Augmenter le rendement en méthane à partir des déchets organiques

Aujourd’hui déjà, on produit du méthane à partir des déchets organiques et de boues d’épuration. Ce méthane est ensuite injecté dans le réseau de gaz naturel. Cependant, le biogaz brut obtenu lors de ce processus ne contient pas uniquement du méthane, mais jusqu’à 40% de dioxyde de carbone – CO₂ –, qui doit être séparé lors de la purification conventionnelle du biogaz. Grâce à une technologie développée au PSI, il est maintenant possible d’augmenter nettement le rendement en méthane à partir des déchets organiques. L’idée est aussi simple qu’efficace: au lieu de séparer laborieusement le CO₂, on ajoute de l’hydrogène au biogaz et la liaison des deux permet de produire encore plus de méthane.

1000 heures de test continu

Le cœur de cette technologie est ce qu’on appelle un réacteur à lit fluidisé. Ce dernier contient un catalyseur de nickel qui est fluidisé et mélangé au biogaz brut et à l’hydrogène ajouté. Le catalyseur assure la liaison du CO₂ et de l’hydrogène, ce qui donne du méthane et de l’eau.

Un test de longue durée, mené conjointement avec le fournisseur d’énergie zurichois Energie 360° au printemps 2017, devrait permettre à présent de faire avancer la technologie sur la voie de l’application industrielle. Pour ce faire, une installation mobile de démonstration réalisée au PSI a été mise en place à la station d’épuration et de méthanisation de Werdhölzli (ZH) pour être testée en exploitation continue durant 1000 heures en conditions réelles. Serge Biollaz, chef de projet pour le PSI, décrit le défi: «Le biogaz ne présente pas de composition constante, explique-t-il. Notre objectif est donc de montrer que notre procédé fournit aussi en continu un résultat stable sur une longue période.»

Contribution à l’approvisionnement énergétique du futur

Le potentiel de la technologie est important. Grâce à l’utilisation directe du CO₂ dans le biogaz brut, elle est non seulement respectueuse de l’environnement, mais permet aussi un rendement en méthane à partir des déchets organiques particulièrement efficient: «A l’avenir, la méthanisation directe par ajout d’hydrogène pourrait augmenter de deux tiers dans les installations de biogaz existantes», affirme Serge Biollaz.

Par ailleurs, la méthanisation directe peut aussi atténuer l’un des plus grands handicaps de la production d’énergie décentralisée et renouvelable, d’origine solaire ou éolienne: le courant excédentaire. Lorsque les conditions météorologiques sont favorables, les installation photovoltaïques et éoliennes produisent en effet plus de courant que le réseau ne peut en absorber. Jusqu’ici, ce courant était perdu et ne pouvait plus être exploité. Avec la conversion de l’électricité en gaz, appelée «power-to-gas», cette énergie peut toutefois être stockée de manière intermédiaire sous forme de gaz (comme hydrogène ou méthane) et donc devenir exploitable pour différentes applications. Pour ce faire, le courant excédentaire est converti en hydrogène. Et dans le cas de la méthanisation directe, cet hydrogène est utilisé pour produire du méthane qui peut être injecté dans le réseau de gaz naturel.

Faisabilité économique: décisive

Même si la méthanisation directe est très prometteuse, le fait que le procédé soit réalisable techniquement et soit pertinent d’un point de vue écologique ne suffit pas pour une utilisation à l’échelle industrielle: «Il faut aussi s’assurer que l’exploitation d’une installation de ce genre puisse être rentable», souligne Serge Biollaz. De fait, l’examen de l’économicité de la méthanisation directe dans le contexte de la purification du biogaz fait aussi partie du projet.

La plateforme ESI au PSI

L’installation de démonstration baptisée Cosyma (pour Container-based System for Methanation) fait partie de la plateforme ESI (Energy System Integration) du PSI. La plateforme ESI est entrée en service à l’automne 2016. Son objectif est d’étudier la faisabilité technique et économique de différentes variantes de la technologie power-to-gas, ce avec des partenaires de la recherche et de l’industrie.

Texte: Institut Paul Scherrer/Martina Gröschl