La méthanisation est un procédé qui met en place les conditions idéales de dégradation naturelle de biodéchets, pour les transformer en ressources : du biogaz et du digestat.
Les constructions s’accélèrent en France depuis le début des années 2000, et notamment depuis les 5 dernières années où le modèle de valorisation par injection (production de biométhane injecté dans les réseaux de gaz naturel) domine le marché. Ce modèle est plus cher à mettre en place, mais il est aussi plus rentable.
Les systèmes existants continuent à être explorés et approfondis avec le temps, pour aller vers des constructions toujours plus performantes tout en restant responsables. Dans cet article nous vous donnons quelques exemples de technologies ou méthodes émergentes dans le domaine de la méthanisation.
De nombreuses innovations voient le jour dans la conception des réacteurs : réacteurs à lit fixe, réacteurs à lit fluidisé ou encore réacteurs à membrane… En optimisant ces pièces, on peut augmenter l’efficacité de la production de biogaz et donc le rendement d’un site de méthanisation.
Par exemple, les réacteurs à lit fixe utilisent un support solide sur lequel les bactéries se fixent, augmentant ainsi la surface de digestion.
Les réacteurs à lit fluidisé permettent une circulation plus efficace des déchets organiques dans le réacteur pour améliorer le mélange et la digestion.
Les bioréacteurs à membrane sont équipés de membranes spéciales qui permettent aux bactéries de rester dans le réacteur tout en laissant passer le biogaz – cela augmente l’efficacité du processus et facilite la récupération du biogaz.
Le prétraitement des biodéchets est aussi un secteur sur lequel les innovations se développent. Il est en effet très utile pour certains déchets qui mettent beaucoup de temps à se décomposer, pour optimiser l’efficacité globale de la structure.
L’hydrolyse thermique utilise par exemple la chaleur et la pression pour provoquer la décomposition des matières organiques complexes en composés plus simples.
Des techniques de broyage plus sophistiquées voient aussi le jour pour préparer les déchets en les broyant, ce qui augmente leur digestibilité.
Le choix et la répartition des substrats sont aussi de mieux en mieux maîtrisés grâce aux recherches. Celles-ci se concentrent à présent sur la possible utilisation de substrats spécifiques qui pourraient augmenter la production de biogaz en raison de leur composition chimique particulière (comme les microalgues par exemple).
Un autre domaine de recherche est dans les systèmes de purification du biogaz : il existe pour l’instant 2 systèmes principaux.
Le premier est la purification à l’aide de membranes sélectives qui permettent au méthane de passer tout en éliminant d’un côté le dioxyde de carbone et autres impuretés gazeuses (membranes de séparation de gaz), et de l’autre l’eau pour éviter l’humidité du biogaz (membranes de séparation d’eau).
Le second permet le traitement de l’eau grâce à plusieurs processus :
- Condensation : élimination de la vapeur d’eau contenue dans le gaz en la liquéfiant
- Déminéralisation : retrait des sels dissous et minéraux (composants de l’eau) grâce à des résines échangeuses d’ions
- Filtration : élimination des particules solides de l’eau présente dans le biogaz (filtres à sable, filtres à cartouches…)
A côté de ces 2 systèmes, quelques innovations se développent.
L’électrolyse peut être utilisée pour séparer le dioxyde de carbone (CO₂) du biogaz en utilisant des électrodes spéciales. Cette méthode peut être plus économe en énergie que certaines autres techniques de purification.
L'adsorption avancée sur des matériaux spécifiques, comme les zéolithes modifiées ou les matériaux polymères, peut être utilisée pour éliminer sélectivement les impuretés du biogaz, offrant ainsi une purification de haute qualité.
L’absorption liquide et sélective du CO2 grâce à des solvants spéciaux peuvent être utilisés. Ces solvants peuvent être régénérés pour réutilisation, ce qui rend le processus plus durable.
La cryogénie implique le refroidissement du biogaz à des températures très basses pour condenser les impuretés, qui peuvent ensuite être éliminées. Cette méthode peut être particulièrement efficace pour éliminer l'humidité du biogaz.
Les filtres à base de graphène peuvent être utilisés pour éliminer sélectivement les impuretés du biogaz en raison des propriétés uniques du graphène, offrant une filtration plus efficace.
Enfin, des membranes plus avancées, telles que les membranes polymères de cristaux liquides, sont en développement pour améliorer l'efficacité de la séparation des gaz, notamment l'élimination du CO₂.
Des recherches sont également en cours pour innover dans les systèmes de stockage de l’énergie produite, pour gérer plus facilement les flux générés.
Dans le domaine de la surveillance et du contrôle des systèmes, de nouveaux objets intelligents voient le jour pour surveiller les paramètres clés et être capable de rebondir rapidement en cas de variations. Il existe par exemple des capteurs intelligents, et l’intelligence artificielle peut aussi être utilisée pour prédire et optimiser les conditions.
Plusieurs unités en France (à Troyes ou en Occitanie par exemple) ont été construites avec l’objectif de tester tous types d’idées et de technologies qui pourraient, si elles font leurs preuves, être démocratisées plus tard sur les méthaniseurs français et autour du Monde.
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