Les gisements et perspectives de biogaz/biométhane

A ce jour, Le biogaz est le résultat de la méthanisation ou digestion anaérobie de déchets fermentescibles. Le chiffre d'affaire de la valorisation énergétique du biogaz a été de 600 M€ en 2016. Le marché français du biogaz devrait plus que doubler sur les cinq prochaines années pour atteindre 920 millions d’euros en 2020, contre 390 M€ en 2015, estime une étude réalisée par Xerfi.

Biogaz et biométhane sont des énergies renouvelables en plein développement. Considérées comme étant neutres en CO2, elles ne contribuent pas à l’augmentation des gaz à effet de serre et sont ainsi des leviers indispensables pour la mise en œuvre de la transition écologique.

Biogaz et Biométhane: Quel futur ?

Selon une étude récemment présentée par l’Agence internationale de l’énergie (AIE) et l’Agence internationale pour l’énergie renouvelable (IRENA), les émissions de CO2 liées à l’énergie pourraient être réduites de 70% d’ici 2050 par la décarbonisation de l’économie énergétique.

Selon le rapport, 29 milliards d’investissements seront nécessaires d’ici 2050.

De tels investissements permettront notamment de :

• Accroître le PIB mondial d’environ 0,8% d’ici 2050
• Générer de nouveaux emplois dans les secteurs des énergies renouvelables et de l’efficacité énergétique
  (plus de 200 000 emplois à l’horizon 2030)

Le dernier article de Top Stories sur CNHIndustrial « Le rôle du biogaz dans la transition énergétique européenne » examine, selon les données de l’Agence internationale des énergies renouvelables (IRENA), la manière dont le biogaz jouera un rôle décisif dans la décarbonisation de l’économie de l’énergie.

Lancé le 6 juillet 2017, le Plan climat mondial initié par la France contient des mesures importantes, dans le prolongement de la transition énergétique, qui priorisent la neutralité carbone d’ici 2050.

Parmi les propositions françaises:

• la fin des voitures diesel et essence d’ici 2040,
• le passage massif aux énergies renouvelables, la fin des énergies fossiles, la diminution de la part du nucléaire.

Un doublement de la production européenne envisagé d’ici 2030 Une étude réalisée pour le compte de la Commission européenne a estimé le potentiel de production de biogaz à partir de déchets entre 30 et 40 Mtep d’ici 2030 soit de l’ordre de 3 % de la consommation européenne d’énergie et environ 10 % de celle de gaz à cet horizon. Pour la France, le potentiel est estimé à 4 Mtep en 2030, volume équivalent à celui du Royaume-Uni ou de l’Italie. Une étude de l’Ademe de 2013 a évalué le potentiel mobilisable en méthanisation à 4,3 Mtep (56 TWh) en 2030 soit un volume du même ordre que celui retenu par l’étude européenne. Certaines analyses tablent sur un potentiel de plus de 8 Mtep (100 TWh) d’ici 2040.

Avec le Plan Climat, la France accélère l’application opérationnelle de l’Accord de Paris et dépassera ses objectifs à travers six axes :

• Rendre irréversible la mise en œuvre de l’Accord de Paris;
• Améliorer le quotidien de tous les Français;
• En finir avec les énergies fossiles et s’engager dans la neutralité carbone;
• La France n°1 de l’économie verte;
• Encourager le potentiel des écosystèmes et de l’agriculture;
• Intensifier la mobilité internationale sur la diplomatie climatique.

La transition écologique repose largement sur la transition énergétique, il faut donc œuvrer pour réduire les besoins (en énergie) dans plusieurs secteurs : bâtiments, transports, industrie, consommation », explique Benoît Hartmann du CLER-Réseau pour la transition énergétique.

Les principales sources de biogaz

Au-delà des nouveaux mécanismes de soutien publics attendus par les acteurs du marché, c’est avant tout « la structuration de la filière qui s’impose comme une nécessité.
Les intrants, sources les plus courantes de biogaz (contenant le biométhane), proviennent des stockages de matière organique volontaires ou involontaires qui trouvent leur origine dans: 

Les effluents d'élevage (Lisiers, fumiers)

• Les lisiers (composés des déjections liquides et solides des animaux)
• Les fumiers (mélange du lisier avec la litière des animaux : paille, foin...).
  Ils représentent la majeure partie des effluents.

