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Production de Biogaz Production de Biogaz… … L L’ ’Allemagne en Allemagne en é ébullition bullition… … La France en fr La France en fré émissement ! missement ! Octobre 2006 Octobre 2006 BIOMASSE BIOMASSE Mati Matiè ère organique fra re organique fraî îche che (d (dé éjections, d jections, dé échets verts, v chets verts, vé ég gé étaux) taux) Hydrolyse et acidification Mati Matiè ère organique soluble re organique soluble Acétogénèse Acide ac Acide acé étique tique Méthanogénèse Biogaz + Biogaz + digestat digestat Processus de production de biogaz Processus de production de biogaz 2 2 Biogaz : composition, production, utilisation… Le biogaz est un mélange contenant principalement du méthane (50 à 70%), du dioxyde de carbone, de l’eau, de l’azote, de l’hydrogène sulfuré et de l’oxygène. Du fait d’une forte concentration en méthane, le biogaz est un bon fournisseur d’énergie (1m3 de biogaz a un pouvoir calorifique de 6 kWh soit l’équivalent de 0,6 l de fuel). Le biogaz est obtenu par fermentation anaérobie de matières organiques d’origine végétale ou animale. La dégradation des substances organiques se déroule en plusieurs étapes sous l’action de populations bactériennes (Cf. schéma ci-contre). Ce processus s’observe fréquemment dans certains milieux naturels comme par exemple les marais (« gaz de marais »). Il peut être initié artificiellement dans des enceintes closes (digesteurs) où sont associés des substrats organiques solides ou liquides et des cultures bactériennes. Les différentes réactions fermentaires sont alors contrôlées et optimisées. Mati Matiè ères premi res premiè ères res Digesteur Digesteur Post Post- -digesteur digesteur Stockage Stockage du du digestat digestat É Épandage pandage du du digestat digestat Biogaz Biogaz (dont m (dont mé éthane) thane) É Électricit lectricité é Chaleur Chaleur Installation de m Installation de mé éthanisation thanisation (principe et fonctionnement) (principe et fonctionnement) Moteur Moteur à à gaz gaz Le rendement en biogaz dépend de la nature du substrat fermenté (composition et teneur en eau), de la durée de fermentation et des conditions de fermentation. En règle générale, la durée totale de fermentation varie entre 60 et 80 jours (digesteur et post- digesteur). Un brassage régulier doit avoir lieu pour homogénéiser le substrat et favoriser la production de biogaz. Enfin, l’activité bactérienne est optimale lorsque la température est de 38°C et le pH compris entre 7,5 et 8. 3 3 Rendement en biogaz selon le type de mati Rendement en biogaz selon le type de matiè ère organique re organique Source : IUSE Source : IUSE - - Allemagne Allemagne L L’é ’épandage du pandage du digestat digestat Source : Fachverband biogas 4 4 Au terme de la fermentation des matières organiques, on obtient un digestat qui, après maturation, s’apparente à un compost liquide, plus fluide que du lisier et quasiment inodore. Sa valeur fertilisante étant intéressante (forte proportion d’azote ammoniacal), il peut remplacer partiellement ou en totalité l’engrais minéral. En utilisant un séparateur de phase, il est possible d’obtenir un produit solide qui s’emploie comme un amendement de fond et un produit liquide utilisable comme un engrais liquide. Le choix de la biomasse qui va être fermentée est important. Pour maximiser la production de méthane, il est souhaitable d’utiliser des produits riches en graisses, en hydrates de carbone et en protéines. Les produits ligneux (bois, branchage) ne sont pas utilisables car non dégradés par les bactéries. Outre le type de matière organique utilisé, le mode d’incorporation (fréquence et quantité) est un élément crucial pour le bon fonctionnement de l’installation. Une alimentation du digesteur mal gérée et déséquilibrée peut engendrer un dysfonctionnement du complexe bactérien voire un blocage du digesteur en cas d’acidose (pH < 7). Un digesteur en acidose doit être vidangé et il ne redevient vraiment productif que 12 à 15 semaines plus tard ! Même si elles sont peu méthanogènes, les déjections animales sont intéressantes à utiliser car elles permettent de régénérer les populations bactériennes (bactéries présentes dans le lisier). S’agissant des matières organiques végétales issues de l’agriculture, l’ensilage de maïs obtient le meilleur rendement en biogaz à l’hectare. Il devance la betterave et se positionne donc comme une culture énergétique leader. 