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Projet-DIS n° : 36066 Contrat-DIS n° : 75845 Programme de recherche énergétique

Projet-DIS n° : 36066 Contrat-DIS n° : 75845 Programme de recherche énergétique Biomasse Par ordre de Office fédéral de l'énergie Rapport final février 2002 Valorisation énergétique (biogaz) d’huiles comestibles usagées par codigestion avec différents déchets d’origine agroalimentaire Rédigé par Yves Membrez; Hélène Fruteau de Laclos EREP SA Chemin du Coteau 28,1123-Aclens Projet-DIS n° : 36066 Contrat-DIS n° : 75845 Programme de recherche énergétique Biomasse Par ordre de Office fédéral de l'énergie Mandant Programme de recherche énergétique Biomasse Office fédéral de l'énergie Mandataire EREP SA Chemin du Coteau 28, 1123 Aclens Auteurs Yves Membrez Hélène Fruteau de Laclos Cette étude a été accomplie sur mandat de l’Office fédéral de l’énergie. Les auteurs sont seuls responsables du contenu et des conclusions. Office fédéral de l'énergie Worblentalstrasse 32, CH-3063 Ittigen • Adresse postale : 3003 Berne Tél. 031 322 56 11 • Fax 031 323 25 00 • office@bfe.admin.ch/bfe • www.admin.ch/bfe Distribution ENET Egnacherstrasse 69, CH-9320 Arbon Tél. 071 440 02 55 • Fax 071 440 02 56 • mailto:enet@temas.ch Ont collaboré à cette étude Yves Membrez Direction du projet, enquêtes, évaluation industrielle EREP SA. Chemin du Coteau 28. CH-1123 Aclens yves.membrez@erep.ch Dr Hélène Fruteau de Laclos Coordination de l'expérimentation sur pilote EREP SA. Chemin du Coteau 28. CH-1123 Aclens helene.fruteau@erep.ch Dr Jean-Paul Schwitzguébel Supervision scientifique, bibliographie EPFL – Laboratoire de biotechnologie environnementale. CH-1015 Lausanne jean-paul.schwitzguebel@epfl.ch Aurélie Chappaz Suivi technique et mise à disposition du digesteur-pilote VA TECH WABAG SUISSE SA, Bureau Suisse Romande. Rue des Deux-Gares 6. CH-1800 Vevey aurelie.chappaz@vatech.ch Romolo Cicciarelli Analyses; rédaction des méthodes analytiques Ecole d'Ingénieurs du Valais. Route du Rawyl 47, CH-1950 Sion 2 romolo.cicciarelli@eiv. ch Antoine Fornage Analyses; rédaction des méthodes analytiques Ecole d'Ingénieurs du Valais. Route du Rawyl 47, CH-1950 Sion 2 antoine.fornage@eiv.ch Luc Favre Assistance technique et contrôle de l'expérimentation sur pilote Station d'épuration de Châteauneuf-Sion. Av. Maurice Trolliet. CH-1950 Sion Narcisse Beney Assistance technique, exploitation de l'installation-pilote Station d'épuration de Châteauneuf-Sion. Av. Maurice Trolliet. CH-1950 Sion ainsi que lors de la phase 1 (janvier à septembre 2001) Nadia Zoppi EREP SA. Chemin du Coteau 28. CH-1123 Aclens François-Régis Mahrer DIGESTO SA. 8, rue de Genève. CH-1125 Chêne-Bourg Valérie Blanchard EPFL – Laboratoire de biotechnologie environnementale. CH-1015 Lausanne Résumé Valoriser par codigestion des huiles comestibles usagées avec des sous-produits agricoles ou agroalimentaires sans risques pour la santé humaine ou animale, et évaluer la faisabilité technico-économique d'un tel système, tels étaient les enjeux du présent projet. A l’issue de la première phase de recherche bibliographique, un état de l’art a été réalisé sur la digestion des graisses en Suisse et en Europe. Les différents cosubstrats possibles ont été examinés, tant du point de vue biologique que du point de vue économique et stratégique. Le choix s’est finalement porté sur des déchets alimentaires de restauration collective, utilisés aujourd’hui pour l’affouragement porcin. Le concept proposé ouvre une nouvelle perspective pour la production de biogaz à partir de ces déchets dont la filière actuelle de valorisation est compromise par les nouvelles directives de l’Union Européenne. Une deuxième phase expérimentale a consisté à définir les possibilités et les limites de la codigestion des huiles avec le cosubstrat. Cette partie a été réalisée dans un bioréacteur pilote de 690 litres. Les résultats ont montré que la codigestion des huiles avec les déchets de restauration est