Les effluents d’élevages sont issus des activités d’élevages, notamment bovins et porcins, et sont localisés au niveau des bâtiments d’élevage.

Les cultures énergétiques
Ce sont des cultures cultivées essentiellement à des fins de production d’énergie. Elles peuvent servir d’intrants dans les unités de méthanisation qui utiliseront le pouvoir énergétique de ces plantes.

Les cultures intermédiaires à vocation énergétique (CIVE) & les cultures intermédiaires pièges à nitrates (CIPAN)

• Une culture intermédiaire à vocation énergétique (CIVE) est une culture implantée et récoltée entre deux cultures principales dans une rotation des cultures.
  Les CIVE peuvent être récoltées pour être utilisées en tant qu’intrant dans une unité de méthanisation agricole.
• Une culture intermédiaire piège à nitrates (CIPAN) est une culture temporaire de plantes à croissance rapide destinées à protéger les parcelles entre deux cultures principales.
  Ces couverts sont obligatoires dans certaines régions ou zones à cause de la pollution des nitrates.
  En les utilisant pour leur croissance, les plantes du couvert piègent les nitrates restant à l’issue de la culture principale précédente.

Les déchets de cultures
Déchets du milieu agricole provenant des cultures (exemple : canne de maïs).

Les boues et co-produits des industries agro-alimentaires
Les industries agro-alimentaires génèrent toutes sortes de coproduits au cours des processus technologiques qu’elles utilisent afin d’élaborer leurs produits finis (produits laitiers, viandes, produits du grain, fruits et légumes, etc.).
Dès lors que le produit est valorisé il s’appellera « coproduit».
Les boues d’origines agro-industrielles proviennent des abattoirs, laiteries, fromageries, biscuiteries, brasseries, conserveries, etc.

Les sous-produits animaux (SPA)
Le règlement européen (CE) n°1069/2009 classe les sous-produits animaux en trois catégories.
Il définit la manière dont les matières de chaque catégorie doivent ou peuvent être éliminées ou valorisées pour certains usages dans le souci de maintenir un niveau élevé d’hygiène.

Les déchets ménagers
Il s’agit des déchets issus des ménages et des déchets assimilés.
Les déchets produits par les services municipaux, déchets de l’assainissement collectif, déchets de nettoyage des rues, de marché ne relèvent pas de ce périmètre.

Les déchets verts (DV)
Un déchet vert désigne un déchet végétal résultant de l’entretien et du renouvellement des espaces verts publics et privés (parcs et jardins, terrains de sports, etc.), des collectivités territoriales, des organismes publics et parapublics, des sociétés privées et des particuliers.

Autres déchets (Boues de STEP, etc.)
Les boues traitées dans les stations d’épuration des eaux usées urbaines sont issues de l’activité humaine.
Leur valorisation pour la production de biométhane est autorisée depuis 2014.

Les perspectives de croissance de la filière biogaz/biométhane

Dans le cadre de la Transition Energétique, le gouvernement a fixé des objectifs biométhane ambitieux à court et moyen termes (1,7 TWh en 2018 et 8,0 TWh en 2023).
Cette croissance devrait continuer après 2023 avec des perspectives entre 12 et 30 TWh d’injection annuelle d’ici 2030.

Le biométhane est aujourd’hui principalement produit à partir des déchets ménagers et des boues de STEP. Néanmoins, encore minoritaires, les déchets issus du monde agricole devraient représenter le principal relai de croissance d’ici 2030.

Le biométhane, issu de la méthanisation, est la première technologie de production de gaz renouvelable, dès à présent mature. À moyen et long terme, de nouveaux procédés de production de biométhane vont se développer :

• la gazéification de la biomasse sèche et des CSR (Combustibles Solides de Récupération) ;
• le Power-to-gas, c’est-à-dire la production d’hydrogène par électrolyse de l’eau à partir d’EnR électriques et sa valorisation, soit par injection directe dans le réseau, soit après conversion en méthane de synthèse par méthanation ;
• la valorisation des microalgues.
  Concentrée autour des secteurs chimie-raffinage-pétrochimie, alimentation animale et services de l’environnement, la filière biométhane issu des microlagues possède un potentiel dès 2020 estimé entre 1 et 9 TWh/an.

