La méthanisation : créer de la valeur à partir de déchets

Les déchets constituent l'un des plus grands défis mondiaux auxquels nous sommes actuellement confrontés. Dans le même temps, nous inventons de nouvelles solutions pour réduire et recycler les déchets ; la quasi-totalité des types de déchets trouvent de nouvelles voies dans l'économie circulaire, dans différents cycles de matériaux et de nutriments. De même, des quantités croissantes de nos déchets sont transformées en biogaz, digestat, eaux usées ou autres flux secondaires par le biais de la méthanisation. Ceux-ci peuvent être utilisés dans la fabrication d'une grande variété d'autres produits. Dans cet article, nous étudions de plus près les bases du secteur du biogaz et la manière dont il contribue à créer de la valeur à partir de déchets.

Que sont le biogaz et la méthanisation ?
Le biogaz, c'est le mélange de gaz produit par le processus de méthanisation. Il s'agit d'un mélange de méthane, de dioxyde de carbone et d'autres gaz en traces. Sa composition peut varier, mais celle-ci comprend généralement une part de méthane de 60 à 65 % et une part de dioxyde de carbone de 30 à 35 %, ainsi que d'autres gaz à des niveaux en ppm. Le biogaz est produit par la méthanisation, et la teneur en eau du gaz brut sortant du dispositif de dégradation dépend de la température du processus bactérien, avec une humidité relative à l'intérieur du dispositif de dégradation étant typiquement de 100 %. 

Le processus de méthanisation
Le processus de méthanisation est un processus enzymatique nécessitant des conditions anaérobiques ainsi que la présence de plusieurs types de microbes, chacun jouant un rôle crucial dans le processus global. La digestion commence par l'hydrolyse, où les protéines, les glucides et les lipides sont décomposés en nutriments de plus petite taille. Dans l'acidogenèse, ces composés sont transformées en acides gras volatils, ce processus produit de l'ammoniac (NH3), du dioxyde de carbone (CO2) et du sulfure d’hydrogène (H2S). Dans l'acétogenèse, certains des acides gras volatils sont transformés en acide acétique (CH3COOH), en hydrogène (H2) et en CO2. Celles-ci deviennent utiles à l’étape de la méthanogénèse, où les bactéries méthaniques produisent du méthane (CH4) par le biais de différents processus biochimiques. 

Les différents types de biogaz
La nomenclature internationale et l'Agence internationale de l'énergie classent les biogaz en fonction de leur origine et des déchets ayant été utilisés à titre de matière première, mais aussi en fonction de la manière dont ils sont ensuite traités :
-    Gaz de boues d’épuration = méthanisation des boues provenant du traitement des eaux usées
-    Gaz de décharge = biogaz généré par le stockage de déchets non dangereux 
-    Autres biogaz = méthanisation de déchets non dangereux ou de matières végétales brutes

Il existe également une quatrième sous-catégorie intéressante, c'est le « biogaz issu de procédés thermiques », à savoir le biogaz produit par pyrolyse ou gazéification de la biomasse solide. Il s'agit principalement des résidus forestiers ou de déchets ménagers fermentescibles. Ce processus produit du H2 et du monoxyde de carbone (CO), qui peut être transformé en biogaz de synthèse, ce dernier pourra ensuite remplacer le gaz naturel (CH4). EurObserv’Er a placé ce type de biogaz dans la catégorie « Autres biogaz ».

Pourquoi produire le biogaz ?
Pour deux raisons : D'une part, les pays veulent traiter leurs déchets d'une manière respectueuse de l'environnement et restituer les nutriments contenus dans les déchets organiques dans l'agriculture en digérant et en compostant les déchets. D'autre part, le biogaz constitue une source d'énergie renouvelable pouvant être utilisée de différentes manières. La solution la plus courante consiste à cogénérer de la chaleur et de l’électricité sur le site de méthanisation à l’aide de moteurs de cogénération. Le biogaz peut être plus épuré et converti en biométhane, c'est un gaz qui peut être distribué dans le réseau de gaz naturel ou sous forme de gaz naturel liquéfié. Le biométhane peut alors être utilisé à titre d'alternative verte, tout en promeuvent le choix d'un cycle de carbone biogénique. 

Certains chercheurs voient en la production de biogaz un moyen d’accroître la richesse et le bien-être des zones rurales, où les déchets organiques constituent une ressource naturelle et renouvelable. Bien que la production de biogaz ne constitue qu'une étape de notre chemin vers l'énergie basée sur la photosynthèse, il reste encore beaucoup de potentiel ainsi qu'un besoin pressant de l'atteindre au cours des prochaines décennies, en particulier dans les régions où l'énergie solaire et éolienne ne constituent pas des alternatives viables.

Vous souhaitez en savoir plus sur le rôle de Vaisala dans le secteur du biogaz ? Pour plus d'informations, visitez  www.vaisala.fr/biogaz.

Sources:
- EurObserv’Er. https://www.eurobserv-er.org.
- Caruana, D. & Olsen, A. 2011. Anaerobic Digestion. Nova Science Publishers. ProQuest Ebook Central Academic Complete International Edition.