Pour produire de l’énergie durable

Purification de biogaz avec PTC System

Les biodéchets, en se décomposant, émettent du méthane (CH₄), un gaz dont le potentiel énergétique permet de multiples applications :

·         Production de biométhane (CH₄) réinjecté dans le réseau de gaz ou utilisable sous forme de Gaz Naturel de Véhicule (GNV) en substitution au diesel ou à l’essence traditionnelle.

·         Production d’énergie (électricité, chaleur, précurseur de production d’hydrogène dans un avenir proche).

·         Production de gaz carbonique (CO₂) pur.

En méthanisation, une tonne de biodéchets produit en moyenne : ·   170 m3 de biogaz, dont 100 m3 (67,1 kg) de biométhane ·  100 m3 de biométhane, c’est l’équivalent de 720 kWh (10,83 kWh/kg de méthane) 1 tonne de biodéchets offre un potentiel énergétique équivalent à : o      190 kg de bois o        90 kg de charbon o        70 litres de fioul domestique o        L’énergie nécessaire à une voiture pour parcourir 1.000 km.

Pour 120 000 tonnes de déchets ménagers par an, soit en moyenne l'équivalent des déchets générés par 110 000 familles, la production potentielle de biométhane est d'environ 120 000 m3

  La composition des biogaz varie suivant la nature des déchets

Composants	Ordures ménagères	Boues de station d’épuration	Déchets agricoles	Déchets de l’industrie  agro-alimentaire
CH4 % vol	50 - 60	60 - 75	60 - 75	68
CO2 % vol	38 - 34	33 - 19	33 - 19	26
N2 % vol	5  -0	1-0	1 - 0	-
O2  % vol	1 - 0	< 0,5	< 0,5	-
H2O % vol	6 (à 40 ° C)	6 (à 40 ° C)	6 (à 40 ° C)	6 (à 40 ° C)
H2S mg/m3	100 - 900	1000 - 4000	3000 – 10 000	400
NH3 mg/m3	-	-	50 - 100	-
Siloxanes mg/m3	20 - 250	Traces	-	-
Organochlorés ou organofluorés mg/m3	100 - 800	-	-	-

  Les principales sources de biogaz par méthanisation

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 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 (Algues vertes, algues Sargasse, etc..)
Ces algues colonisent les bords de mer de France et des Caraïbes. Un phénomène qui ne cesse de s’amplifier.

Les Installations de stockage de déchets non dangereux (ISDND)
Une ISDND est un site conçu pour stocker des déchets ménagers et assimilés.  

Les boues de station d’épuration (STEP)
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.

  Productivité des boues de Stations d’Epuration (STEP)

La production de boues issues du traitement des eaux usées domestiques est estimée à 15 à 20 kg de Matière Sèche (MS) par personne et par an.

La méthanisation d’une tonne de boue exprimée en sec (MS) traitée en station d’épuration permet d’obtenir en moyenne

• 350 m³ de biogaz composé de 225 m³ de biométhane (CH₄) 
• 125 m³ de dioxyde de carbone (CO₂)
• 1 kg d’impuretés mineures (H₂S + traces de siloxanes)

La méthanisation d’une tonne de boue à 5% de siccité traitée en station d’épuration permet d’obtenir en moyenne

• 17 m³ de biogaz composé
• 11 m³ de biométhane
• 6 m³ de CO₂
• 0,05 kg d’impureté mineures d’impuretés mineures (H₂S + traces de siloxanes)

 PTC System est le traitement de purification du biogaz par élimination des impuretés mineures (H₂S + traces de siloxanes) pour fournir le biométhane et le CO2 purifiés.

 La purification du biogaz de boues de Stations d’Epuration (STEP) avec PTC System

PTC System est une technologie nouvellement brevetée en France avec une extension internationale pour la purification de compositions gazeuses, liquides ou sous forme d'aérosols vésiculaires contenant des polluants nuisibles à la santé et à l'environnement ou simplement malodorants.

L'innovation repose sur la mise en oeuvre d'une formulation originale, sans oxydant, qui agit sur le polluant en le transformant en composé organique bio-disponible dans un système de lavage physico-chimique.

• Les polluants sont des Composés Inorganiques Volatils (CIV)
• Les polluants sont des Composés Organiques Volatils fonctionnels (COV)

L’originalité du procédé réside d’une part dans le choix du réactif qui se combine aux polluants à traiter et d’autre part dans la destruction finale naturelle biologique aérobie en station d’épuration ne générant pas de nouvelle pollution gazeuse.

