Installation à biométhane: technologies, processus de production et maintenance

Le biométhane est un carburant issu de la purification du biogaz brut, lui-même issu de la valorisation de matières premières durables : biomasses agricoles (sous-produits, déchets agricoles et déjections animales), biomasses agro-industrielles (déchets issus de la transformation alimentaire) ou de la fraction organique des déchets solides urbains.

Une fois la valorisation du biogaz en biométhane réalisée, il est nécessaire de le raffiner, afin d’éliminer les composants impropres à son utilisation. A l’issue de traitements physico-chimiques appropriés, le biométhane devient apte à être injecté dans le réseau de gaz naturel ou à être transporté par camions-citernes cryogéniques.

Étant produit à partir de déchets d’élevage, de déchets agro-industriels, de déchets organiques et de biomasses agricoles, le biométhane a toutes les qualités pour être considéré comme une source d’énergie renouvelable et durable.

• Économie circulaire : outre qu’il réduit les émissions dans l’atmosphère, le biométhane est neutre en carbone, à savoir qu’il compense totalement les émissions produites pour le générer, en restituant de la substance organique au sol ;

• Décarbonation : soutenus au niveau législatifs, les sites de production de biométhane pourraient contribuer à l’approvisionnement de 10 % de tout le gaz consommé dans l’Union européenne d’ici 2030, en réduisant ainsi la dépendance aux combustibles fossiles ;

• Indépendance énergétique : il s’agit d’une solution qui peut contribuer de manière significative à la transition énergétique et écologique, avec des implications importantes en termes d’indépendance à l’égard des approvisionnements énergétiques étrangers.

Le biométhane constitue une excellente opportunité d’investissement pour de nombreuses entreprises des secteurs agricole et industriel qui, outre qu’elles s’engagent à accroître la durabilité de leurs activités de production, ont la possibilité de générer des profits et d’augmenter leur compétitivité. Selon un récent rapport de l’Association européenne du biogaz, le biométhane s’avère en effet 30 % plus économique que le gaz naturel. 

Pour devenir un producteur responsable de biométhane, il est nécessaire de considérer différents aspects et de suivre une démarche bien définie. La production peut s’effectuer par la conversion d’une installation existante ou par la mise en service d’une nouvelle installation. Dans les deux cas, il est nécessaire de suivre des procédures pour pouvoir démarrer la production et obtenir des facilitations et autres avantages.

Une installation de biométhane intègre différentes technologies. Outre le système de méthanisation, qui produit du biogaz issu de la transformation des biomasses, nous trouvons également :

•  Un système de purification et de prétraitement du biogaz ;

• Un système de valorisation : ce système assure le traitement qui permet d’éliminer le CO₂ du biogaz brut. Parmi les différentes technologies de valorisation du biométhane, la plus communément utilisée et la plus performante est le système à membranes. Dans ce cas, le biométhane produit est apte à être injecté dans les réseaux de distribution ;

• Un éventuel système de liquéfaction : là où les contraintes logistiques rendent impossible le raccordement au réseau de gaz naturel, le biométhane liquide est la solution. En effet, le biométhane liquéfié est non seulement facile à transporter, mais il garantit également une plus grande efficacité s’il est utilisé comme carburant.

Parallèlement à l’installation de biométhane, il est possible de bénéficier de technologies de soutien qui offrent de nombreux avantages, notamment dans une perspective d’optimisation : autoconsommations efficaces et durables, maximisation de la production de l’installation, dialogue, compatibilité et économies au niveau financier.

• RTO (traitement des gaz résiduels) : le méthane résiduel dans les effluents gazeux joue un rôle crucial en termes de durabilité et nécessite pour cette raison un traitement spécifique ;

• Liquéfaction du CO₂ : le système de liquéfaction du CO₂ permet de purifier et de liquéfier le gaz riche en dioxyde de carbone provenant du système de valorisation du biogaz, afin d’obtenir du CO₂ liquide adapté à un usage alimentaire et industriel ;

• Solutions de cogénération : visant à couvrir les besoins d’électricité et de chaleur du site, une installation de cogénération alimentée au biogaz peut produire une énergie totalement renouvelable ;

• Installation photovoltaïque : le système de panneaux solaires, modulé par le cogénérateur, permet d’optimiser la couverture des besoins en électricité du système.

