PTC System et les Bioénergies Les concentrations en CO2, le principal gaz à effet de serre, n'en finissent pas d'augmenter. Le seuil symbolique des 400 ppm vient d'être franchi, nous rapprochant dangereusement du point de basculement climatique de la Terre. Chaque m3 de biogaz issu de la méthanisation a participé à éviter le rejet dans l’atmosphère de 2,3 kg de dioxyde de carbone (CO2) responsable du réchauffement climatique. Cependant, il faut avoir présent à l’esprit que chaque m3 de biogaz produit contient toujours entre 20 et 40% de CO2 soit entre 3 kg et 6 kg qui sont finalement rejetés à l’atmosphère, soit lors de la purification en biométhane par les techniques concurrentes, soit dans l'utilisation du biogaz sans purification.

PTC System avec son procédé GASWASH participe à la lutte contre les émissions de CO2

Produit à partir de déchets issus de l'industrie agro-alimentaire, de la restauration collective, de déchets agricoles et ménagers, le biométhane est un biogaz épuré qui respecte à 100% les propriétés du gaz naturel.

La digestion de ces matières organiques produit du biogaz pouvant être valorisé par combustion sous forme de chaleur et/ou d’électricité.
Ce biogaz peut être purifié pour atteindre la qualité du gaz naturel. On l’appelle alors « biométhane ».
Une fois épuré et odorisé, il peut être injecté dans les réseaux de gaz. Ses emplois sont multiples : chauffage, électricité, carburant…
La production de biogaz génère un résidu appelé digestat.
Engrais organique naturel, il est répandu sur les terres agricoles et se substitue ainsi aux engrais minéraux d’origine fossile.

Le biométhane obtenu à partir des biogaz est utilisable dans quatre filières:

• Valorisation thermique
  La chaleur de combustion du biométhane peut servir pour la production d'eau chaude, de vapeur à moyenne ou haute pression, ou bien dans des fours de procédés.
  La pression nécessaire pour l'alimentation des appareils au gaz est généralement faible : 20 à 100 mbar.
  D'une manière générale, les valorisations thermiques nécessitent des débouchés de proximité : il peut s'agir de consommateurs externes au site de production (industries, réseau de chaleur...) ou d'usages internes.
  Sur les stations d'épuration, une partie du biogaz produit est en général utilisé pour maintenir le digesteur à la température de fermentation (37 ou 55 °C).
  Cette consommation interne du procédé représente environ 15 à 30% de la production.
  
  
• Valorisation électrique (avec ou sans cogénération)
  Environ 7 Nm³/an de biométhane sont produits par équivalent habitant.
  
  Après cogénération du biométhane on obtient une production d'environ 12,6 kWh/an/EH de chaleur et 15,4 kWh/an/EH d'électricité.
  
  

  
  
• Injection de biométhane dans le réseau de gaz naturel
  La production annuelle de biométhane injecté dans le réseau est estimée à environ 3,5 Nm³/an pour 1 EH (on estime que le biométhane produit correspond à 50 % du volume de biogaz produit et 75% du PCS du biogaz produit). La production de biométhane est ainsi équivalente à environ 35 kWh/an/EH PCS.
  
  
• Biocarburant 
  Assez répandue en Suède, la valorisation du biométhane sous forme de carburant automobile ne fait l'objet en France que de quelques installations .
  Elle est destinée pour l'instant à l'alimentation des flottes captives de véhicules des collectivités locales : collecte des ordures ménagères, transport en commun ; son intérêt est à la fois économique et environnemental, compte tenu de la qualité des rejets des moteurs à gaz.
  
  

Le biométhane: des opportunités écologiques et économiques

Parmi les énergies renouvelables, la méthanisation répond sans doute le plus aux exigences d’un développement durable : elle valorise les déchets par la production d’énergie et d’éléments fertilisants non polluants, contribue à la mise en valeur des territoires agricoles, participe à la lutte contre les gaz à effet de serre, créée une filière d’entreprises innovantes.