Forte du patrimoine forestier et agricole français, la filière biométhane de gazéification possède un potentiel de plus de 100 TWh/an à horizon 2020 et de plus de 250 TWh/an à horizon 2050.

La pyrogazéification est un procédé thermochimique permettant d’obtenir le syngaz (un gaz de synthèse) à partir de biomasse ou de déchets préparés (CSR).
Le syngaz produit est ensuite traité en vue de la production d’électricité, de chaleur ou de méthane de synthèse injectable dans le réseau.
Le gaz ainsi obtenu est appelé « biométhane de deuxième génération », si ce dernier est généré à partir d’intrants renouvelables et « méthane de récupération » lorsqu’il est généré à partir de la fraction non renouvelable des CSR (déchets).

Très différents des procédés de méthanisation, les procédés de pyrogazéification peuvent apporter des réponses innovantes, performantes et complémentaires de la méthanisation.
Ils permettent d’optimiser la valorisation énergétique de nombreuses biomasses et déchets aujourd’hui non valorisables sous forme de matière ou difficiles à traiter. En plus des nombreux atouts techniques et environnementaux des procédés de pyrolyse et gazéification, la filière «injection dans les réseaux » permet de :

• Contribuer, aux côtés du biométhane issu de méthanisation, à l’atteinte de l’objectif de 10% de gaz renouvelable consommé en 2030, fixé par la Loi sur la Transition Energétique.
• Développer une filière nouvelle permettant de traiter des typologies de biomasses non alimentaires, plus difficilement valorisables par méthanisation (résidus agricoles non fermentescibles, biomasse ligno-cellulosique...).
• Proposer une alternative à la production d’électricité et de chaleur, avec des rendements a priori plus intéressants, en se libérant de toute contrainte saisonnière d’évacuation de la chaleur, et en adaptant les installations aux volumes des intrants disponibles dans les territoires.
• Contribuer à l’optimisation de la politique territoriale de gestion des déchets avec la valorisation énergétique de CSR (production de méthane de synthèse partiellement renouvelable), mais avec un rendement énergétique plus intéressant, et des rejets atmosphériques nettement moindres que l’incinération.
• Aider au développement de l’économie circulaire : produire dans les territoires une énergie renouvelable (ou de récupération, s’il s’agit de CSR) non intermittente, à un prix maîtrisable améliorant l’indépendance énergétique de la France.

Cette filière, dont les premiers projets sont attendus à partir de 2020, complétera donc à l’avenir efficacement les quantités de gaz renouvelable attendues de la production par méthanisation.
En effet, l’étude approfondie menée par GRDF en 2013, conclut à un potentiel technique de production de biométhane via gazéification variant de 150 à 250 TWh/an sur la période 2030 - 2050 (selon le scénario envisagé).

Même si ces chiffres restent à confirmer par des études complémentaires, et que la technologie d’épuration du gaz de synthèse nécessite encore des validations techniques, ces estimations démontrent néanmoins tout l’intérêt de la filière injection pyrogazéification au regard des objectifs du Grenelle de l’Environnement, au même titre que le biométhane produit par méthanisation.

P.T.C. System avec son Procédé GasWash s'inscrit dans un nouveau concept de purification de biogaz/biométhane

Le procédé GASWASH propose une solution technique qui permet aujourd’hui aux producteurs de biogaz de le valoriser efficacement en biométhane par son procédé d’épuration.
La technologie utilisée permet d'éliminer durablement le dioxyde de carbone (CO2 recyclable), et d'éliminer dans la même opération N2, O2, H2O, H2S, NH3, Siloxanes, Organochlorés ou Organofluorés.

La filière Power-to-gas hydrogène, à partir de la méthanisation, devrait logiquement trouver sa place dans un avenir proche.

http://www.grtgaz.com/

http://france-biomethane.fr/

http://petrole-et-gaz.fr/

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