L’étude de faisabilité représente la première et la plus importante étape dans la production de biométhane dans la mesure où il est nécessaire de définir le bon dimensionnement de l’installation, les performances énergétiques et le temps de retour sur investissement. Dans le détail, trois étapes sont prévues pour évaluer la faisabilité effective de l’installation.

•  La première étape consiste à réaliser un projet préliminaire auquel fait suite le business plan économique et financier. Lors de cette phase, il est important d’avoir évalué les technologies à installer et d’avoir sélectionné les partenaires technologiques correspondants ;

• L’étape suivante consiste à procéder au dépôt de la demande d’autorisation pour la reconversion ou la construction du site en faisant appel à des techniciens compétents.

• Enfin, il est nécessaire d’entamer une négociation avec l’établissement de crédit pour vérifier la capacité de financementde l’initiative.

La valorisation du biogaz est le traitement qui permet d’éliminer le CO₂ du biogaz brut pour obtenir du biométhane comprimé. Parmi les différentes technologies de valorisation du biométhane, la plus communément utilisée et la plus performante est le système ò membrane, qui présente une perméabilité sélective utile à la séparation entre CH₄ et CO₂. Le processus de valorisation est subdivisé en trois phases :

•  Filtration du biogaz : le processus de valorisation commence par l’épuration du biogaz provenant du digesteur anaérobie pour l’élimination de l’eau et des polluants, puis vient la compression. Le gaz filtré et déshumidifié est comprimé, refroidi et envoyé à la phase de traitement suivante ;

• Purification des polluants (H₂S, COV) : par passage sur un lit de charbon actif, le biogaz est débarrassé des polluants. La configuration des charbons, dans la version « Lead-Lag », comprend une série de vannes qui permettent l’inversion des flux, le by-pass et le sectionnement du filtre, garantissant ainsi la flexibilité, la fiabilité et la continuité du service ;

• Valorisation : le biogaz prétraité et purifié est prêt pour la valorisation proprement dite, à savoir la séparation du méthane du dioxyde de carbone. Le procédé est optimisé en termes de consommation et permet d’obtenir du biométhane présentant les caractéristiques voulues pour les différentes utilisations. Le biométhane est produit à une pression comprise entre 7 et 15 bars pour minimiser les consommations et pour faciliter l’injection dans les réseaux de distribution.

Le processus de valorisation est complété par une série d’options préparatoires à l’injection dans le réseau et d’autres accessoires qui concourent au fonctionnement de l’installation :

• Système de désulfuration et tour de lavage : en amont du traitement du biogaz, le système de désulfuration est disponible pour abaisser la teneur en sulfure d’hydrogène et la tour de lavage pour réduire la teneur en ammoniac ;

• Système de concentration d’oxygène : en cas de faible concentration d’oxygène dans le biogaz, un système de concentration d’oxygène de l’air ambiant permet de fournir la quantité nécessaire pour que les réactions chimiques d’adsorption des contaminants par les charbons actifs se produisent correctement ;

• Oxydateurs thermiques régénératifs (RTO) : pour éliminer jusqu’aux plus faibles pourcentages de méthane résiduel dans les effluents gazeux ;

• Surpresseur : pour atteindre la pression requise par les réseaux de transport, il est possible d’installer un surpresseur. Avant l’injection sur le réseau, la cabine REMI mesure le débit du biométhane et en analyse la qualité.