Le biométhane : équilibrer notre approvisionnement en gaz 

L’Ademe estime qu’en 2030, 20% de la fourniture totale de gaz proviendra de la méthanisation.
Le biométhane, issu de l’épuration du biogaz, peut d’ores et déjà être directement injecté dans les réseaux de distribution de gaz.
Il contribue ainsi fortement à la réduction de la dépendance énergétique française en limitant les besoins d’importation de gaz naturel.

Le biométhane : la valorisation en carburant vert

Le biométhane est également un carburant vert qui alimente aujourd’hui les transports en commun des collectivités et alimentera demain le transport routier.
Un projet ambitieux de maillage du territoire français par des stations de biométhane est en cours de développement qui offrira aux transporteurs routiers une véritable alternative d’approvisionnement.
Cette filière offre ainsi de très nombreuses opportunités pour divers secteurs d’activité à condition de maîtriser les risques inhérents à ce nouveau marché.

Le biométhane : la valorisation en bio-hydrogène

Actuellement, avec la fin programmée du "Diesel" jugé polluant, une phase transitoire est lancée avec les véhicules "électriques" et "hybrides" pour lesquels rapidement les batteries poseront un problème environnemental (construction et recyclage).
Un marché naissant est celui de l’hydrogène pour l’alimentation des véhicules à pile à combustible à hydrogène.
La pile à combustible (PAC) utilise de l’hydrogène (H2) et de l’oxygène (O2) pour générer de l’électricité et de la chaleur, en n’émettant que de l’eau.
Il est clair que pour cette application de l’hydrogène, celui-ci doit obligatoirement être produit sans émission de CO2 fossile et distribué à un prix de vente attrayant.
Cet hydrogène peut être produit à partir de très nombreuses sources d’énergie primaire,

• soit par électrolyse
  
  
• soit par reformage

Dans les deux cas, son coût dépend fortement de la taille de l’installation de production et du coût de l’énergie primaire utilisée.
Les énergies renouvelables (produites sans émissions de CO2 fossile) les moins chères sont actuellement le biogaz et l’électricité d’origine hydraulique.

Chiffres biométhane 2022 - 2023 :

Biogaz épuré, le biométhane a une composition très similaire à celle du gaz naturel. Il est donc tout à fait possible de l'injecter dans les réseaux de gaz.
On obtient ce gaz grâce à la méthanisation, donc la fermentation sans oxygène de déchets alimentaires ou végétaux.
L'Allemagne et le Royaume-Uni sont en avance dans la production de biométhane, car ils ont autorisé la culture dédiée à la production de biogaz. En France, seule l'utilisation de déchets est autorisée pour fabriquer du biométhane.

Cette filière biomethane, apparue au début des années 2010, s'est installée durablement dans le mix énergétique français : ainsi les quantités de biomethane effectivement injectées dans les réseaux de gaz ont encore progressé en 2023, pour atteindre 9,1 TWh soit + 31 % comparé aux 7,0 TWh fin 2022.

Au 31 décembre 2023, 1065 installations produisant de l’électricité à partir de biogaz sont raccordées au réseau.
Cela correspond à une capacité totale installée de 590 MW.
Au cours des trois premiers trimestres 2023, 16 MW supplémentaires ont été raccordés, mais 6 MW ont été déclassés.
Les installations de puissance supérieure à 1 MW représentent 57 % de la puissance installée.
Les installations de méthanisation constituent 82 % du parc pour 52 % de la puissance totale.
La puissance des projets en file d’attente est de 36 MW au 31 décembre 2023.
La production d’électricité à partir de biogaz s’élève à 3,0 TWh au cours de l'année 2023, soit 0,7 % de la consommation électrique française sur cette période.

Aujourd'hui ce sont 668 sites de methanisation qui injectent du biomethane dans le réseau de distribution.
La capacité de biomethane installée représente 12 050 GWh/an ce qui représente 3 014 159 équivalents logements neufs chauffés.

L'objectif 2030 est de biométhaniser 130 millions de tonnes de boue et de lisier pour une production de 56TWh.
Le but est d'arriver en 2050 à 400-550TWh, ce qui permettrait d'alimenter toute la consommation de gaz française grâce à la méthanisation et la gazéification de la biomasse.

