Action 3 – Diversification des installations de biogaz par l’intégration d’hydrogène renouvelable et raffinage du digestat
Opérateurs participants :
- Pilote mobile H2 : LIST (LU) et ENSAIA-Université de Lorraine (FR)
- Pilote mobile raffinage digestat : LIST (LU), Ama Mundu Technologies (LU), Agra-Ost (BE)
- Essais et démonstrations in situ sur les unités de biométhanisation en GR : Naturgas Kielen SC (LU), Kessler Scrl (BE), Bio-Recycle SARL (FR), Biogas Rohlingerhof (DE), ENSAIA-La Bouzule (FR)
- Analyses économique/environnementale et modélisation : IZES (DE)
- Coordination/Marketing : Au Pays de l’Attert (BE)
But de l'action :
Cette action a pour vocation première le développement économique des unités de biométhanisation dans un cadre respectueux de l’environnement, par :
- l’intensification de la production de biométhane grâce à des investissements raisonnés
- la formation de nouveaux produits issus du digestat.
Description de l’action :
Il s’agit de faire jouer à la biométhanisation le rôle de régulateur de production d’électricité renouvelable dans le bouquet énergétique et à enrichir le biogaz en biométhane grâce à l’introduction innovante d’hydrogène d’origine renouvelable dans les bioréacteurs. Pour atteindre cet objectif, les biométhaniseurs agricoles devront être capables de faire la conversion de :
- l’hydrogène renouvelable d’origine éolienne et photovoltaïque et donc intermittente et difficile à stocker
- du CO2 émis dans le biogaz, en méthane. Le méthane produit pourra être injecté dans le réseau de gaz naturel qui possède une capacité de stockage énorme couvrant les besoins énergétiques européens pendant plusieurs mois.
Cette stratégie aura des effets positifs multiples :
- une solution pour le stockage de l’électricité renouvelable de nature intermittente (nuit-jour, vent et absence de vent) ;
- un outil permettant de mieux synchroniser production et consommation d’électricité renouvelable par sa conversion en hydrogène lui-même converti en méthane stockable dans une infrastructure existante ;
- une possibilité d’intensification de production de méthane en augmentant drastiquement la qualité de biogaz ce qui se répercutera positivement sur l’efficience des cogénérateurs ou des systèmes de purification du biogaz, et ce à nouveau en faisant appelle aux nombreux digesteurs disponibles sur le territoire de la Grande Région. De plus, l’intensification de la production de biométhane sera une source de revenus additionnelle pour les biométhaniseurs.
Cette action prépare aussi de manière avantageuse le biogaz naturel liquéfié (BioGNL) qui pourrait à terme remplacer les combustibles liquides pour le transport.
Un digesteur met en œuvre un consortium complexe de microorganismes qui dégradent la matière organique en produisant un biogaz composé essentiellement de méthane (CH4) et dioxyde de carbone (CO2). Des recherches récentes menées par des laboratoires européens principalement danois, allemands et italiens, montrent que l’addition adéquate d’hydrogène dans un digesteur intensifie la production de méthane. Par exemple, le laboratoire danois d’Irini Angelidaki, pionné sur ce sujet, montre qu’il est possible de porter la composition de biogaz à plus de 90 % de méthane en additionnant de l’hydrogène dans un digesteur. Ces résultats prometteurs ont été réalisés en laboratoire avec des microbes bien spécifiques. Le but sera donc d’évaluer la possibilité d’introduire l’hydrogène directement dans un bioréacteur pilote spécifique. Celui-ci sera greffé à moindres frais sur les bioréacteurs des unités de production de biogaz agricole pour s’assurer que les consortia microbiens complexes et spécifiques à chaque réacteur seront capables de biométhaniser efficacement le CO2 en CH4 en présence d’hydrogène renouvelable.
Après une mise au point en laboratoire, les partenaires concernés feront la démonstration de la faisabilité à l’échelle réelle.
Le fractionnement du digestat pour la production de fertilisants formulés et adaptés sera aussi étudié dans cette action. Ama Mundu Technologies (AMT) est une jeune entreprise spécialisée dans le fractionnement membranaire des effluents animaux en vue d’augmenter les capacités de stockage des effluents à la ferme et de réduire les coûts de transport vers les champs pour l’épandage. D’autre part, le LIST travaille depuis plusieurs années sur un prototype d’évaporateur sous vide pour réduire le volume des digestats. Les deux technologies proposées sont peu énergivores par rapport aux équipements disponibles sur le marché. Le couplage des deux technologies sur une même ligne pilote pourra montrer les avantages pour accroître la flexibilité et mieux diriger le fractionnement des éléments fertilisants. AMT et le LIST se sont concertés dans le but de coupler leurs deux technologies en les adaptant spécifiquement aux digestats de la biométhanisation. AMT adaptera sa technologie aux digestats qui montrent des propriétés (composition, granulométries, présence de colloïdes) fort distinctes des effluents animaux. Ensuite, AMT et le LIST construiront une ligne pilote de fractionnement des digestats qui intégrera les deux expertises. Cette ligne pilote sera conçue sur le modèle d’un châssis de container assurant dès lors sa mobilité et flexibilité d’accouplement à toute unité de biométhanisation. Dans une deuxième étude, ce pilote circulera en Grande Région pour peaufiner les adaptations et assurer la robustesse du processus. Finalement, la technologie sera démontrée avec la contribution du partenariat à un public cible et au grand public. De plus, les différentes fractions produites lors du fractionnement seront évaluées pour leur pouvoir fertilisant sur les vitrines agronomiques et le site lysimétrique (Action 5). Grâce aux essais de démonstration qui seront réalisés in situ sur les unités de biométhanisation en Grande Région, les informations requises aux analyses économiques et environnementales pourront être générées et fournies à IZES pour conduire l’Action 6 et 7.