Parmi les principaux avantages et atouts de la technologie de valorisation à membranes :

•  Processus de valorisation simple

• Haute efficacité et faibles consommations

• Hautes évolutivité et flexibilité

• Coût de l’installation avantageux

Le raccordement au réseau de gaz naturel n’est pas toujours possible. Là où sont présentes des contraintes logistiques, le biométhane liquide (bio-GNL) est la solution. En effet, le biométhane liquéfié est non seulement facile à transporter, grâce à sa densité trois fois supérieure à celle du gaz naturel comprimé, mais il garantit également une plus grande efficacité s’il est utilisé comme carburant.

La liquéfaction du biométhane est un processus complexe, qui consiste à refroidir et comprimer du biométhane gazeux à très basse température. Le processus de liquéfaction repose sur un processus cryogénique intégré, à basse pression de fonctionnement, subdivisé en 3 phases : traitement, liquéfaction et stockage.

• Traitement : lors de la première partie du processus, le système de purification TSA (Temperature Swing Adsorption) abaisse la teneur en humidité et en CO₂ à travers des filtres et des tamis moléculaires ;

• Liquéfaction : à travers plusieurs stades de refroidissement, le biométhane sous pression passe à l’état liquide et est rendu disponible à des conditions de <-142 °C et 3 barg ou à des températures et des pressions inférieures. Le cœur du processus est le cryorefroidisseur, basé sur la technologie de la Stirling Cryogenics, une machine alternative de réfrigération qui fonctionne en comprimant et en détendant de l’hélium en cycle fermé ;

• Stockage : le bio-GNL est acheminé vers un réservoir de transfert, où les conditions de pression et de température voulues du produit final sont atteintes.

Quel que soit le type d’installation à biométhane, il est nécessaire de le préserver des défaillances et des pannes, grâce à une série d’interventions coordonnées et programmées pour en optimiser l’utilisation. Les avantages d’un service intégré sont évidents dès l’installation du système : les spécialistes facilitent la mise en service, supervisent le démarrage et optimisent la phase de start-up du système.

Outre l’assistance sur place et le service d’intervention en urgence, le service intégré surveille toutes les installations 24 heures sur 24, 365 jours par an, avec des diagnostics et une assistance à distance. Le service propose également des cours de formation et une mise à jour continue pour garantir le meilleur fonctionnement au client, une bonne gestion et un bon entretien de l’installation.

La personnalisation des contrats d’assistance et de maintenance des installations permettent de répondre à chaque demande au cas par cas afin d’assurer des rendements élevés pendant toute la durée de vie de l’installation et une meilleure maîtrise des coûts d’exploitation.

L’avenir des installations à biométhane

Le secteur du biométhane joue un rôle de plus en plus important dans la contribution à la transition énergétique et au développement des énergies renouvelables. Les exploitations agricoles du biogaz et du biométhane représentent donc deux atouts importants pour promouvoir l’économie circulaire, pour accompagner une transition verte durable et contribuer à la sécurité et à l’indépendance énergétique.

Les interventions du Pnrr constituent un élan important vers un modèle d’agriculture 4.0 à même de garantir une optimisation et une plus grande efficacité des processus de production, une moindre utilisation de produits chimiques et la protection des sols. Ainsi, le biogaz et le biométhane représentent un atout stratégique important pour répondre au défi des énergies renouvelables, pour garantir l’autonomie alimentaire, la protection du territoire et la lutte contre le changement climatique.

Les technologies AB pour la production de biométhane

Depuis 1981, AB est aux côtés des entreprises qui souhaitent accroître leurs capacités en termes de compétitivité, en économisant de l’énergie et en limitant les émissions dans l’environnement. Expertise, capacité de production et service de haute qualité caractérisent le Groupe dont l’objectif est de fournir à ses clients les meilleures solutions de durabilité énergétique.

AB est le seul interlocuteur qui offre à votre entreprise la garantie de tous les avantages du biométhane. En effet, AB vous permet de créer un système énergétique complet et durable, qui allie les technologies de valorisation du biogaz, la liquéfaction du biométhane et du CO₂, la cogénération et le photovoltaïque, le tout soutenu par une gamme complète de services : de l’étude de faisabilité à la maintenance de l’installation.