7600 95 80 Herbe 10250 205 50 Ensilage de maïs 10000 100 100 Betterave fourragère 6500 500 13 Blé, plante entière 6450 430 15 Epis de maïs 5280 660 8 Grain de blé 4950 110 45 Pommes de terre Rendement en gaz (m3/ha) Rendement en gaz (m3/t) Rendement brut (t/ha) Culture Source : IUSE Source : IUSE - - Allemagne Allemagne 5 5 Source : IUSE Source : IUSE - - Allemagne Allemagne Biogaz et environnement Biogaz et environnement… … G Gé én né érateur fonctionnant au m rateur fonctionnant au mé éthane thane Source : Fachverband biogas 6 6 D’autres filières sont en phase de développement, cela concerne principalement la production de biocarburants. D’après les résultats de certains travaux de recherche, le biogaz issu d’un hectare de maïs permet de produire suffisamment de carburant pour faire parcourir 70 000 km à une automobile. Les utilisations du biogaz Le méthane issu du biogaz est utilisé comme source énergétique dans de nombreuses applications. Certaines d’entre elles sont largement développées et l’offre industrielle et commerciale est solidement établie. Il s’agit notamment de : 9 la production de chaleur sous forme d’eau chaude ou de vapeur, 9 la production d’air chaud pour le séchage, 9 la production d’électricité par moteur ou turbine à gaz, 9 la production combinée d’électricité et de chaleur par cogénération. Biogaz et environnement La production et l’utilisation du biogaz ont un impact positif sur l’environnement. En effet, le biogaz se substitue très fréquemment aux énergies fossiles ce qui contribue à réduire les émissions de gaz à effet de serre, responsables en partie du dérèglement climatique. Au cours de leur transformation, les matières organiques végétales utilisées directement ou indirectement pour produire du biogaz émettent la même quantité de CO2 que celle absorbée pendant leur croissance ou leur production. Dès lors, l’utilisation de la biomasse, continuellement renouvelable, engendre un processus de cycle. L’émission de CO2 est maîtrisée et stabilisée. De plus, dans le cas des effluents d’élevage, la production de biogaz permet de limiter considérablement les rejets de méthane qui est l’un des principaux gaz à effet de serre (l’effet du méthane est 25 fois plus important que celui du CO2). 7 7 La filière biogaz allemande en quelques chiffres : ☺2 700 installations produisant du biogaz ont été répertoriées à la fin de l’année 2005 en Allemagne (dont 2000 installations agricoles). ☺La puissance électrique totale provenant de ces installations atteint 650 mégawatts. ☺L’Allemagne comptera 40 000 installations de biogaz en 2020. ☺Avec la production de biogaz, l’Allemagne dispose, à ce jour, d’un potentiel énergétique annuel équivalent à 18 millions de tonnes équivalent pétrole. ☺Aujourd’hui la filière biogaz allemande permet une réduction des émissions de gaz à effet de serre de l’ordre de 2,5 millions de tonnes équivalent CO2. En 2020, la réduction atteindra 60 millions de tonnes équivalent CO2. ☺Le secteur du biogaz allemand a investi près de 650 millions d’euros dans la construction d’installations et a créé 8 000 emplois. ☺Le chiffre d’affaires de la branche biogaz devrait augmenter pour atteindre 7,5 milliards d’euros en 2020 et 85 000 emplois seront alors générés. ☺Près des 2/3 du chiffre d’affaires du secteur biogaz revient directement aux régions (Länder). ☺L’électricité produite à partir du biogaz engendre un surcoût minime pour le consommateur final de 0,001 €/kWh. 8 8 Biogaz : le contexte allemand La bioénergie est une énergie renouvelable très développée Outre-Rhin. Les principales applications sont la combustion de la biomasse solide dans des chaufferies et la fermentation de matières bioénergétiques liquides ou solides dans des installations de production de biogaz. La combustion du biogaz collecté permet de générer de la chaleur et de l’électricité par cogénération. Le secteur allemand fait figure de leader mondial dans le domaine de la production de bioénergie. Les compétences des entreprises allemandes en matière de conception, de construction, de mise en service et de maintenance des installations de production de biogaz sont unanimement reconnues. De même, la longue expérience dans la gestion commerciale et la biologie des processus fermentaires sont un gage de succès pour l’exploitation et la rentabilité des installations germaniques. Un cadre réglementaire qui encourage le développement de la bioénergie. La législation allemande encourage le développement de la bioénergie de manière décisive grâce, principalement, à trois outils de promotion : ¾ La loi sur les énergies renouvelables (Erneuebare Energien-Gesetz), ¾ Le Programme d’incitation de marché en faveur des énergies renouvelables, ¾ Un système de déduction fiscale pour l’emploi des biocarburants. 9 9 Bilan et perspectives économiques de la filière biogaz en Allemagne Bilan et perspectives du nombre d’installations et de la production électrique générée par le biogaz en Allemagne Source : Fachverband Biogas Source : Fachverband Biogas 10 10 Le but de la loi sur les énergies renouvelables est de favoriser la production d’électricité à partir des différentes sources de bioénergie de façon à atteindre le seuil minimum de 20% sur le marché de l’électricité à l’horizon 2020. L’élément moteur est un tarif minimal uploads/Industriel/ biogaz.pdf