possible avec des performances intéressantes, pour autant que la proportion d’huiles soit limitée à 15% de la matière sèche du mélange. La production de biogaz a atteint 400- 450 litres par kg DCO introduite, avec 60-65% CH4. Dans la troisième partie de l’étude, un cahier des charges a été établi à partir des résultats précédents, afin de consulter des constructeurs d’installations de codigestion. Une simulation économique a été réalisée sur la base de l’offre la plus complète . Il apparaît que le résultat net du traitement est de + 3085 CHF par année, pour une installation traitant 9000 tonnes de déchets alimentaires et 200 tonnes d’huiles comestibles usagées. La filière de traitement proposée permet donc de valoriser sous forme d’énergie renouvelable, les huiles comestibles usagées avec un cosubstrat lui-même problématique à moyen terme, et ce dans des conditions économiques favorables. Zusammenfassung Gegenstand des vorliegenden Projektes ist die für Mensch und Tier risikolose Aufbereitung gebrauchter Speiseoele mittels Co-Vergärung und unter Zumischung von Abfallprodukten der Landwirtschaft- und Nahrungsmittelindustrie sowie die Prüfung der wirtschaftlich und technischen Durchführbarkeit eines solchen Projektes. Während der ersten Phase wurde der Ist-Zustand der Fettvergärung in der Schweiz und in Europa bibliographisch erfasst. Die verschiedenen möglichen Co-Substrate wurden sowohl biologisch als auch aus wirtschaftlicher und strategischer Sicht geprüft. Die Wahl fiel schlussendlich auf Speiseabfälle der Gastronomie, welche bisher in der Schweinemast weiterverwendet wurden. Das vorgeschlagene Projekt öffnet der Verwertung von Speiseresten, welche zur Zeit durch neue EU-Richtlinien behindert wird, neue Perspektiven. In der zweiten Phase wurden mittels verschiedenen Tests die Möglichkeiten und Grenzen der Co-Vergärung der Oele mit Co-Substraten praktisch überprüft. Diese Tests wurden in einem Pilot-Bioreaktor (690 Liter) durchgeführt. Die Resultate haben gezeigt, dass die Co-Vergärung von Oelen unter Zugabe von Speiseresten gute Werte erzielt, unter der Bedingung dass der Oelanteil 15% der getrockneten Masse nicht übersteigt. Die gesamte Biogasproduktion war 400- 450 l/kg CSB in, mit 60-65% CH4. Die Dritte Studienphase umfasste die Erstellung eines Pflichtenheftes, basierend auf den erhaltenen Resultaten, für die Konstrukteure solcher Co-Vergärungsanlagen. Während derselben Phase wurden Offerten zur Realisierung solcher Anlagen eingeholt. Die ausführlichste dieser Offerten diente als Basis einer Wirtschaftlichkeitsstudie. Aufgrund dieser Planrechnungen kann bei einer Anlage, ausgelegt auf 9000 t Speiseabfälle und 200 t gebrauchter Speiseoele, mit einem Nettoerlös von + CHF 3500.– p.a. gerechnet werden. Die Vorgeschlagene Lösung erlaubt demzufolge eine wirtschaftlich interessante Möglichkeit der Wiederverwertung, in Form von erneuerbarer Energie, von gebrauchten Speiseoelen und Co- Substraten deren Entsorgung ihrerseits mittelfristig problematisch wird. Summary The aim of this project was the valorisation of used edible oil by co-digestion together with agricultural of food waste, without any risk for human and animal health. It included the technical economical aspects. In the bibliographic part a state of the art on fat digestion in Switzerland and Europe was done. The possible co-substrates were examined, under a biological aspect as well as economical and strategic aspects. Food waste from restaurants and canteens, that are used up to now for pig feeding, were retained. The co-digestion gives a new perspective for the valorisation of this kind of waste, whose traditional way of valorisation is compromised by the new EU directives. The experimental part aimed to define the possibilities and limits for the co-digestion of used edible oil with food waste as co-substrate. The study was done in a 690 litres bio-reactor. The results showed that co-digestion of edible oil with food waste is feasible with interesting performances, il oil doesn't account for more than 15% of the mixture (on dry matter). Biogas production amounted to 400-450 litres per kg input COD, with 60-65% CH4. Based on the observed results a tender document was done, in order to consult manufacturers of co-digestion plants. An economical simulation was realised on the basis of the most complete offer. This simulation revealed that a benefit of CHF 3500.