique et les systèmes de compression.

– À Sonzay, près de Tours, c’est du biogaz produit par la décharge de déchets municipaux qui est transfor-mé en carburant. Plusieurs alvéoles ont été spécialement aménagées pour garantir sa qualité, notamment une teneur en air inférieure à 0,5 %.

La ligne de préparation traite 10 % du biogaz émis (avec un PCI de 5 kWh/m3) et produit environ 50 m3/h de biogaz carburant, suffi-samment pour alimenter une trentai-ne de voitures des services techniques de la ville de Tours. Le temps de retour brut de l’opération est estimé à 10 ans environ. »

Les déchets de la méthanisation

 

 

L’éluat,     ou partie liquide, est épandu sur les champs   selon les   plans   d’épandage.

 

 

Le   digestat,   ou partie solide, peut être utilisé en   engrais.

 


Conclusion

Nous ne nous prononçons pas sur le taux de retour financier, qui varie considérablement selon les sources, les expériences, les situations particulières. Pour ma part, je ne suis pas spécialiste de la production de biogaz, même si je peux activer un réseau très professionnel.

Je me prononce d’autant moins sur le sujet de la rentabilité que le GIE des 3-vallées ne pourrait pleinement valoriser sa production de chaleur. Il n’y a aujourd’hui que 200 installations de méthanisation en France, pays agricole, contre 3 000 en Allemagne.

Pour citer un auteur ayant étudié la rentabilité de ces installations, « Plus c’est grand mieux c’est » (Uwe Görisch, professeur et ingénieur) : or il semble que la quantité de lisier géré par  la GIE atteigne la masse critique. En outre, ce spécialiste met en avant le fait que les rentabilités dépendent des synergies (chaleur, électricité, élimination des déchets – et notamment du méthane).

Il faut donc mettre en avant aussi le fait qu’au lisier, trop liquide, peut être associé un fumier plus solide : cela peut donc concerner d’autres agriculteurs des environs. D’autres déchets verts invalorisables peuvent l’être par cette voie (feuilles ; produits de tontes… lesquels sont transportés en général au moyen de… carburant automobile à 10 km de là, à Montfort-sur-Meu, à la déchetterie).

En conséquent, il nous semble qu’une étude spécifique doit porter sur le cas spécifique du GIE des 3-Vallées pour déterminer un retour sur investissement crédible, et envisager comment associer les agriculteurs des environs qui ont des fumiers plus solides, si bien sûr cela peut se faire sans contrarier leurs pratiques culturales et leur imposer de nouvelles obligations.

Il nous semble essentiel que l’État, ou les collectivités territoriales, supportent un tel projet s’il devait voir le jour, bref, qu’ils prennent à leur compte le coût des nouveaux aménagements.

Mais il faut souligner un point : la méthanisation ne résout en aucune manière le problème des déchets liquides, comme celui dont le taux a valu au GIE de perdre en première instance, puis en appel, auprès des cours administratives ; elle n’empêchera pas les fossés de déborder régulièrement, selon ce qui nous a été dit du moins.

Pour les associations environnementales, la méthanisation ne résout en fait que le problème de la méthanisation croissante de l’atmosphère qui devient un enjeu environnemental majeur. Pour la collectivité de Saint-Gonlay, une telle activité générerait des emplois nouveaux sur une commune victime de la déprise agricole.

Pour la revitalisation de l’économie départementale, elle permet de constituer les compétences qui seules permettront au pays de rattraper son retard dans la course économique actuelle et l’émergence du secteur de l’économie dite verte.

Mais si nous avons le soutien formalisé de la préfecture, nous pourrons peut-être tenter une médiation entre les diverses parties. L’an dernier, quand je me suis tourné vers les services préfectoraux, il m’a été dit qu’un tel spécialiste existait chez vous.

Sources

– Direction Générale de l’Énergie et des Matières Premières

– Observatoire de l’Économie de l’Énergie et des Matières Premières

– Observatoire de l’Énergie

Ademe

– Magazine Energie Plus

– Club Bio-gaz

La production de bio-gaz, Uwe Görish et Markus Helm, Ulmer, 2008

La biomasse-énergie, Alain Damien, Dunod, 2008

Énergies alternatives, sous la direction de Jean Bonal et Pierre Rossetti, Omniscience, 2007

La méthanisation, René Moletta, Lavoisier, 2008

 

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