Que ce soit au niveau européen ou national, l'ambition concernant la méthanisation est forte et les objectifs élevés.
L'Ademe, de son coté, avance que 30 Th/h de biométhane pourraient être injectés dans le réseau par 1 400 installations à l'horizon 2030.
Cela représente l'énergie nécessaire pour chauffer 2 500 000 foyers et alimenter 55 000 bus ou camions.

GRDF de son coté évalue le biométhane injecté à 0,2 TWH/an de nos jours. à l'horison 2030, il passerait à 30 TWh/an soit une augmentation de 15.000% !!!!.

En 2030, 10% de la consommation annuelle de gaz en France proviendrait du biométhane.

Les coûts de production du biométhane

Découvrez des exemples types de projets de méthanisation et leurs données économiques qui vous donneront un premier éclairage des coûts et des bénéfices à envisager. Le cas « type » présenté a été réalisé en fonction de données de projets similaires aujourd'hui en fonctionnement.
Il s'agit d'estimations qui sont proposées à titre indicatif, pour vous donner des ordres de grandeur d'un projet de méthanisation.
Elles sont basées sur des hypothèses de calcul réalistes et sur les tarifs d'achat en vigueur au 1er janvier 2024 mais ne remplacent pas la réalisation d'un business plan personnalisé auprès d'organismes compétents.

Projet agricole – Polyculture

Base cive - Projet territorial

Base effluents d'élevage

Cependant, un projet de production de biométhane carburant à partir de déchets devrait être a priori plus rentable qu’un projet utilisant des cultures énergétiques.

Le tableau suivant résume les paramètres les plus importants des technologies décrites appliquées à un biogaz brut de composition moyenne.
La valeur de certains paramètres représente une moyenne issue de la bibliographie ou d’installations existantes.

Paramètres	Lavage à l'eau	lavage avec un solvant organique	Lavage aux amines	Technologie PSA	Technologie membranaire
Méthane contenu [vol%]	95,0 - 99,0	95,0 - 99,0	> 99,0	95,0 - 99,0	95,0 - 99,0
Taux de récupération du méthane [%]	98,0	96,0	99,96	98	80 - 99,5
Perte en méthane [%]	2,0	4,0	0,04	2,0	20 - 0,5
Pression en sortie [bar(g))]	4 - 8	4 - 8	°	4 - 7	4 - 7
Besoins en électricité [kWh/m3 de biométhane]	0,46	0,49 - 0,67	0,27	0,46	0,25 - 0,43
Besoin en chauffage et température de consigne	-	70 - 80·C	120 - 160·C	-	-
Désulfurisation requise	Dépendant du process	oui	oui	oui	oui
Besoins en consommables	Agent de désengorgement, agent de séchage	Solvant organique (dangereux)	Solution aux amines (dangereux, corrosif)	Charbon actif (dangereux, risque incendie)	-
Taux de charge partiel [%]	50 - 100	50 - 100	50 - 100	85 -115	50 -105
Nombre d'installations de référence	important	bas	moyen	important	bas

Le biomethane avec PTC System

Valorisation du biogaz purifié avec PTC System en biométhane

La valorisation du biogaz en biométhane est généralement une application efficace et rentable.
Le biométhane peut être injecté directement dans les réseaux gaziers nationaux ou transformé en gaz naturel comprimé (Bio-GNC) ou en gaz naturel liquéfié (Bio-GNL) pour les transports.
Toutefois, pour atteindre la pureté requise de 99 % de CH4, un traitement est nécessaire.

Plusieurs technologies sont disponibles pour séparer le CH4 du CO2 et d’autres molécules dans le flux gazeux.

Avec PTC System nous avons assuré la purification du biogaz. Pour obtenir du biomethane nous devons maintenant séparer le CO2 du biogaz.

Schéma complet de la chaîne de traitement proposé incluant le lavage aux amines. Voir article détaillé

Conclusions

PTC System selon ce schéma de conception est adapté pour la production de biomethane pour injection dans les réseaux de distribution.