– per year can be obtained for a plant processing 200 t/y edible oil and 9000 t/y food waste. Co-digestion allows for valorisation of edible oil, together with a co-substrate whose traditional utilisation will not be possible in the future. It leads to the production of renewable energy, with a positive economical balance. Table des matières 1. Situation initiale_________________________________________________7 2. Objectif de l'étude et démarche ____________________________________8 3. Etude bibliographique ____________________________________________9 3.1 Les résidus gras _____________________________________________________9 3.2 Producteurs et collecteurs des huiles comestibles usagées___________________10 3.2.1 Collecteurs et transformateurs ______________________________________11 3.2.2 Coûts _________________________________________________________11 3.3 Biométhanisation des lipides organiques __________________________________12 3.4 Substrats et cosubstrats ______________________________________________12 3.4.1 Purin et lisier ___________________________________________________13 3.4.2 Contenu de panse et sang de bovin _________________________________14 3.4.3 Déchets de restauration collective __________________________________14 3.5 Technologie de la méthanisation ________________________________________15 3.6 La méthanisation des graisses en Europe_________________________________16 3.6.1 Expérience danoise______________________________________________16 3.6.2 Expérience allemande ___________________________________________16 3.6.3 Expérience autrichienne__________________________________________17 3.7 Cadre légal _________________________________________________________17 3.7.1 En Suisse______________________________________________________17 3.7.2 Dans l'Union Européenne _________________________________________18 4. Etude expérimentale____________________________________________20 4.1 Introduction_________________________________________________________20 4.2 Matériel et méthodes _________________________________________________20 4.2.1 L'installation pilote ______________________________________________21 4.2.2 Mesure et suivi__________________________________________________22 4.2.3 Méthodes d'analyse______________________________________________22 4.2.4 Paramètres de fonctionnement _____________________________________22 4.3 Caractérisation des substrats __________________________________________23 4.3.1 Les déchets alimentaires de restaurants ______________________________23 4.3.2 Les huiles _____________________________________________________23 4.4 Résultats de la codigestion ____________________________________________24 4.4.1 Démarrage de la codigestion ______________________________________24 4.4.2 Période 1 : fonctionnement avec les lavures seules _____________________25 4.4.3 Période 2 : addition 12 à 19% d'huiles – Charge totale : 5 g DCO/l · j _______26 4.4.4 Période 3 : addition 25% d'huiles – Charge totale : 6 g DCO/l ·j____________26 4.4.5 Période 4 : arrêt des huiles – Charge totale de 3.5 g g DCO/l · j ____________27 4.4.6 Période 5 : addition 10 à 17% d'huiles – Charge totale 3 g DCO/l · j ________28 4.4.7 Période 6 : addition 21% d'huiles – Charge totale 3 g DCO/l · j ____________28 4.4.8 Période 7 : addition 14% d'huiles et ajout d'émulsifiant __________________29 4.5 Bilans entrée-sortie __________________________________________________29 4.5.1 Rendement de dégradation de la uploads/Management/ valorisation-energi-biogaz-huile-usagee-codigestion-avec-diff-dechets-agroaliment.pdf