Comprendre le Biogaz et le Biométhane : de sa production à sa valorisation
Guide complet sur le biogaz : définition, production, applications, différences avec le biométhane…
1) Qu’est ce qu’est le biogaz ?
Le biogaz est principalement produit par la fermentation d’éléments organiques grâce à l’action de micro-organismes. Ce processus, appelé méthanisation, se produit naturellement dans divers environnements tels que les marais, les rizières, les sols et même les intestins des mammifères. Aujourd’hui maîtrisé par l’homme, il offre la possibilité de valoriser nos déchets tout en substituant certaines sources d’énergie fossiles.
Le biogaz se compose de :
- 50 à 80% de méthane,
- 15 à 45% de dioxyde de carbone,
- 5% d’autres gaz comme de l’azote, du monoxyde de carbone, du sulfure d’hydrogène, des composés organiques volatiles (COV), de l’ammoniac…
La composition du biogaz peut fortement varier en fonction du type d’intrant.
2) Comment est valorisé le biogaz ?
Le biogaz offre diverses applications :
- Injection dans le réseau de gaz naturel : Le biogaz, une fois transformé en biométhane, peut être injecté dans les réseaux de gaz naturel existants après un processus d’épuration.
- Production de chaleur : Le biogaz est utilisé comme combustible dans une chaudière pour produire de la chaleur. Cette chaleur est idéalement utilisée à proximité de la source de production pour minimiser les pertes thermiques.
- Production d’électricité : Le biogaz est brûlé pour alimenter un générateur qui produit de l’électricité.
- Cogénération : Cette méthode combine le production d’électricité et de chaleur. L’électricité est générée par un générateur tandis que la chaleur récupérée à partir du système de refroidissement et des gaz d’échappement pour être valorisée localement.
- Production de carburant pour véhicules : Après purification pour éliminer certains composants, le biogaz est transformé en biométhane, similaire au gaz naturel pour véhicules (GNV). Cette utilisation est principalement observée dans les flottes captives telles que les transports urbains.
Les résidus non digérés par les bactéries (digestats) peuvent être traités pour éliminer les agents pathogènes avant d’être utilisés comme engrais agricole, remplaçant ainsi les fertilisants chimiques.
3) Comment se produit le biogaz ?
La création du biogaz repose sur le processus appelé méthanisation. En effet, le biogaz est produit par la décomposition de matières organiques en l’absence d’oxygène. La méthanisation est un processus naturel qui se produit dans des conditions anaérobies, c’est-à-dire que les matières organiques sont placées dans un environnement privé totalement d’oxygène.
Le biogaz est obtenu à partir d’une méthanisation au cours de laquelle des micro-organismes digèrent, dans des récipients scellés appelés méthaniseurs :
- des résidus organiques des déchets agricoles,
- les produits issus de l’élevage,
- les substances organiques telles que le bois, la paille, les eaux usées et la fraction organique des déchets solides municipaux.
À la fin de ce processus, le biogaz est alors produit ainsi que du digestat qui correspond au résidu de la fermentation. Le digestat est une matière liquide, totalement inodore et de très haute qualité qui peut être utilisé comme un engrais agricole.
4) Comment le biogaz devient du biométhane ?
Le processus de purification du biogaz pour le transformer en biométhane implique généralement plusieurs étapes clés :
- Élimination des impuretés solides et liquides : Le biogaz brut est d’abord filtré pour éliminer les particules solides et les gouttelettes de liquide, qui pourraient endommager les équipements et affecter la qualité du biométhane.
- Déshydratation : L’eau présente dans le biogaz est éliminée pour éviter la corrosion des équipements et améliorer la qualité du biométhane. Cela peut être réalisé par des méthodes de condensation, d’adsorption ou d’autres techniques de déshydratation.