 Schéma d’installation

 

PTC System est le seul procédé permettant une purification simultanée de biométhane (CH4) et de gaz carbonique (CO2) dans un système à pression naturelle sans phases de compression/décompression.

Le module "AciWash" est destiné à la capture du sulfure d’hydrogène (H2S) et autres composés indésirables présents dans le biogaz.

Le module "AmiWash" permet de produire du biométhane de haute pureté (> 98% CH₄) et un gaz carbonique (CO₂) valorisable de grande pureté
Ce module d’épuration du biogaz consiste donc à séparer le dioxyde de carbone (CO₂) du biométhane une fois que le sulfure d’hydrogène (H₂S) et autres impuretés indésirables du biogaz auront été éliminés au niveau du module AciWash.
Le choix de la solution aqueuse d'amine apporte sa haute efficacité avec l’extraction de plus de 90 % du CO2.
De plus, l’importante stabilité de cette solution aqueuse, ainsi que ses très faibles pertes, contribuent à diminuer les coûts de fonctionnement des équipements de captage. AmiWash présente également l’avantage d’afficher une consommation d’énergie sensiblement inférieure à celle des procédés classiques, notamment pour la phase de régénération du solvant.
Le module AmiWash permet la séparation sélective entre le dioxyde de carbone (CO₂) et le biométhane (CH₄) permet d’obtenir à la fois un biométhane et un gaz carbonique de grande pureté après traitement par le module AciWash.

Le module "GasWash" complète la modification chimique des composés captés par le module AciWash avant la destruction finale en station d'épuration biologique des produits organiques de transformation formés. 
Les nouveaux composés organiques formés lors de la réaction sont digérés par le processus de bioépuration aérobie de la station d'épuration.

Les énergies locales disponibles Une partie du biogaz brut produit par la méthanisation sert de combustible pour une unité de cogénération. Les gaz de combustion du moteur de cogénération (CO2, CO, NOx, SO2, Formaldéhyde, ...) sont refroidis puis dirigés vers le module AciWash. * L'énergie thermique produite vient en complément de la chaleur récupérée sur les modules GasWash et AmiWash pour alimenter la colonne de régénération des amines. * L'énergie frigorifique est destinée au refroidissement des gaz du moteur de cogénération.

  Coûts matières pour la purification du biogaz de boues de Stations d’Epuration (STEP) avec PTC System

* Composition du biogaz purifié avant séparation:

A ce stade final de la purification des composés du biogaz

Biogaz 350 m3	Pour 1 t. boues en sec
Méthane (CH4)	64 % (225 m3)
Dioxyde de carbone (CO2)	36 % (125 m3)

* Le coût est basé sur le traitement d'une tonne de boues exprimé en sec (MS)

• Module 1 - AciWash: 4 €
• Module 2 - AmiWash: 2 € (estimé)
• Module 3 - GasWash: 20 €

Soit un coût global équivalent à 350 m³ de biogaz : 26 €

- Biométhane purifié : 225 m³ (2 227 kWh) pour: 0,115 € le m³ par tonne de boues exprimé en sec

à soit 1,16 Centimes.€ le kWh

- CO₂ purifié : 125 m³ (235 kg) pour 0,208 € le m³ par tonne de boues exprimé en sec

à soit 11 Centimes.€ le kg

  Rappel du tarif d'achat du biométhane (fevrier 2017)

·     Entre 4,5 et 9,5 cts.€/kWh pour les ISDND selon la taille.

·     Entre 6,4 et 9,5 cts.€/kWh pour les autres unités de méthanisation selon la taille.

Selon la taille de l’installation, peut s’ajouter une prime calculée en fonction de la nature des matières traitées par méthanisation (intrants) utilisés. 
Cette prime est comprise entre 2 et 3 cts.€/kWh si les intrants sont composés exclusivement de déchets ou de produits issus de l’agriculture ou de l’agro-industrie.
Elle est de 0,5 cts.€/kWh si les intrants sont exclusivement composés de déchets ménagers et varie entre 0,1 et 3,9 cts.€/kWh pour des intrants composés de boues de station de traitement des eaux usées. 
Lorsque les intrants sont « mélangés » (codigestion), la prime est pondérée, calculée au prorata des quantités d’intrants utilisés par l’installation.

  PTC System est adapté pour tout type de biogaz

Voir une étude de marché du CO2 en France