- Élimination du sulfure d’hydrogène (H2S) : Le sulfure d’hydrogène est un composé toxique et corrosif présent dans le biogaz. Il est éliminé via des processus de désulfuration, tels que l’absorption chimique ou l’oxydation catalytique, pour assurer la sécurité des opérations et la durabilité des équipements.
- Élimination du dioxyde de carbone (CO2) : Bien que le CO2 ne soit pas aussi nuisible que le H2S, son élimination est souvent nécessaire pour augmenter la pureté du biométhane. Cela peut être réalisé par des méthodes d’absorption, de cryogénie ou de séparation membranaire.
- Compression : Une fois que le biogaz est purifié et débarrassé de ses impuretés, il est souvent comprimé pour augmenter sa densité énergétique, facilitant ainsi son stockage, son transport et son utilisation ultérieure.
En combinant, ces différentes étapes de purification, le biogaz peut être transformé en biométhane de haute qualité, principalement composé de méthane et prêt à être utilisé comme carburant ou à être injecté dans le réseau de gaz naturel.
5) Quelle technique utilisée pour l’analyse du biogaz et du biométhane ?
Afin de déterminer la qualité du biométhane produit, SRA Instruments recommande l’utilisation de la technique MicroGC via ses instruments R990 et R990M.
Pour plus de détails sur la MicroGC R990, cliquer ici.
En effet, cette technique de Micro-chromatographie en phase gazeuse est idéale pour déterminer la qualité du biométhane, son pouvoir calorifique, ses impuretés, mais également pour vérifier la bonne adjonction de l’odorant THT.
Sa compacité a été rendue possible grâce à la technologie du micro-usinage, qui permet la conception de structures similaires à la production des puces de l’industrie des semi-conducteurs. La réduction de la taille des instruments facilite leur transport et leur installation à proximité des points d’échantillonnage.
La modularité des systèmes MicroGC offre la possibilité d’utiliser différents canaux analytiques dans un seul instrument, ce qui accroît la flexibilité et présente des avantages économiques. De plus, grâce à cette conception modulaire, l’utilisation de colonnes chromatographies de diamètre plus petit est rendue possible, ce qui permet des séparations analytiques plus rapides de l’ordre de 1 à 3 minutes.
Son excellente sensibilité provient de l’utilisation d’un détecteur µTCD miniaturisé, qui mesure la conductivité thermique des gaz en sortie des colonnes. Ce détecteur universel peut détecter à la fois les composés organiques et inorganiques, nécessitant seulement un minimum de gaz vecteur avec une consommation très faible.
6) Quelles sont les normes de référence ?
Au niveau européen, la norme à suivre est la NF EN 16723-2. Elle fixe les caractéristiques de qualité du gaz, les paramètres et leurs limites pour valider la qualité du gaz.
L’injection de biométhane dans le réseau est autorisée uniquement à condition que celui-ci ne présente pas de caractéristiques physico-chimiques annulant ou couvrant l’effet des substances odorantes spécifiques.
Afin de certifier métrologiquement les résultats produits par ses analyseurs concernant le PCS, SRA Instruments a fait réaliser l’évaluation avec succès de son appareil R990M par le Laboratoire National de Métrologie et D’Essais (LNE) – OIML R140:2007.
En conclusion, les deux grandes différences majeures entre le biogaz et le biométhane sont leur composition et leur obtention. En effet, le biogaz est un mélange de méthane et de dioxyde de carbone alors que le biométhane est composé uniquement de méthane pur. Concernant leur obtention, le biogaz est obtenu par un processus de méthanisation tandis que le biométhane est un produit issu de la purification du biogaz.
En résumé, mesurer la composition du biométhane avant son injection dans le réseau de gaz naturel est crucial pour garantir la conformité aux normes de qualité, assurer la sécurité des installations et des utilisateurs, ainsi qu’optimiser les performances du réseau.
Pour finir, le biométhane est important pour le futur de la France car il contribue à la transition énergétique, à la gestion durable des déchets, à la diversification du mix énergétique, ainsi qu’à la création d’emplois et au développement économique.
